被動式超低能耗建筑設計基礎與應用研究

萬曉彬 龐昊

隨著科學技術日益進步，人們對所居住環境的要求也隨之增長，與此同時越來越多人關注到了可持續發展的重要性，其中被動式超低能耗技術應用于建筑設計之中便是環境保護的一大重要舉措，下面本文將為大家深入剖析介紹被動式超低能耗所應用范圍。

1 被動式超低能耗建筑概述

被動式超低能耗建筑具有良好的氣候特征、自然條件適應性，主要采用高性能的保溫隔熱、氣密圍護結構及新風熱回收技術實現舒適的居住環境，且可再生資源利用率高。被動式建筑的主要特點如下：

1.1 要求高

被動式房屋的關鍵技術參數對建筑材料、結構和技術設備都有極高的要求，其中控制性指標主要有兩套，一套是能耗指標，一套是室內舒適度指標。且被動式房屋的關鍵技術要點包括高效的外保溫系統、被動式建筑外窗、有高效熱回收裝置的新風系統、極佳的氣密性和無熱橋設計。

1.2 低能耗

由于被動式建筑擁有高性能的外保溫、無熱橋的設計再加上氣密性良好的外圍護結構，使得它比普通建筑節能90%以上，即使是相對于新型建筑依舊可以節約75%的能耗。

1.3 舒適性

設計被動式房屋的初衷，最重要的就是保暖，在嚴寒之中加一層類似羽絨服的保溫層，保持室內恒溫，在烈日之中也可以保持室內的涼爽。而除此之外就是盡可能的降低能耗，節能減排同時又可以保持人體舒適度，實乃建筑設計的一項里程碑式的成就。

1.4 經濟性

為保證被動式房屋的質量，在初始建造過程需要進行周密的設計以及采用高性能的建筑組件，因此其建造費用會相對傳統建筑較高一些，通常被動式房屋建筑成本要比傳統房屋高出5～7%，但縱觀建筑的全壽命周期，由于被動式房屋較低的運營以及維護費用，這樣從長遠來看，反而具有長期的成本優勢。

2 被動式建筑設計現狀

世界上的第一幢被動式建筑是由德國設計改造的一幢普通三層居住建筑，這棟建筑在1991年經過節能改造以后投入使用，年終端耗能降低了約80%，實測結果除了1992年因墻體升溫等原因略高以外，其余各年均達到了被動式建筑設計標準參數指標。

德國海德堡市也于2009年興建了新城區Bahnstadt，它的特殊之處是在于供熱配電的方式，相比于傳統的供熱通電消耗能源，這個新城區則節約許多，全部的供熱配電的原料都是可再生能源，這是很了不起的技術，再配以地熱和生物質能，對大氣層減少排放二氧化碳竟然可以達到56%。而在其中的RHW.2大樓則是首座獲得被動式房屋研究所認證的被動式高層辦公大樓，它的特殊之處是在于設有雙層玻璃幕墻，并在此基礎上配有優化的外遮陽設備，與傳統高樓相比，這棟大樓的冷、熱負荷降低80%，將能源消耗降到了最低限度。

雖然被動式房屋由國外興起，但隨著近些年我國發展迅猛，目前我國的新建住宅和公共建筑普遍執行節能65%的標準，如我國被動式低能耗房屋示范項目秦皇島的“在水一方”，平均每年可以節約標煤547t、減少二氧化碳排放1423t、節約采暖費195萬元，節約帶來的經濟效益也很可觀。而最值得一提的還是由河北省秦皇島北戴河新區投資建設的被動式住宅的團林實驗中學，作為全國首個以被動式住宅標準建立的中學，將會為超低能耗建筑帶來示范效應。據項目負責人介紹，這座教學樓墻體由22cm厚的基礎墻體和30cm的保溫材料組成，這些材料可以使得房屋高度隔熱隔音。在密封環境下，通過熱回收系統使得室內80%以上的廢氣都可以轉化為熱能，并通過空氣新風系統將新鮮空氣過濾后引入室內，全年室內溫度基本維持在20～26℃之間，在這樣的教室學習，師生們將享受比冬季供暖、夏季開空調更為舒適的教學環境。

3 被動式超低能耗建筑設計應考慮的因素

3.1 環境因素

雖然被動式超低能耗建筑設計技術廣泛適用于各個國家，但不同區域不同環境情況也需要因地制宜，在最合適的環境進行相應的技術方面的調整才可以讓被動式超低能耗建筑設計發揮到極致。而我國地域廣袤、各地區環境差異較大，但大多數居民都是依靠開窗的方式來起到屋內通風的效果，因此在建筑設計時一定要注意到增加建筑通透性以保證屋內新鮮空氣的通暢[1]。

3.2 氣候因素

同上述環境問題，我國的各地氣候差異也較大，北方如東北由于靠近北極，在冬季時溫度較低，因而對暖空氣的需求較大；而南方如三亞則在夏季過于炎熱，則對冷空氣需求量較大，因此這對技術的因地制宜性要求就更大了。

3.3 建筑因素

隨著我國經濟事業發展，越來越多的建筑拔地而起，使得我國建筑過于集中，密度大以及公共區域多的情況使得建筑之間常常出現傳熱損失、集中設備負荷低等狀況，這一點也需要重點注意。

3.4 建筑耗能因素

我國的能耗業受到上述環境、氣候以及建筑條件的影響，且具有高能耗與高熱量的特點。

4 被動式超低能耗建筑設計的基礎

4.1 建筑環境與氣候分析

前面我們提到，被動式超低能耗建筑與氣候條件之間有著密不可分的聯系，在建造過程中，每一個環節都需要考慮氣候是否適宜，在與此同時，將保證室內自然通風放在首位，以實現人們對自然風的需要。

4.2 室外氣候精細化表述方法

被動式超低能耗設計基礎是以保證人體舒適度為前提，可持續發展為目標來創造的新型建筑技術，在我國的建筑研究工作中依然停留在基礎氣象按樹數值模擬分析研究方面，同一些發達國家相比還是有差距的，因此我國在這一方面依舊需要努力。

4.3 室內微氣候

室內微氣候主要是由室內的溫度、濕度以及風速、輻射溫度等構成，由此形成了小型氣候環境，這對人體的舒適度有著很大的關系，與此同時，當室內微氣候可以達到人們體感舒適度的標準時，則證明建筑的節能效果很好[2]。

5 被動式超低能耗建筑設計的應用

5.1 制定標準（氣候）

眾所周知，氣候條件是被動式建筑設計的核心因素，對我國不同區域氣候制定不同標準就顯得格外重要，通過采用有效控制的技術在不同氣候區都能改善居住環境并很大程度上降低建筑的能量消耗，此種應用使得不論在炎熱或者嚴寒的情況下都可以降低供暖能耗。

5.2 創建環境（技術）

由于我國居民最喜歡的通風方式即是開窗使得自然風很好的流通，人們在自然風的情況下體感會感覺到舒適，因而被動式超低能耗建筑在設計時也應該主要考慮到這一點，當人們通過外界無法得到適宜的自然風時，被動式超低能耗建筑通過高效的新風系統能夠在外界環境不適宜開窗通風的情況下可以保證屋內溫度適宜[3]。

5.3 應用策略

被動式超低能耗建筑可以利用自然界的大部分資源，通過高性能圍護結構。新風熱回收、氣密性、可調遮陽等建筑技術來達到建筑效果，因而在建筑設計時更加需要設計師緊密研究，建筑師與技術工程師們也應精確的配合，共同攜手以確定一個最合理的方案為了能夠達到低耗能的標準之后再來建造。

6 結語

現如今，隨著全球變暖、環境污染的問題愈演愈烈，環境資源保護、可持續發展已然成為了一個最為迫切等待被解決的問題，在國民生活水平日益提升的今天，除了滿足大家各方面的住房需求以外，能夠在可持續發展的前提下建造房屋也是必不可少的環節，故而，全球的建筑設計必將向被動式房屋建筑設計理念進發。

[1]趙新潔.被動式超低能耗建筑設計基礎與應用實踐[J].門窗，2016（9）：49.

[2]許銳.被動式超低能耗建筑設計基礎與工程應用探討[J].建材與裝飾，2016（41）：63～64.

[3]陳華.被動式超低能耗建筑設計基礎與應用[J].中國房地產業，2017（21）：59～60.