分析被動房技術在教育建筑節能中應用的可能性及其意義

于 波 青島市建筑設計研究院集團股份有限公司

1 前言

在社會經濟發展過程中，人們的生活水平不斷提高，對于居住環境也提出了更高的要求，當前節能建筑是我國建筑行業的主體，在建筑建設和發展階段要注重節能理念。被動房技術是一種新技術，在建筑環保節能方面發揮著重要的作用。在我國教育建筑節能中被動房技術發揮著重要的作用，本文分析了被動房技術在教育建筑節能應用的可能性和意義，同時提出被動房技術應用措施，促進我國教育建筑可持續發展。

2 概述被動房技術

2.1 被動房技術的概念

最早是在瑞典出現被動房的概念，被動房不需要利用采暖設施和空調設施，可以保障室內環境的舒適性。在德國首次出現被動房建筑，被動房技術因此快速發展，也逐漸變得成熟。被動房技術主要是利用建筑外圍護結構，減少室內熱力損耗，利用生活的各種熱源和太陽能等資源，維持室內環境溫度的舒適性，對比普通建筑，我國被動房建筑施工對于節能和熱損耗等方面提出嚴格的要求[1]。

2.2 被動房建筑設計技術措施

2.2.1 提高建筑維護體系保溫性能

被動房建筑可以提高人們居住的舒適性，同時可以平衡室內能量，為了實現上述要求，需要減少室內傳熱損失和通風散熱損失，獲取更多的太陽能和內部能量。被動房建筑室內溫度在20℃以上，利用新風系統的調溫作用，充分發揮出被動房理念的作用。為了充分發揮處被動房建筑的作用，不僅需要利用新風系統，還要利用其他先進技術。首先需要減少圍護結構面積，利用緊湊型的建筑，其次需要嚴格把握室外氣候和環境等因素，實現建筑節能降耗的目標。在利用被動房技術的過程中，需要合理選擇保溫材料，在布置保溫層的過程中，工作人員要利用覆蓋和搭接等方式，這樣有利于減少建筑損失的熱量，同時需要重視防火問題。為了優化建筑保溫效果，設置的門窗結構要具備保溫性能，無縫連接外墻保溫，充分利用太陽能資源，滿足建筑的電能和熱能的需求。

2.2.2 提高建筑氣密性

被動房建筑設計需要嚴格控制建筑能源的損失，對于建筑氣密性提出嚴格的要求，在被動房建筑設計階段，需要保障圍護結構的氣密性，在實際施工中需要密封處理漏氣和漏風部位，如果建筑管線和圍護結構缺乏密封性，將會損失大量的熱量，增加室內外溫差，因此工作人員需要加厚和加固處理這部分[2]。

2.2.3 機械送新風和熱回收

在室內氣體回收階段需要利用新風系統，可以吸收室內新鮮空氣，有效室內熱量損失，經過加熱處理清潔能源之后向室內傳輸，優化交換室內氣體。當前新風系統主要是利用地下氣管道進風，利用土壤蓄熱方式調節新鮮空氣溫度，在冬季可以降低低溫的影響，而在夏季也可以降低高溫的影響。

2.2.4 合理利用清潔能源

被動房建筑主要是利用清潔性能源，需要高效利用可再生能源，主要是利用光伏發電技術和太陽能技術以及地源熱泵技術等，充分利用這些技術，可以可持續的供應被動建筑的能源，高效利用能源[3]。

2.3 我國第一棟被動房

我國境內第一棟獲得認證的被動式房屋為上海世博會城市最佳實踐區德國案例-漢堡之家。漢堡之家的能耗是普通建筑的1/4。在建筑屋頂上安裝光能利用設備，為建筑提供90%的電能，同時利用電源熱泵裝置為建筑制冷和制暖等工作提供充足的能量。因為上海具有良好的光照條件，因此漢堡之家需要的外部能源比較少。漢堡之家的墻體用磚具有較好的保溫性能，窗戶利用3層特制的玻璃，選用的木制窗架利用隔熱材料，可以保障整體保溫性能和氣密性，降低了冬季采暖能耗和夏季制冷能耗。此外利用光陽和電器等熱源可以滿足室內熱需求，通過安裝中央通風設備，經過加熱和冷卻等處理措施，可以為房間內部提供除濕新風。

因為上海地區具有冬冷夏熱的特征，設計人員在漢堡之家的北面安裝玻璃幕墻，在西面和南面利用特制窗戶，根據陽光照射情況能自動開關窗戶，可以達到顯著的隔熱作用。當前發展節能環保的主要趨勢為被動房概念，但是我國還沒有普及利用被動房技術，主要原因集中在建設費用和材料性能以及施工技術等方面，因此在普通居住建筑和公共建筑中廣泛利用被動房技術還存在一定的難度，但是在教育建筑節能領域中國被動房技術具有較大的推廣潛力[4]。

3 教育建筑節能中利用被動房技術的可行性

3.1 教育建筑能耗較大

調查高校建筑的人均能耗，高校建筑能耗高于全國人均能耗，甚至一些高校超過了全國人均能耗的三倍，因此在教育建筑節能中發展低能耗建筑具有巨大的潛力，被動房技術在這一方面發揮著重要的作用。

3.2 現階段技術能力符合要求

例如針對建筑外墻結構，外墻傳熱系數要求在0.8W/（m2·K）以下，而傳統的外窗型系數只是達到2.0W/（m2·K）以內，不符合被動房的要求。在維護結構氣密性和熱處理以及通風換氣系統設計過程中遵守被動房工作標準，滿足低能耗建筑要求，為今后被動房建設奠定基礎[5]。

3.3 高度統一建設者和使用者

在當前的市場環境中，平衡被動房建筑的收益和額外投資，才可以被市場接受，并且順利推廣被動房建筑。當前節能建筑施工成本比較高，很多開發商不愿意使用，因為開發商缺乏動力，在實際施工中忽視了后期的節能效益。教育建筑的目的并不是盈利性，緊密聯系建設和使用，雖然增大了建設投資，但是在建成之后屬于低成本運營，因此可以減少建設和使用的矛盾。

3.4 以往節能改造經驗提供借鑒

近些年高校建筑節能改造為發展被動房建筑提供豐富的經驗，例如同濟大學文遠樓落實節能改造項目，在項目中利用地源熱泵技術和太陽能系統以及燃氣補能系統等，實現建筑運營節能的65%以上。因此可以確定在被動房建筑中適合利用太陽能和地熱能，發揮著顯著的作用，為被動房技術推廣應用奠定堅實的基礎[6]。

4 教育建筑中利用被動房技術的意義

4.1 開展無痕式環保教育

當前整個社會都在推廣利用建筑節能環保理念，而高校也在不斷普及環保意識教育。高校教育利用傳統的說教式教育，無法保障教育效果。在學校建筑中普及利用被動房技術，可以讓學生切實看到環保建筑的優勢，使其更加直觀的了解環保理念，對比傳統的教育方式，這種無痕式教育方式可以獲得更加顯著和持久的科普宣傳效果。

4.2 提高學校資金利用率

利用先進的節能技術可以實現低成本運營，很多高校建筑的節能方面比較顯著，例如某高校在浴室建筑中實施節能改造，利用可再生能源的新風和空調系統，可以有效節省運營成本，這說明利用節能技術可以保障建筑的效益，廣泛采用被動房技術，可以為學校節省大量的建設資金，在學校其他設施建設或者教育工作中投入節省的資金，可以為學生提供更多的服務[7]。

4.3 促進我國節能技術發展

在教育建筑中廣泛利用被動房技術，有利于積累被動房建筑的實踐經驗，促進研發新型材料和新型技術，為后續建筑領域利用被動房技術奠定基礎，進一步推動我國建筑節能技術的發展，為節能領域的可持續發展提供基礎。

5 教育建筑節能中被動房技術的應用

5.1 利用建筑外墻保溫隔熱措施

教育建筑節能腮紅需要結合被動房技術要求，提高建筑外墻保溫隔熱性能，同時需要在設計角度出發，結合建筑朝向安裝隔陽板，因此有效太陽能。落實保溫隔熱措施，可以設置外墻保溫板，可以選用EPS保溫面料。在寒冷地區為了優化保溫效果，選用的保溫板厚度需要處于200mm～250mm范圍內，為了控制保溫板的厚度，在實際施工中可以利用灰板，在灰板中融合紅外吸收劑，有效吸收和反射熱輻射，優化保溫隔熱效果。布置EPS保溫板的過程中，需要加強控制施工工藝，施工人員需要結合施工工藝要求控制錨栓數量，避免發生裂縫等施工質量問題。同時需要保障保保溫板防火性，滿足國家標準要求。

使用EPS板需要結合當地的氣候條件，在房屋保溫系統中可以利用膠粉聚苯顆粒復合型外墻保溫材料，同時需要結合外墻保溫的要求，提高外墻保溫板聚苯板黏結強度，保障聚苯板受力的均勻性，發揮出抗風壓能力。

5.2 優化建筑門窗系統

在房屋窗戶系統中利用中空玻璃系統，因為建筑門窗系統具有嚴重的熱損失，在房屋門窗改造過程中要注重減少熱損失，因此選用的玻璃系統具備節能效果。可以利用三玻兩腔雙中空結構，利用兩片不同材質的玻璃，因此形成中空，控制二者的距離在16mm以內，同時在其中填充氮氣之后進行密封。在玻璃和窗框中需要敷設密封膠條，提高建筑門窗系統的水密性和氣密性。

5.3 優化建筑管道系統

傳統的房屋管道系統無法滿足人們的需求，在教育建筑節能建筑合計需要優化處理和改造管道系統，為了高效利用新風系統，需要保障新風管道的耐久性和氣密性，同時還要具備保溫性，在空氣輸入、輸出階段，需要嚴格控制向外散熱量。優化設計排水管道和供電管道階段，提高管道的耐久性和實用性。

5.4 融合綠色建筑理念

在教育建筑節能施工中需要落實綠色建筑理念，重視環保和節能性能，充分利用太陽能和地熱能等，滿足電能和熱能需求，例如在衛生間中可以利用收集的雨水。在教育建筑節能設計中減少利用化石能源和自然能源，高效地利用資源，提高建筑的舒適度。

6 結束語

被動房建筑造價要低于其他節能建筑，當前人們對于建筑的要求不斷雜而更加，同時普及其他產品，將會逐漸突出被動房技術的應用優勢。普及和利用被動房技術符合我國建筑節能的需求，可以有效降低建筑能耗，促進我國建筑行業節能減排可持續發展。