被動式超低能耗建筑設(shè)計基礎(chǔ)與應(yīng)用研究

萬曉彬 龐昊

隨著科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步，人們對所居住環(huán)境的要求也隨之增長，與此同時越來越多人關(guān)注到了可持續(xù)發(fā)展的重要性，其中被動式超低能耗技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計之中便是環(huán)境保護(hù)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(yīng)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(yīng)性，主要采用高性能的保溫隔熱、氣密圍護(hù)結(jié)構(gòu)及新風(fēng)熱回收技術(shù)實(shí)現(xiàn)舒適的居住環(huán)境，且可再生資源利用率高。被動式建筑的主要特點(diǎn)如下：

1.1 要求高

被動式房屋的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對建筑材料、結(jié)構(gòu)和技術(shù)設(shè)備都有極高的要求，其中控制性指標(biāo)主要有兩套，一套是能耗指標(biāo)，一套是室內(nèi)舒適度指標(biāo)。且被動式房屋的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)包括高效的外保溫系統(tǒng)、被動式建筑外窗、有高效熱回收裝置的新風(fēng)系統(tǒng)、極佳的氣密性和無熱橋設(shè)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(shè)計再加上氣密性良好的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，使得它比普通建筑節(jié)能90%以上，即使是相對于新型建筑依舊可以節(jié)約75%的能耗。

1.3 舒適性

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

1.4 經(jīng)濟(jì)性

為保證被動式房屋的質(zhì)量，在初始建造過程需要進(jìn)行周密的設(shè)計以及采用高性能的建筑組件，因此其建造費(fèi)用會相對傳統(tǒng)建筑較高一些，通常被動式房屋建筑成本要比傳統(tǒng)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(yùn)營以及維護(hù)費(fèi)用，這樣從長遠(yuǎn)來看，反而具有長期的成本優(yōu)勢。

2 被動式建筑設(shè)計現(xiàn)狀

世界上的第一幢被動式建筑是由德國設(shè)計改造的一幢普通三層居住建筑，這棟建筑在1991年經(jīng)過節(jié)能改造以后投入使用，年終端耗能降低了約80%，實(shí)測結(jié)果除了1992年因墻體升溫等原因略高以外，其余各年均達(dá)到了被動式建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)指標(biāo)。

德國海德堡市也于2009年興建了新城區(qū)Bahnstadt，它的特殊之處是在于供熱配電的方式，相比于傳統(tǒng)的供熱通電消耗能源，這個新城區(qū)則節(jié)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(shù)，再配以地?zé)岷蜕镔|(zhì)能，對大氣層減少排放二氧化碳竟然可以達(dá)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(rèn)證的被動式高層辦公大樓，它的特殊之處是在于設(shè)有雙層玻璃幕墻，并在此基礎(chǔ)上配有優(yōu)化的外遮陽設(shè)備，與傳統(tǒng)高樓相比，這棟大樓的冷、熱負(fù)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(fā)展迅猛，目前我國的新建住宅和公共建筑普遍執(zhí)行節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)，如我國被動式低能耗房屋示范項(xiàng)目秦皇島的“在水一方”，平均每年可以節(jié)約標(biāo)煤547t、減少二氧化碳排放1423t、節(jié)約采暖費(fèi)195萬元，節(jié)約帶來的經(jīng)濟(jì)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(qū)投資建設(shè)的被動式住宅的團(tuán)林實(shí)驗(yàn)中學(xué)，作為全國首個以被動式住宅標(biāo)準(zhǔn)建立的中學(xué)，將會為超低能耗建筑帶來示范效應(yīng)。據(jù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹，這座教學(xué)樓墻體由22cm厚的基礎(chǔ)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(huán)境下，通過熱回收系統(tǒng)使得室內(nèi)80%以上的廢氣都可以轉(zhuǎn)化為熱能，并通過空氣新風(fēng)系統(tǒng)將新鮮空氣過濾后引入室內(nèi)，全年室內(nèi)溫度基本維持在20～26℃之間，在這樣的教室學(xué)習(xí)，師生們將享受比冬季供暖、夏季開空調(diào)更為舒適的教學(xué)環(huán)境。

3 被動式超低能耗建筑設(shè)計應(yīng)考慮的因素

3.1 環(huán)境因素

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

3.2 氣候因素

同上述環(huán)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(shù)的因地制宜性要求就更大了。

3.3 建筑因素

隨著我國經(jīng)濟(jì)事業(yè)發(fā)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(qū)域多的情況使得建筑之間常常出現(xiàn)傳熱損失、集中設(shè)備負(fù)荷低等狀況，這一點(diǎn)也需要重點(diǎn)注意。

3.4 建筑耗能因素

我國的能耗業(yè)受到上述環(huán)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(diǎn)。

4 被動式超低能耗建筑設(shè)計的基礎(chǔ)

4.1 建筑環(huán)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(lián)系，在建造過程中，每一個環(huán)節(jié)都需要考慮氣候是否適宜，在與此同時，將保證室內(nèi)自然通風(fēng)放在首位，以實(shí)現(xiàn)人們對自然風(fēng)的需要。

4.2 室外氣候精細(xì)化表述方法

被動式超低能耗設(shè)計基礎(chǔ)是以保證人體舒適度為前提，可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)來創(chuàng)造的新型建筑技術(shù)，在我國的建筑研究工作中依然停留在基礎(chǔ)氣象按樹數(shù)值模擬分析研究方面，同一些發(fā)達(dá)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(nèi)微氣候

室內(nèi)微氣候主要是由室內(nèi)的溫度、濕度以及風(fēng)速、輻射溫度等構(gòu)成，由此形成了小型氣候環(huán)境，這對人體的舒適度有著很大的關(guān)系，與此同時，當(dāng)室內(nèi)微氣候可以達(dá)到人們體感舒適度的標(biāo)準(zhǔn)時，則證明建筑的節(jié)能效果很好[2]。

5 被動式超低能耗建筑設(shè)計的應(yīng)用

5.1 制定標(biāo)準(zhǔn)（氣候）

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

5.2 創(chuàng)建環(huán)境（技術(shù)）

由于我國居民最喜歡的通風(fēng)方式即是開窗使得自然風(fēng)很好的流通，人們在自然風(fēng)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(shè)計時也應(yīng)該主要考慮到這一點(diǎn)，當(dāng)人們通過外界無法得到適宜的自然風(fēng)時，被動式超低能耗建筑通過高效的新風(fēng)系統(tǒng)能夠在外界環(huán)境不適宜開窗通風(fēng)的情況下可以保證屋內(nèi)溫度適宜[3]。

5.3 應(yīng)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(hù)結(jié)構(gòu)。新風(fēng)熱回收、氣密性、可調(diào)遮陽等建筑技術(shù)來達(dá)到建筑效果，因而在建筑設(shè)計時更加需要設(shè)計師緊密研究，建筑師與技術(shù)工程師們也應(yīng)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(dá)到低耗能的標(biāo)準(zhǔn)之后再來建造。

6 結(jié)語

現(xiàn)如今，隨著全球變暖、環(huán)境污染的問題愈演愈烈，環(huán)境資源保護(hù)、可持續(xù)發(fā)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(xù)發(fā)展的前提下建造房屋也是必不可少的環(huán)節(jié)，故而，全球的建筑設(shè)計必將向被動式房屋建筑設(shè)計理念進(jìn)發(fā)。

[1]趙新潔.被動式超低能耗建筑設(shè)計基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)踐[J].門窗，2016（9）：49.

[2]許銳.被動式超低能耗建筑設(shè)計基礎(chǔ)與工程應(yīng)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(shè)計基礎(chǔ)與應(yīng)用[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2017（21）：59～60.