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程 紅 明

二〇一九年一月十八日

目    錄

一、前言

二、被動式超低能耗建筑（Passive Ultra-Low Energy building）

三、被動式超低能耗建筑工藝及原理

四、結束語

五、參考文獻

一、前    言

     隨著全球經濟的發展，全球氣候、環境也隨著發生巨大的變化，這些變化對人類的生存環境與生活質量已產生息息相關的重大影響。為了應對氣候、環境的變化，實現可持續性發展戰略，提高建筑能效水平以首當其沖作為發達國家的發展趨勢。

     從世界范圍看歐盟2002年通過并于2010年修訂的《建筑能效指令》（EPBD），所有新建建筑在2020年前必須達到近零能耗水平。英國要求2016年后新建建筑達到零碳；德國要求2020年12月31日后新建建筑達到近零能耗；美國要求2020-2030年“零能耗建筑”應在技術上可行；韓國提出2025年全面實現零能耗建筑目標。許多國家都在積極制定超低能耗建筑發展目標和技術政策。

     建筑能耗分生產建材所消耗能耗、建材使用過程中能耗、建筑使用能耗等等。根據《中國建筑能耗研究報告（2017年）》：近些年，我國平均每年有160億平方米的新建房屋面積為能源利用率僅33%的高能耗建筑，每年建筑總能耗占全國能耗總量的三分之一，建筑使用能耗占能耗總量的20%。

     由于我國地域遼闊，各地氣候差異大，經濟發展水平和室內環境標準、建筑特點、建筑技術和產業水平以及人們生活習慣不盡相同，自2007年起，中國住房城鄉建設部引進德國先進建筑節能技術，以被動式超低能耗建筑技術為重點，結合其它發達國家近零能耗建筑節能技術，先后在河北、山東、新疆等地做出了示范項目，取得了很好的效果并開始推廣。

 在長江流域，由于其獨特的地理環境，冬冷夏熱，溫差大，長年濕度大，結合地域特點，在中國城鄉建設產業聯盟的主導下，由國建聯城鄉建設開發公司投資，湖北金墾建設投資集團子公司施工的開始施工，樣板房屋已建成，該項目結合地產、文旅、康養于一體，具有較強的研發性，為制定長江流域被動式房屋（Passive house）建筑標準提供技術指標，施工工藝提供主導依據。由中國城鄉建設產業聯盟與國建聯城鄉建設開發公司牽頭，中南建筑設計院、武漢理工大學設計研究院、北京建材設計院、湖北金墾建設投資集團等單位參與主編的《湖北省被動式超低能耗綠色建筑設計標準》以此為依據正在制定中，該《標準》在整個長江流域具有一定的示范意義。

• 二、被動式超低能耗建筑（Passive Ultra-Low Energy building）

     被動式房屋（Passive house）的稱謂理念來源于德國。在1988年5月德國被動式房屋研究院（Passivhaus Institut）的Wolfgang Feist 博士與瑞典隆德大學Bo Adamson教授的一次討論，通過一系列的研究和德國黑森林政府的資助，被動式房屋（Passive house）的概念逐步確立。1990年最早的一批被動式房屋在德國達姆施塔特建成。

     被動式超低能耗建筑是指適應氣候特征和自然條件，通過保溫隔熱性能和氣密性能更高的圍護，采用新風熱回收技術，在長江流域由于濕度大，而有特殊意義的除濕功能而建的房屋建筑。被動房這種建筑在顯著提高室內環境舒適性的同時，可大幅度減少建筑使用能耗，最大限度地降低對主動式機械采暖和制冷系統的依賴。

     被動式房屋的特點：不需要主動加熱，它基本上是依靠被動收集來的熱量來使房屋本身保持一個舒適的溫度，使用太陽、人體、家電及熱回收裝置帶來的熱能，不需要主動熱源供給。

    被動式超低能耗建筑是一種高效節能建筑，節能效率達90%以上，同時也是高度舒適性建筑，室內溫度常年處于20℃-26℃之間，濕度達40%至60%，CO₂濃度小于1000PPM，為人類建筑提供了一種恒溫、恒濕、恒氧、恒凈的舒適健康的生活環境，正是由于被動式超低能耗建筑具有的節能、舒適的雙重優越性而倍受人們喜愛，被動式超低能耗建筑越來越受社會的關注，世界各地新建成的被動房也如雨后春筍般的不斷涌現。

 

三、被動式房屋建筑工藝及原理

    （一）高效保溫系統

     在建筑物外圍采用保溫層持續不斷地包裹整個采暖空間，相當于給房子穿了一層棉襖，保溫又隔熱。采用此保溫層的建筑使外維護結構傳熱系數約為我國現行節能75%的建筑的三分之一，使建筑物保溫性能更優越；在保溫系統中設置防火隔離帶，有效保障安全；在施工時，在建筑物保溫層中，采用兩層保溫板之間錯縫連接，有效的避免了保溫層相鄰縫隙的熱量損失；保溫層采用錨栓與墻體連接，增強連接安全系數，避免高空脫落；錨栓采用阻斷熱傳遞的斷熱橋錨栓，能有效的防止熱流失。

     保溫系統的材料應用，現市面建筑保溫材料種類繁多，在武漢市江夏區由湖北金墾建設投資集團主導施工“魯湖零碳小鎮”示范工程中，外墻及屋面保溫采用的阻燃系數高80mm厚的石墨聚苯板，雙層錯縫連接保溫層，地面底層底于±0.00以下50cm處室內外均采取防水防潮處理，室內在防水防潮處理后再鋪設擠塑復合板進行保溫，樓地面采用擠塑板隔離處理。

外墻保溫做法

屋面保溫做法

地面保溫做法

樓面隔聲、保溫做法

 

    （二）無熱橋設計

     熱橋指在建筑外圍護結構的傳熱能力強，熱流較密集的部位，有熱橋的部位會造成大量的熱量損失，經過無熱橋處理的建筑使墻體保溫層及熱橋產生部位表面溫度均勻，從而達到導熱均勻，沒有明顯熱量損失；在長江流域，季節性溫差較大，室內外溫差較大，空氣濕度較大，從而由于熱橋的存在，使室內容易結露、沾灰、逐漸變黑，從而滋生細菌發霉，被動房技術對建筑中存在的熱橋部位進行斷熱處理后，有效的解決熱橋效應。常見的熱橋部及處理措施，如：與外墻連接部位的金屬結構件與墻體相連的金屬件用隔熱墊阻斷熱傳遞；懸挑部位如女兒墻與懸挑結構用連續的保溫，防止熱橋效應；外墻周邊的鋼筋混凝土抗震柱、圈梁、門窗過梁、不同材質連接部位等采用有效的熱橋處理措施，減少熱傳導的物理效應。

防熱橋保溫釘 

 

支架防熱橋做法

 

    （三）氣密性

     在風壓和熱壓的作用下，建筑物的空氣滲透主要來自室外門窗和外圍結構中不嚴密的孔洞，氣密性的優劣直接影響到建筑物的能耗，氣密性能越高，熱損失越小，因此氣密性是保證建筑保溫性能穩定的重要控制指標。

     被動房有連續并包圍整個采暖空間的氣密層，良好的氣密性可減少室內熱量的流失，并避免發霉、結露，并避免室外噪音、空氣污染、提高室內環境品質；門窗洞口、穿墻預埋件用特殊的密閉材料和配件來確保氣密層的完整性。

 

管道穿墻密封

室內氣密性檢測

回風口四周密封

    （四）被動式門窗

    門窗面積占整個建筑面積的1/5，通過門窗損失的熱量卻占整個建筑物熱量損失的一半，傳統的建筑門窗及施工工藝已不能滿足被動式房屋的節能要求。被動式房屋采用被動式門窗，被動式門窗采用三玻兩中空低輻射（Low-E）的高效節能門窗，其整窗傳熱系數的K值<0.8w/m²k，外掛式安裝并用保溫層覆蓋窗框可以減少熱橋效應，避免能量流失，窗框內外采用防水隔氣膜和防水透氣膜進行氣密性處理，室內采用防水隔氣膜、室外采用防水透氣膜、防水、防風、防噪音；外窗臺設置耐久性良好的金屬臺板，以免雨水浸蝕造成保溫層的破壞。被動式門窗性能高于國家標準《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》的等級標準。

    被動式門窗的六大要求：

1、玻璃的透照部分的性能要求

①玻璃的傳熱系數應滿足K≦0.8w（M2.k）；

②玻璃的太陽能總透射比G≧0.35；

③玻璃的選擇性系數S，越大越好，并滿足S=TL/g≧1.25的要求，其中TL是可透射比。

     在這種條件下，房屋的外門窗的透明材料只可能選用Low-E中空玻璃或真空玻璃等透明材料。因為只有Low-E才能對陽光具有選擇性。它能夠反射紅外能量，兼具“最大限度充許可見光進入”和“控制太陽能”兩種性能的玻璃。Low-E中空玻璃具有傳熱系數低和能夠反射紅外線的特點，其主要功能是降低室內外遠紅外線的輻射能量和太陽能輻射能量的傳遞，從而維持室內溫度。Low-E玻璃生產工藝分為兩種：一種是采用真空磁控濺射方法的離線Low-E玻璃，表面輻射率低于0.15；另一種是采用化學氣相沉和方法的在線Low-E在線玻璃，其表面輻射率值低于0.25。

2、型材的選擇

     被動式門窗采用專用型材，目前市場上材質有木材與鋁塑型材，型材傳熱系數K 應符合國家標準《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》GB/T 8484 規定的方法測定，并符合K ≤1.3W/(m2·K)規定。這項規定既保障了外窗整體的傳熱系數能夠控制在一定范圍以內，又保障了在使用過程中，冬季室內一側型材表面溫度高于露點溫度。

3、窗框的密封材料

     在建筑工程領域，工程用門窗普遍忽視門窗的密封材料。被動式房屋的門窗采用三道耐久性良好的密封材料密封，能有效在避免門窗本身在冬季室內一側結露，并降低被動房應有的室內環境溫度。

4、玻璃間隔條的選擇

     由于被動式門窗透明部分一般采用高性能玻璃間隔條三玻二腔充氬氣或是真空玻璃，高性能玻璃間隔條原來在我國一直是一個產業空白，我國相關的標準還未建立。現在由于被動式房屋建筑的發展，我國在上海已有廠家開始生產。

5、對外門窗的氣密性、水密性和抗風性能要求

     被動式門窗的氣密性、水密性和抗風壓性能高于同類普通非被動式房屋的建筑要求。依據現行的國家標準《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GB/T7106，其氣密性等級不應低于8 級、水密性等級不應低于6級、抗風壓性能等級不應低于9 級。

6、對門窗的安裝要求

     被動式房門窗與傳統的建筑門窗安裝方法不同，被動式門窗一般安裝外墻外側。外門外窗與墻體連接有防水透氣膜、防水隔氣膜和密封膠組成的完整密封連接系統。這種安裝方式比傳統的安裝方法相比較，可以減少20% 左右的熱損失。

 

被動窗

被動門安裝

 

被動窗安裝

被動窗護角

被動門、窗支架安裝

武漢市江夏區“魯湖零碳”小鎮

 

（五）新風系統

     被動式房屋節能不需要主動加熱，它依靠被動收集來的熱量來使房屋本身保持一個舒適的溫度。使太陽、人體、家電及熱回收裝置帶來的熱能，不需要熱源的供給，這個熱回收交換裝置就是全熱交換中央（除霾）新風系統。

    全熱交換中央（除霾）新風系統是被動 房的“呼吸系統”，持續不斷的為室內提供充足的氧氣，新風系統的智能監測及控制功能，使室內溫度控制在20℃-26℃，濕度控制在40%-60%，CO₂濃度控制在<1000PPM，保證室內環境處于恒氧、恒濕、恒濕、恒凈水平，采用G4初效和H11高效組合過濾持續對新風進行凈化，PM2.5的一次通過凈化率達到99.7%，高效熱交換器采用全熱交叉遞流式，高效回收排風中熱量和水蒸氣，熱回收效率>75%。

 

清華同方被動房

新風系統主機

 

新風管道

多功能控制器

 

新風口

 

（六）遮陽系統

     優秀的被動式房屋設計，必須有高品質的建筑外遮陽系統。建筑遮陽是建筑節能的有效方式之一，被動式建筑使用建筑遮陽更是一種自我調節手段，通過外圍護結構上安裝遮陽設施，可有效遮擋直射陽光、改善室內環境，節省建筑能耗，盡量減少能量在傳輸過程中的流量流失，還可以調節自然采光以滿足不同功能的需求，使房屋的能量系統最優化，是被動式房屋高品質的保證之一。

      遮陽系統可以使室外窗玻100%的太陽光熱能于室內窗玻阻隔至6%受熱，無遮陽則使室內窗玻至81%受熱，遮陽系統可以降低建筑表面90%以上的太陽直接輻射得熱，總體下可以節約空調用能25%以上。

（七）雨水回收系統

     由于城鎮化的迅速發展，道路、建筑群等不透面積的擴大，一方面雨水不能再入滲地下補充地下水，另一方面徑流迅速匯集造成地面積水和局部洪災，同時雨水流失造成水資源的浪費，于是通過收集、利用建筑物屋頂及地表的降雨徑流，達到綜合利用雨水資源和節約用水的目的，也是水資源可持續利用的重要措施之一。

    雨水收集的方法：

 1、地下儲雨水池，用于收集屋面、庭院和地面的雨水，所收集來的雨水經儲雨水池沉淀、過濾，通過輸送系統用于沖廁、洗車、綠化用水、景觀用水或消防用水。儲雨水池的規格依收集量與使用量規模而定，亦可依規模集成合并使用。

2、地上儲雨器，主要用于屋面雨水收集，所收集的雨水主要用于庭院灑水、澆灌花草，節約自來水。

（八）同層排水系統

     同層排水就是指同一層或本層，廚、廁衛生器具污水排水模管設置在本層套內，排水支管以套內本戶為界，排水支管不穿越樓板進入他戶而流徑主管的排水方式。同層排水的布置設計依據是：《住宅設計規范》（GB50096-1999）6.1.6條與《建筑給排水設計規范》（GB50015-2003）4.3.3，4.3.6，4.3.8條規定，以及國家標準圖《住宅廚、衛給排水管道安裝》03SS408針對同層排水標準設計。

 同層排水系統相對于傳統的隔層排水處理方式，同層排水方案徹底擺脫了相鄰樓層間的束縛，產權明晰，無噪音干擾，無滲漏隱患，更衛生。

 

（九）太陽能光電系統

     被動式房屋能源的應用是一個較為復雜的不需要外部能源供應的系統的應用，它除了太陽能、熱能的利用外，太陽能光電則是替代外部能源供應的主要方法之一，它集供電、蓄電于一體，有效的解決了建筑物機械、電器、照明所需的能源供應。

     光伏電站每發一度電，就相當于節約標準煤0.4kg，減少二氧化碳1.11kg，具有明顯的節能減排效果。

     太陽能光電的利用，是太陽的輻射能光子通過半導體材料轉變為電能的過程，通常叫“光生伏特效應”，太陽能電池就是利用這種效應制成的。太陽能電池是太陽能利用中最重要的作用之一；也是發展最快的技術之一，它有效的解決了被動式房屋建筑的用電延時應用。

      太陽能電池的應用很廣，但目前太陽能電池的蓄電成本較高，使用周期較短（目前使用周期約三至四年），但隨著科學技術的發展，到時太陽能電池無論是蓄電能力、成本、使用周期都將會有大的發展。

（十）太陽能熱水系統

     在能源緊缺的今天，熱水是建筑物中排在供暖、空調和照明之后的第四大能耗，太陽能熱水器是太陽能利用技術中最成熟、應用最廣泛、產業化發展最快的領域。我國越來越多的城鄉居民開始安裝使用太陽能熱水器。太陽能熱水器在安裝使用上存在諸多的問題，特別體現在太陽能熱水器沒能與建筑完美結合。因此，太陽能熱水器與建筑一體化的設計與研究使各地紛紛出臺《太陽能熱水系統與建筑一體化技術規程》，被動式房屋通過對太陽能熱水系統的一體設計與應用對這一技術規程的實施，使得原有的太陽能熱器在設計上、布置上、使用上、集成化、系統化，有機的與建筑物融為一體。

     被動式房屋太陽能熱水系統的應用配置根據建筑物使用配置而設置，被動式房屋對太陽熱水系統的設計使得相對應的每臺太陽能熱水器每年可節約標準煤約0.17噸，節約電費約780元，減少二氧化碳排放0.47噸。

 

四、結束語

     被動式超低能耗建筑，兼顧了舒適、健康、節能的特性，是人類應對氣候變化，實現可持續發展戰略重要支撐，在世界各地得到了廣泛的推廣，目前中國已經有100多項示范項目完工或正在建設，全國各地紛紛出臺鼓勵政策支持被動房的發展，建筑節能將迎來一場顛覆性的革命。

 

五、參考文獻

1、《計算建筑圍護結構中熱橋傳熱的等效平板法》（萬方數據庫）

2、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》

3、《提高建筑氣密性的適應性研究》（學術年會資料）

4、《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GB/T 7106

5、《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》GB/T 8484

6、《住宅設計規范》（GB50096-1999）

7、《建筑給排水設計規范》（GB50015-2003）

8、《太陽能熱水系統與建筑一體化技術規程》（DB34/1801-2012）

9、《太陽能光伏與建筑一體化技術規程》（DB34/5006-2014）