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歐洲國家對節(jié)能建筑的研究和實踐一直都十分活躍而卓有成效，不少新的概念和技術都源自歐洲，“被動房”（Passive House）作為節(jié)能建筑的一種類型，由于其具有獨特的研究出發(fā)點和逐漸成熟的設計、建造和評價體系，在歐洲國家越來越受到社會各界的青睞，成為學術研究和設計實踐的有一個關注點。

“被動房”建筑的基本情況

“被動房”建筑的定義

按照歐盟委員會支持的歐洲“被動房”促進項目中對“被動房”的定義，“被動房”是指不通過傳統(tǒng)的采暖方式和主動的空調形勢來實現(xiàn)舒適的冬季和夏季室內(nèi)環(huán)境的建筑。

各國研究者比較一致的觀點認為“被動房”最大特點在于通過被動式設計，使得建筑對采暖和空調需求的最小化。

由于“被動房”的研究與實踐始于德國，根據(jù)德國的氣候條件，目前歐洲大多數(shù)的“被動房”的技術措施著眼于冬季采暖需求的最小化。

“被動房”建筑概念的創(chuàng)立

“被動房”的概念是在德國上世紀80年代低能耗建筑的基礎上建立起來，1988年瑞典德隆大學的阿達姆森教授和德國的費斯特博士首先提出這一概念，他們認為“被動房”應該是不用主動的采暖和空調系統(tǒng)就可以維持舒適內(nèi)熱環(huán)境的建筑。

1991年在德國的達姆施塔特建成了第一座“被動房”，在建成至今的十幾年里，一直按照設計的要求正常運行，取得了很好的效果。

1996年，費斯特博士在德國達姆施塔特創(chuàng)建了“被動房”研究所（PHI）。該研究所是目前“被動房”研究最權威的機構之一。

在歐洲已經(jīng)有上萬座“被動房”建成，并且“被動房”的理念已經(jīng)不再只局限于住宅建筑中，在一些公共建筑中，也逐漸開始采用“被動房”的標準進行建設。

“被動房標準”

“被動房標準”實際上是一個實現(xiàn)建筑超低能耗的設計標準，目前這個標準并非官方制定，而是研究者們達成一個共識。

在歐洲國家，要真正被認證為“被動房”必須滿足2條標準：1）建筑每年的采暖能耗不超過15kwh/㎡；2）建筑每年總年耗（采暖、空調、生活熱水、照明、家電等）不超過120kwh/㎡。

按照這些標準，建筑的冬季采暖可以被減少到歐洲現(xiàn)有同類型建筑的10%以內(nèi)，建筑每年的總能耗可以減少到30%以內(nèi)，二氧化碳的排放可以減少到50%以內(nèi)。

在歐洲目前大約一萬座被認證為“被動房”的建筑中，都是按照這個標準建造的，他們大多數(shù)都是居住建筑，也包括一些辦公樓、學校、幼兒園、超市等公共建筑。

“被動房”設計的主要措施

目前的“被動房”項目中，設計和建造“被動房”建筑時主要致力于解決冬季的采暖問題，其設計理念的核心思想在于最大限度地減少建筑的熱量損失。其技術措施可以歸納為4個方面。

加強建筑維護體系的保溫性能

建筑維護體系主要由外墻、屋面和外窗組成，加強圍護體系的保溫性能是“被動房”建筑設計和建造中最為重要的技術措施。正如人在冬季最重要的御寒手段就是穿上保暖衣服一樣，這是一個非常簡單的道理。

而“被動房”正是充分發(fā)揮了這一原則。在考慮現(xiàn)有建筑材料的性能和價格的基礎上，為建筑穿上一件最保暖的外套，并把可能存在的“冷橋”盡量阻隔掉。

建筑外墻和屋面是圍護體系主體，在歐洲目前的“被動房”中，外墻和屋面的保溫材料較多地采用XPS擠塑聚苯板以及巖棉等。為達到“被動房標準”，所采用的厚度都非常大。

例如：德國達姆施塔特建成的第一座“被動房”建筑中，外墻采用275mm的EPS聚苯保溫板，其傳熱系數(shù)為0.14w/(㎡·K)；屋面采用了445mm的巖棉保溫，其傳熱系統(tǒng)達到0.1w/(㎡·K)。

在其他已建成的“被動房”項目中，外墻和屋面的傳熱系數(shù)通常都在0.1w/(㎡·K)左右。

外窗的保溫性能對玻璃和窗框要求讀很高，在不少歐洲國家現(xiàn)有的建筑中，大多數(shù)采用雙層中空玻璃和斷橋鋁合金的窗框，其傳熱系數(shù)為2.4w/(㎡·K)，還遠遠達不到“被動房”外窗的保溫性能要求。

目前已建成的“被動房”中，建筑外窗通常采用3層中空玻璃以及帶保溫夾層的窗框，其傳熱系數(shù)可達0.8 w/(㎡·K)以下。

在圍護結構的阻熱性能明顯提高以后，“冷橋”就成為一個影響圍護體系保溫效果的重要因素。在現(xiàn)有建筑的設計中，“冷橋”也已經(jīng)成為一個被關注的問題，但是遠沒有在“被動房”設計中那樣盡可能的被避免。在“被動房”里，盡量避免“冷橋”存在。

提高建筑的氣密性能

基于“被動房”的理念，建筑應該是一個盡量不受室外環(huán)境干擾的獨立系統(tǒng)。因此，建筑圍護結構應該具有可以隔絕室內(nèi)外空氣滲透的功能，這一點在冬季尤為重要，所以，“被動房”建筑與室外空氣交換都是通過可以控制的機械系統(tǒng)來實現(xiàn)。

建筑的氣密性能對于“被動房”非常重要，好的密閉性除了可以降低熱量損失以外，還可以控制室內(nèi)環(huán)境的濕度和保護建筑結構。

在“被動房”建筑設計中，不少窗扇都是固定不可以打開的，部分可開啟窗扇在關閉時也要滿足很高的氣密性要求。

在“被動房標準”中有一條不做嚴格要求但是推薦采用的指標，就是在建筑的氣密性測試中，要求在室內(nèi)外50Pa壓力差的情況下，每小時的空氣滲透量不能超過建筑總容積的60%。

在歐洲各國的現(xiàn)有建筑中，這一指標都還遠不能達到要求，通常在200%-400%之間，而在德國達姆施塔特建成的第一座“被動房”中，這一指標僅為30%，有效地減少了冬季熱量的損失。

機械送新風并進行熱回收

當建筑的氣密性能大大提高以后，適宜的通風換氣方式對于“被動房”就尤為重要了。

要保持室內(nèi)空氣的清潔與健康，必須要滿足一定的新風量，在歐洲各國中，新風量的指標從室內(nèi)空氣每小時換氣0.4~0.9次，我國北京居住建筑節(jié)能設計標準中規(guī)定的冬季換氣指標為0.5次，與歐洲各國的要求大致相同。

在現(xiàn)有建筑中，開啟窗戶和門窗縫隙的滲透是實現(xiàn)建筑冬季換氣的常用方式，但這樣無疑會帶來大量的熱量損失，并且產(chǎn)生室內(nèi)吹冷風的不舒適感。

在“被動房”中，這一換氣指標則完全需要通過機械通風的方式來完成，在每套住宅中，室內(nèi)污濁的空氣從廚房和衛(wèi)生間的排風口排入風管中，新鮮空氣則從起居室和臥室的送風口中進入房間。

把建筑排風中的熱量回收，用以預熱室外的新鮮空氣并送入室內(nèi)是實現(xiàn)“被動房標準”的關鍵技術之一，在歐洲目前使用的熱交換器的熱回收效率非常高，可以達到75%~90%的熱回收率，所以傳統(tǒng)建筑在冬季通風換氣損失的熱量在“被動房”建筑中很大程度上被避免了。

新風排風熱交換器的體積很小，通常裝在建筑吊頂或者閣樓內(nèi)就可以。由于“被動房”建筑隊采暖所需的熱量需求已經(jīng)很少，所以甚至可以通過新風系統(tǒng)來調節(jié)房間的溫度，經(jīng)過加熱的新風送入房間就足夠保持設計的室內(nèi)氣溫，這樣，建筑內(nèi)就可以完全不用安裝傳統(tǒng)意義的采暖系統(tǒng)了。

當然，在設計者看來，機械新風的另一個好處是可以保證空氣的質量。在新風的處理過程中，除了可以回收熱量以外，還可以過濾室外空氣的塵土，控制空氣的濕度，使空氣的質量可以比自然通風的空氣質量大大提高。

所以，即使是在非采暖季節(jié)，在不必考慮熱量損失的情況下，有不少建筑師還是堅持在設計采用機械新風系統(tǒng)。

低熱負荷的采暖方式

通過上述3方面的措施，“被動房”的冬季采暖需求已經(jīng)被降低的程度，只需要很少的熱量即可以達到室內(nèi)的設計溫度，有研究者在“被動房標準”中提出，“被動房”建筑的采暖熱負荷應該低于10W/㎡。

這時候，作為被動式建筑的設計理念已經(jīng)實現(xiàn)了，在這個基礎上，為建筑提供采暖的熱源就完全可以擺脫對傳統(tǒng)采暖設備的依賴，設計者可以充分發(fā)揮想象力利用各種“免費”能源來為建筑提供熱量。

利用太陽能是最常見的方式，滿足“被動房標準”的建筑，可以通過被動式太陽房的設計獲得熱量，也可以通過建筑立面的設計，是充足的陽光在冬季直接照射到建筑室內(nèi)，所獲得的太陽能就能夠提供相當一部分采暖的熱量。

另外，建筑內(nèi)的電燈、家用電器和廚房設施產(chǎn)生的熱能都為房間供暖，甚至人體自身產(chǎn)生的熱能也可以維持房間的溫度。

當然，這些都不穩(wěn)定的熱源，所以建筑內(nèi)一般也會有小型的采暖設施作為備用。通過加熱新風或者安裝小型低溫熱輻射器是常見的方式，采暖設施的熱量可以通過小型的地源熱泵、生物質燃爐、太陽能集熱器等可再生能源設施來獲得。

“被動房”的發(fā)展方向

建造多樣化的“被動房”

因為“被動房”的緣起是在德國、奧地利等歐洲中部國家，所以相關的標準和技術措施更多的是針對這一地區(qū)的氣候特征和地域特點。

要推廣“被動房”的設計理念，必須使其適應不同的地域和環(huán)境，發(fā)展多樣化的“被動房”。

在其他歐洲國家中，這種多樣化的趨勢正在不斷深入。歐洲幅員廣闊，氣候差異較大，北歐國家冬季嚴寒，而地中海沿岸國家夏季較為炎熱，這些氣候特征都與德國有很大不同，在設計中必須采用不同策略。

居住建筑的修建方式也各有特點，比如外墻，在德國外墻涂料很常見，而荷蘭、比利時等國家磚砌空心墻較多，瑞典、芬蘭等國家則通常采用木構建筑。

針對這些不同的修建方式，需要在建筑構造設計上采用不同的方式來使墻外的保溫性能達到“被動房”的要求。

隨著“被動房”理念的不斷推廣，在歐洲各國也都建成了不少“被動房”建筑實例。

目前，“被動房”理念也傳播到了歐洲以外的國家。2006年在美國明尼蘇達州的貝密吉建成了北美第一座經(jīng)過認證的“被動房”建筑Waldsee Biohaus，2007年美國的“被動房”研究所（Passive House Institute US）在伊利諾伊州的厄巴納成立。

亞洲國家中，目前有研究者在韓國進行把“被動房”理念運用于城市高層住宅的可行性研究，這些項目對東亞周邊國家也將會起到一定的示范作用。

“被動房”在歐洲的發(fā)展速度很快，有德國的研究者樂觀地認為德國在未來10年內(nèi)將全面采用“被動房標準”，10年后的所有新建住宅都會是“被動房”。

如此看來，如果“被動房”的理念能夠得以廣泛普及，其技術措施能夠得到廣泛運用，在將來的某個時期，城市中的建筑都滿足“被動房標準”，所有的建筑都可以在建筑內(nèi)部輕易地解決冬季采暖問題，那目前作為重要市政基礎設施的城市供暖系統(tǒng)就可以退出歷史舞臺了。

這樣看來，“被動房”在實現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保的環(huán)境目標的同時，也將改變?nèi)藗兊纳罘绞胶统鞘械男螒B(tài)。

提高“被動房”建筑的性價比

與其他節(jié)能建筑一樣，高額的附加成本往往是影響發(fā)展的瓶頸。要普及“被動房”，就必須要提高其性價比，使之成為對普通城市居民具有吸引力并可以負擔的建筑。

“被動房”體現(xiàn)的是被動式的設計理念，其最主要的技術手段是提高建筑外圍體系的保溫性能，所以相對其他節(jié)能建筑而言，它所采用的大都是低技術的措施，在造價上是有一定優(yōu)勢的。

“被動房”建筑也不會像其他節(jié)能建筑一樣總是追隨最新的技術手段，讓建筑的調節(jié)與操控變得很復雜，而使節(jié)能建筑成為高技術高成本的代名詞。因此，長遠看來“被動房”是很有市場潛力的。

根據(jù)德國“被動房”研究所公布的案例資料，在德國一套新建成的100㎡的“被動房”住宅，增加的額外投資為7669歐元，另一套新建成的130㎡的“被動房”住宅，增加的額外投資為13140歐元，而他們每年所節(jié)省的能耗費用在511~1023歐元之間。

在德國對于節(jié)能建筑的財政補貼和稅收優(yōu)惠政策下，對于購房者而言，這樣的性能價格比已經(jīng)是非常容易接受的了。

當然，節(jié)能建筑的性價比總是受到各種因素影響的。由于石油、天然氣、煤炭等不可再生能源的價格會長期趨漲，而普及程度的提高會使節(jié)能技術的成本逐漸下降，這是大的趨勢。

而目前，市場對節(jié)能住宅的接受度很大程度上還是要受到投資與收益平衡的影響，對于普通城市居民而言，如果附加的購房成本能夠在可以預見的時期內(nèi)通過大大減少采暖費用而得以回收，那一定還是非常具有吸引力的。

建立基于“被動房”理念的設計方法

在實現(xiàn)可持續(xù)建筑的節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保等環(huán)境目標的策略中，總的來講可以劃分為兩大部分：一部分是“需求最小化”策略，另一部分是“供給最優(yōu)化”策略。

而對需求的控制完全可以用被動式的方法來完成，“被動房”正是充分運用這一方法的例子。“被動房”一方面是一種節(jié)能建筑類型，這種類型的建筑需要滿足“被動房標準”的要求；另一方面，“被動房”理念也可以發(fā)展成為一種可持續(xù)建筑設計方法——被動式法。

被動式方式是一種利用建筑自身而不通過設備來滿足建筑物理環(huán)境的要求，并實現(xiàn)建筑的節(jié)能、環(huán)保等環(huán)境可持續(xù)目標的方法。

把建筑對能能源和資源的日常需求控制到最低是被動式方法的核心思想，這些需求涉及到建筑的采暖、空調、照明、用水等方面，對于位于不同氣候條件和社會環(huán)境中的建筑，這些需求會有很大不同，建筑師需要發(fā)揮足夠的智慧，運用多方面的策略才能很好地把這些需求降到最低。

“需求最小化”是可持續(xù)建筑的重要內(nèi)容，在這一基礎上，再采取可再生能源利用、能源效率提高、資源循環(huán)再利用等“供給最優(yōu)化”的具體相關策略，才能獲得最大的環(huán)境收益。

對住宅建筑而言，被動式方法可以涵蓋居住區(qū)規(guī)劃、住宅設計、管理機制、居住生活模式等幾個不同的方面，在這幾個方面都有各自可以實現(xiàn)控制要求的措施，把這些措施有機的組合到一起，可以把住宅對能源和資源的日常需求降到最低，從而形成一個實現(xiàn)住宅建筑環(huán)境可持續(xù)目標的“被動式體系”。

“被動房”在我國的應用前景分析

“被動房”經(jīng)過歐洲國家不斷研究與實踐，已經(jīng)發(fā)展出比較成熟的設計、建造和評價體系。從大量建成項目的效果看，“被動房”建筑有很好的發(fā)展前景。

目前“被動房”建筑的研究和實踐也已經(jīng)在北美和亞洲的國家中開始進行。我國對節(jié)能建筑歷來非常重視，近年來也在研究和實踐中取得了不少積極的成果，可以結合國情，吸取歐洲“被動房”建筑的經(jīng)驗。

首先要考慮我國不同地區(qū)的氣候特征。“被動房”最初的設計原則和技術方法是以德國、奧地利等歐洲中部國家的氣候為依據(jù)，而目前北歐和南歐國家已經(jīng)在此基礎上發(fā)展了各自的“被動房”，東歐國家如匈牙利、捷克等也正在進行相關研究與實踐。

我國國土面積與歐洲近似，有7個不同的氣候分區(qū)，各地區(qū)的氣候特征以及對采暖和通風的要求也不同，在我國不同地區(qū)建造“被動房”可以根據(jù)情況參考歐洲相應氣候特征國家的經(jīng)驗。

同時，我國與歐洲國家文化上的差異也會影響到“被動房”的設計。

例如，我國的飲食方式對住宅廚房的要求和歐洲國家有很大不同，住宅中廚房產(chǎn)生的油煙和氣味通常需要通過自然通風或者抽油煙機及時排走，而“被動房”對建筑密閉性和室內(nèi)換氣量卻有特定的要求。

因此如何在住宅設計中同時滿足節(jié)能和生活習慣的要求是一個需要綜合考慮的問題。

另外，我國目前大多數(shù)住宅是市場化的，“被動房”的收益和所增加的額外投資是否能夠平衡，從而被市場所接受，這也是影響到“被動房”是否可以推廣的關鍵因數(shù)。

盡可能采用本土的建筑材料和相關產(chǎn)品是有效降低建造成本的方式，這一點需要在研究和實踐中做更多的嘗試。

當然，從歐洲國家的經(jīng)驗來看，“被動房”的造價明顯低于其他高技術節(jié)能建筑，而且隨著需求的增加和相關產(chǎn)品的普及，其生產(chǎn)成本的優(yōu)勢會越來越大。

“被動房”的基本理念和技術策略在我國是完全可以實現(xiàn)的。我國在節(jié)能建筑的政策法規(guī)、規(guī)劃設計、建造施工以及建筑材料的研發(fā)生產(chǎn)上已經(jīng)具備一定的基礎，歐洲“被動房”建筑所要求的材料和設備大多數(shù)在我國都有相同或者類似的產(chǎn)品。

建筑師需要在運用“被動房”基本理念的基礎上，結合我國的實際情況，創(chuàng)造性的設計出符合我國國情的“被動房”，為可持續(xù)建筑的發(fā)展增加新的亮點

來源：新城市主義

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