被动式低能耗建筑（被动房）技术及案例分析

上海建工七建集团有限公司

蔡啸

被动式低能耗建筑，通常简称为“被动房”，其核心主要在于设计理念注重吸收自然能量，同时减少建筑本身的能耗，通过热冷回收装置将室内废气中的热冷能量回收，让建筑内的温度与空气不受地区、气候影响，最终实现低能耗、低排放。

进入21世纪，欧洲发达国家对建筑能耗的关注度持续增高，推广被动房的力度愈发增强。欧盟2010年修订的欧盟建筑能效指令（EPBD）中明确提出，到2020年，欧洲大陆所有新建建筑要达到近零能耗水平。德国2011年提出新的房屋节能目标：自2019年1月1日起，将政府办公建筑建成近零能耗房屋；自2021年1月1日起，将所有新建房屋建成近零能耗房屋。丹麦议会提出在2020年前，新建建筑成为近零能耗建筑，主要依靠可再生能源，进一步推广热泵、太阳能和生物质热利用[1]。

被动房在中国发展有着非常扎实的理论与实际根基。古代建筑中的坐北朝南、背山临水等理念；综合建筑场地中水体、植物形成的小气候，都是利用自然环境达到夏季降温、冬季采暖的效果。当代，通过建筑设计本身，采用非机械、外力等手段达到减少建筑照明、采暖及空调的能耗，都是思维相融合的结果，这些一致性融合加速了被动房在我国的发展。2010年，中-德双方确定2个被动房示范项目：秦皇岛在水一方和哈尔滨辰能溪树庭院。2个项目分别于2013年和2014年竣工并通过验收。2016年2月，在《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中，明确提出发展被动房等绿色节能建筑。经过几年持续发展，被动房已经从小范围试点项目拓展至规模化社区，在河北、山东陆续出现了10万m²以上的中型居住社区。2018年上半年，全国新增被动房项目相当于以往项目开发量的总和。

1 技术体系概述

通过“需求最小化，供给最优化”的理论及对应方法，被动房代表了建筑节能与绿色建筑技术的最高集成。在保障室内舒适度的前提下，能耗比现行居住建筑节能标准节能70%，比现行公共建筑节能标准节能75%以上，并且通过能源供给的优化，基本不再需要传统的集中供热。

1.1 被动房特点

结合技术体系自身发展情况及国人居住使用习惯，具有中国特色的被动房特点可归结为以下几点[2]：

（1）关注健康与节能之间的结合，统筹规划设计中光照、通风、制冷采暖细节。

（2）充分考虑中国气候特点以及差异，注重居民生活习惯，例如注重房屋朝向，要求房屋每日开窗通风。

（3）对接国家现行法规和建筑标准体系，适应中国建筑建设管理及报批程序。

1.2被动房设计数据

结合以上特点，在过往数年的发展过程中，我国被动房的设计基本数据要求如下：

（1）单位建筑面积累计供热量和供冷量需要满足表1要求，设计热负荷指标≤10W/m²。

表1累计供热量和供冷量

（2）单位建筑面积供热、空调和照明总一次能源消耗≤45kW·h/年。

（3）气密性必须满足N50≤0.6，即在室内外压差50Pa的条件下，换气次数不得超过0.6次/h。

（4）室内环境参数要求见表2。

表2夏季及冬季环境参数

2  案例实施及分析

2.1项目设计

被动房的发展使建筑品质获得了很大的提升，其设计方法、材料选择和精细施工使建筑寿命获得了有效的延长。被动房建造使过去的粗放式施工转为精细化施工，其不但在使用过程中节省90%的能耗，而且建筑寿命获得了明显的延长，从而起到了保护能源和资源的作用。

为达到要求的热负荷、气密性、室内环境等指标参数，被动房的主要设计技术策略可归纳为：围护结构热量传递和置换通风过程中的热损失最小化，通过控制外墙和屋顶顶板传热系数、外门窗传热系数、房屋气密性、室内温度、空气相对湿度、体型系数（A/V)，同时利用可再生能源技术的低负荷采暖制冷系统，使供给最优化，具体设计策略可归纳为以下几个方面：

（1）建筑节能设计。

（2）外围护结构节能技术。

（3）置换式通风与热回收。

（4）可再生能源利用技术。

只要落实上述设计策略，就可以实现被动房指标参数要求。以下以雄安新区政务服务大厅以及南通装配式公寓楼为例，从设计管理、材料选择、项目实施效果等角度进行分析。

2.2雄安新区

雄安新区政务服务大厅，采用了被动房设计方案。施工过程中，根据设计标准及要求，项目单位严格把控混凝土浇筑质量、材料搭接面处理、外墙龙骨及保温棉填塞、穿墙孔洞的封堵等施工细节。对于关键的外围护结构，在有限工期内改变了传统外立面安装工艺的做法，在工厂内进行预装配加工，严格按照工程节点进行生产，从而使得外窗K值≤0.97W/（m²·k）、风压荷载性能达到9级、气密性能达到8级，并将连接节点的加工精度控制在0.1mm以内。借助于科学精准的安装节点设计，后期安装的准确度达到100%，在40d内高质量完成逾5000m²的被动式门窗、幕墙的生产及现场安装任务。

根据设计策略，项目单位采用如下被动房节能设计。

（1）建筑节能设计：架空楼板上设置200mm厚岩棉板。

（2）外围护结构节能技术：外墙保温采用200mm厚岩棉带，屋顶保温采用200mm厚聚氨酯板，天窗采用进口多层超白玻璃。

（3）置换式通风与热回收：外开玻璃采用常闭电动气开窗（三玻两腔LOW-E），控制空气的流通。

（4）可再生能源利用技术：充分利用雄安地热资源，采用地源热泵技术为可再生能源，建立园区综合能源系统，进行供热。

经过能耗模拟计算，该建筑热负荷为19.23W/m²，冷负荷为48.42W/m²；建筑热需求16.83kWh/(m²a)，冷需求为38.56kW·h/(m²·年)，传热系数仅为0.17，相较常规绿色建筑指标，有明显的节能提升。与执行现有《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2015）建筑相比，可节能50%以上。

2.3南通装配式公寓楼

南通装配式专家公寓楼示范工程位于南通海门市，占地约545.98m²，总建筑面积2312m²，地上4层。根据夏热冬冷地区夏季闷热、冬季湿冷的气候特点，结合居民习惯自然通风改善室内热环境的生活方式，通过采用保温隔热性能和气密性更高的围护结构，实施高效新风热回收技术，最大限度地降低了建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供舒适的室内环境并能满足绿色建筑的基本要求。项目设计要点如下。

（1）建筑节能设计：1层地面采用架空地面，在保温层上覆盖1层隔气薄膜作为水蒸气阻隔；每层楼面采用5mm厚隔声减震垫和85mm厚挤塑聚苯保温板。

（2）外围护结构节能技术：外墙采用200mm厚预制混凝土墙+120mm厚模塑聚苯保温板+60mm厚混凝土外页板，外侧采用防水密封胶封堵。

（3）置换式通风：外窗及外门采用符合被动房技术指标要求的专用外门窗。

（4）能源优化利用技术：采用智能化管理系统以及室内空气监测系统，可根据实时的监测结果，智能化调整室内环境。

该项目经过住房和城乡建设部科技与产业化发展中心认证，获高能效建筑-被动式低能耗建筑示范项目称号。

3  结语

绿色节能建筑是我国的国家战略和发展方向，被动房作为节能方向的极致发展，对整个体系的发展有着先导意义。创新需要过程的累积，虽然现还处于初期阶段，但我们相信随着人们认识、理念的普及和提升，新产品、新技术的不断开发和涌现，更多有实力的企业的加入和参与，政府机构的强化引导和鼓励，被动房将会不断推广，更好地满足人民日益增长的美好生活需求。

参考文献：

[1]吕冬杰.被动式办公建筑节能性及室内环境质量分析[D].邯郸：河北工程大学，2017.

[2]张小玲.被动式房屋:理想的高舒适度超低能耗建筑[J].建设科技，2012，11（10）：66-68.（收稿日期：2018-12-28）

本文来源《上海建设科技》 2019 年第 2 期