被动式超低能耗建筑设计基础与应用研究

万晓彬 庞昊

随着科学技术日益进步，人们对所居住环境的要求也随之增长，与此同时越来越多人关注到了可持续发展的重要性，其中被动式超低能耗技术应用于建筑设计之中便是环境保护的一大重要举措，下面本文将为大家深入剖析介绍被动式超低能耗所应用范围。

1 被动式超低能耗建筑概述

被动式超低能耗建筑具有良好的气候特征、自然条件适应性，主要采用高性能的保温隔热、气密围护结构及新风热回收技术实现舒适的居住环境，且可再生资源利用率高。被动式建筑的主要特点如下：

1.1 要求高

被动式房屋的关键技术参数对建筑材料、结构和技术设备都有极高的要求，其中控制性指标主要有两套，一套是能耗指标，一套是室内舒适度指标。且被动式房屋的关键技术要点包括高效的外保温系统、被动式建筑外窗、有高效热回收装置的新风系统、极佳的气密性和无热桥设计。

1.2 低能耗

由于被动式建筑拥有高性能的外保温、无热桥的设计再加上气密性良好的外围护结构，使得它比普通建筑节能90%以上，即使是相对于新型建筑依旧可以节约75%的能耗。

1.3 舒适性

设计被动式房屋的初衷，最重要的就是保暖，在严寒之中加一层类似羽绒服的保温层，保持室内恒温，在烈日之中也可以保持室内的凉爽。而除此之外就是尽可能的降低能耗，节能减排同时又可以保持人体舒适度，实乃建筑设计的一项里程碑式的成就。

1.4 经济性

为保证被动式房屋的质量，在初始建造过程需要进行周密的设计以及采用高性能的建筑组件，因此其建造费用会相对传统建筑较高一些，通常被动式房屋建筑成本要比传统房屋高出5～7%，但纵观建筑的全寿命周期，由于被动式房屋较低的运营以及维护费用，这样从长远来看，反而具有长期的成本优势。

2 被动式建筑设计现状

世界上的第一幢被动式建筑是由德国设计改造的一幢普通三层居住建筑，这栋建筑在1991年经过节能改造以后投入使用，年终端耗能降低了约80%，实测结果除了1992年因墙体升温等原因略高以外，其余各年均达到了被动式建筑设计标准参数指标。

德国海德堡市也于2009年兴建了新城区Bahnstadt，它的特殊之处是在于供热配电的方式，相比于传统的供热通电消耗能源，这个新城区则节约许多，全部的供热配电的原料都是可再生能源，这是很了不起的技术，再配以地热和生物质能，对大气层减少排放二氧化碳竟然可以达到56%。而在其中的RHW.2大楼则是首座获得被动式房屋研究所认证的被动式高层办公大楼，它的特殊之处是在于设有双层玻璃幕墙，并在此基础上配有优化的外遮阳设备，与传统高楼相比，这栋大楼的冷、热负荷降低80%，将能源消耗降到了最低限度。

虽然被动式房屋由国外兴起，但随着近些年我国发展迅猛，目前我国的新建住宅和公共建筑普遍执行节能65%的标准，如我国被动式低能耗房屋示范项目秦皇岛的“在水一方”，平均每年可以节约标煤547t、减少二氧化碳排放1423t、节约采暖费195万元，节约带来的经济效益也很可观。而最值得一提的还是由河北省秦皇岛北戴河新区投资建设的被动式住宅的团林实验中学，作为全国首个以被动式住宅标准建立的中学，将会为超低能耗建筑带来示范效应。据项目负责人介绍，这座教学楼墙体由22cm厚的基础墙体和30cm的保温材料组成，这些材料可以使得房屋高度隔热隔音。在密封环境下，通过热回收系统使得室内80%以上的废气都可以转化为热能，并通过空气新风系统将新鲜空气过滤后引入室内，全年室内温度基本维持在20～26℃之间，在这样的教室学习，师生们将享受比冬季供暖、夏季开空调更为舒适的教学环境。

3 被动式超低能耗建筑设计应考虑的因素

3.1 环境因素

虽然被动式超低能耗建筑设计技术广泛适用于各个国家，但不同区域不同环境情况也需要因地制宜，在最合适的环境进行相应的技术方面的调整才可以让被动式超低能耗建筑设计发挥到极致。而我国地域广袤、各地区环境差异较大，但大多数居民都是依靠开窗的方式来起到屋内通风的效果，因此在建筑设计时一定要注意到增加建筑通透性以保证屋内新鲜空气的通畅[1]。

3.2 气候因素

同上述环境问题，我国的各地气候差异也较大，北方如东北由于靠近北极，在冬季时温度较低，因而对暖空气的需求较大；而南方如三亚则在夏季过于炎热，则对冷空气需求量较大，因此这对技术的因地制宜性要求就更大了。

3.3 建筑因素

随着我国经济事业发展，越来越多的建筑拔地而起，使得我国建筑过于集中，密度大以及公共区域多的情况使得建筑之间常常出现传热损失、集中设备负荷低等状况，这一点也需要重点注意。

3.4 建筑耗能因素

我国的能耗业受到上述环境、气候以及建筑条件的影响，且具有高能耗与高热量的特点。

4 被动式超低能耗建筑设计的基础

4.1 建筑环境与气候分析

前面我们提到，被动式超低能耗建筑与气候条件之间有着密不可分的联系，在建造过程中，每一个环节都需要考虑气候是否适宜，在与此同时，将保证室内自然通风放在首位，以实现人们对自然风的需要。

4.2 室外气候精细化表述方法

被动式超低能耗设计基础是以保证人体舒适度为前提，可持续发展为目标来创造的新型建筑技术，在我国的建筑研究工作中依然停留在基础气象按树数值模拟分析研究方面，同一些发达国家相比还是有差距的，因此我国在这一方面依旧需要努力。

4.3 室内微气候

室内微气候主要是由室内的温度、湿度以及风速、辐射温度等构成，由此形成了小型气候环境，这对人体的舒适度有着很大的关系，与此同时，当室内微气候可以达到人们体感舒适度的标准时，则证明建筑的节能效果很好[2]。

5 被动式超低能耗建筑设计的应用

5.1 制定标准（气候）

众所周知，气候条件是被动式建筑设计的核心因素，对我国不同区域气候制定不同标准就显得格外重要，通过采用有效控制的技术在不同气候区都能改善居住环境并很大程度上降低建筑的能量消耗，此种应用使得不论在炎热或者严寒的情况下都可以降低供暖能耗。

5.2 创建环境（技术）

由于我国居民最喜欢的通风方式即是开窗使得自然风很好的流通，人们在自然风的情况下体感会感觉到舒适，因而被动式超低能耗建筑在设计时也应该主要考虑到这一点，当人们通过外界无法得到适宜的自然风时，被动式超低能耗建筑通过高效的新风系统能够在外界环境不适宜开窗通风的情况下可以保证屋内温度适宜[3]。

5.3 应用策略

被动式超低能耗建筑可以利用自然界的大部分资源，通过高性能围护结构。新风热回收、气密性、可调遮阳等建筑技术来达到建筑效果，因而在建筑设计时更加需要设计师紧密研究，建筑师与技术工程师们也应精确的配合，共同携手以确定一个最合理的方案为了能够达到低耗能的标准之后再来建造。

6 结语

现如今，随着全球变暖、环境污染的问题愈演愈烈，环境资源保护、可持续发展已然成为了一个最为迫切等待被解决的问题，在国民生活水平日益提升的今天，除了满足大家各方面的住房需求以外，能够在可持续发展的前提下建造房屋也是必不可少的环节，故而，全球的建筑设计必将向被动式房屋建筑设计理念进发。

[1]赵新洁.被动式超低能耗建筑设计基础与应用实践[J].门窗，2016（9）：49.

[2]许锐.被动式超低能耗建筑设计基础与工程应用探讨[J].建材与装饰，2016（41）：63～64.

[3]陈华.被动式超低能耗建筑设计基础与应用[J].中国房地产业，2017（21）：59～60.