分析被动房技术在教育建筑节能中应用的可能性及其意义

2021-12-23青岛市建筑设计研究院集团股份有限公司

门窗 2021年3期

于波青岛市建筑设计研究院集团股份有限公司

1 前言

在社会经济发展过程中，人们的生活水平不断提高，对于居住环境也提出了更高的要求，当前节能建筑是我国建筑行业的主体，在建筑建设和发展阶段要注重节能理念。被动房技术是一种新技术，在建筑环保节能方面发挥着重要的作用。在我国教育建筑节能中被动房技术发挥着重要的作用，本文分析了被动房技术在教育建筑节能应用的可能性和意义，同时提出被动房技术应用措施，促进我国教育建筑可持续发展。

2 概述被动房技术

2.1 被动房技术的概念

最早是在瑞典出现被动房的概念，被动房不需要利用采暖设施和空调设施，可以保障室内环境的舒适性。在德国首次出现被动房建筑，被动房技术因此快速发展，也逐渐变得成熟。被动房技术主要是利用建筑外围护结构，减少室内热力损耗，利用生活的各种热源和太阳能等资源，维持室内环境温度的舒适性，对比普通建筑，我国被动房建筑施工对于节能和热损耗等方面提出严格的要求[1]。

2.2 被动房建筑设计技术措施

2.2.1 提高建筑维护体系保温性能

被动房建筑可以提高人们居住的舒适性，同时可以平衡室内能量，为了实现上述要求，需要减少室内传热损失和通风散热损失，获取更多的太阳能和内部能量。被动房建筑室内温度在20℃以上，利用新风系统的调温作用，充分发挥出被动房理念的作用。为了充分发挥处被动房建筑的作用，不仅需要利用新风系统，还要利用其他先进技术。首先需要减少围护结构面积，利用紧凑型的建筑，其次需要严格把握室外气候和环境等因素，实现建筑节能降耗的目标。在利用被动房技术的过程中，需要合理选择保温材料，在布置保温层的过程中，工作人员要利用覆盖和搭接等方式，这样有利于减少建筑损失的热量，同时需要重视防火问题。为了优化建筑保温效果，设置的门窗结构要具备保温性能，无缝连接外墙保温，充分利用太阳能资源，满足建筑的电能和热能的需求。

2.2.2 提高建筑气密性

被动房建筑设计需要严格控制建筑能源的损失，对于建筑气密性提出严格的要求，在被动房建筑设计阶段，需要保障围护结构的气密性，在实际施工中需要密封处理漏气和漏风部位，如果建筑管线和围护结构缺乏密封性，将会损失大量的热量，增加室内外温差，因此工作人员需要加厚和加固处理这部分[2]。

2.2.3 机械送新风和热回收

在室内气体回收阶段需要利用新风系统，可以吸收室内新鲜空气，有效室内热量损失，经过加热处理清洁能源之后向室内传输，优化交换室内气体。当前新风系统主要是利用地下气管道进风，利用土壤蓄热方式调节新鲜空气温度，在冬季可以降低低温的影响，而在夏季也可以降低高温的影响。

2.2.4 合理利用清洁能源

被动房建筑主要是利用清洁性能源，需要高效利用可再生能源，主要是利用光伏发电技术和太阳能技术以及地源热泵技术等，充分利用这些技术，可以可持续的供应被动建筑的能源，高效利用能源[3]。

2.3 我国第一栋被动房

我国境内第一栋获得认证的被动式房屋为上海世博会城市最佳实践区德国案例-汉堡之家。汉堡之家的能耗是普通建筑的1/4。在建筑屋顶上安装光能利用设备，为建筑提供90%的电能，同时利用电源热泵装置为建筑制冷和制暖等工作提供充足的能量。因为上海具有良好的光照条件，因此汉堡之家需要的外部能源比较少。汉堡之家的墙体用砖具有较好的保温性能，窗户利用3层特制的玻璃，选用的木制窗架利用隔热材料，可以保障整体保温性能和气密性，降低了冬季采暖能耗和夏季制冷能耗。此外利用光阳和电器等热源可以满足室内热需求，通过安装中央通风设备，经过加热和冷却等处理措施，可以为房间内部提供除湿新风。

因为上海地区具有冬冷夏热的特征，设计人员在汉堡之家的北面安装玻璃幕墙，在西面和南面利用特制窗户，根据阳光照射情况能自动开关窗户，可以达到显著的隔热作用。当前发展节能环保的主要趋势为被动房概念，但是我国还没有普及利用被动房技术，主要原因集中在建设费用和材料性能以及施工技术等方面，因此在普通居住建筑和公共建筑中广泛利用被动房技术还存在一定的难度，但是在教育建筑节能领域中国被动房技术具有较大的推广潜力[4]。

3 教育建筑节能中利用被动房技术的可行性

3.1 教育建筑能耗较大

调查高校建筑的人均能耗，高校建筑能耗高于全国人均能耗，甚至一些高校超过了全国人均能耗的三倍，因此在教育建筑节能中发展低能耗建筑具有巨大的潜力，被动房技术在这一方面发挥着重要的作用。

3.2 现阶段技术能力符合要求

例如针对建筑外墙结构，外墙传热系数要求在0.8W/（m2·K）以下，而传统的外窗型系数只是达到2.0W/（m2·K）以内，不符合被动房的要求。在维护结构气密性和热处理以及通风换气系统设计过程中遵守被动房工作标准，满足低能耗建筑要求，为今后被动房建设奠定基础[5]。

3.3 高度统一建设者和使用者

在当前的市场环境中，平衡被动房建筑的收益和额外投资，才可以被市场接受，并且顺利推广被动房建筑。当前节能建筑施工成本比较高，很多开发商不愿意使用，因为开发商缺乏动力，在实际施工中忽视了后期的节能效益。教育建筑的目的并不是盈利性，紧密联系建设和使用，虽然增大了建设投资，但是在建成之后属于低成本运营，因此可以减少建设和使用的矛盾。

3.4 以往节能改造经验提供借鉴

近些年高校建筑节能改造为发展被动房建筑提供丰富的经验，例如同济大学文远楼落实节能改造项目，在项目中利用地源热泵技术和太阳能系统以及燃气补能系统等，实现建筑运营节能的65%以上。因此可以确定在被动房建筑中适合利用太阳能和地热能，发挥着显著的作用，为被动房技术推广应用奠定坚实的基础[6]。

4 教育建筑中利用被动房技术的意义

4.1 开展无痕式环保教育

当前整个社会都在推广利用建筑节能环保理念，而高校也在不断普及环保意识教育。高校教育利用传统的说教式教育，无法保障教育效果。在学校建筑中普及利用被动房技术，可以让学生切实看到环保建筑的优势，使其更加直观的了解环保理念，对比传统的教育方式，这种无痕式教育方式可以获得更加显著和持久的科普宣传效果。

4.2 提高学校资金利用率

利用先进的节能技术可以实现低成本运营，很多高校建筑的节能方面比较显著，例如某高校在浴室建筑中实施节能改造，利用可再生能源的新风和空调系统，可以有效节省运营成本，这说明利用节能技术可以保障建筑的效益，广泛采用被动房技术，可以为学校节省大量的建设资金，在学校其他设施建设或者教育工作中投入节省的资金，可以为学生提供更多的服务[7]。

4.3 促进我国节能技术发展

在教育建筑中广泛利用被动房技术，有利于积累被动房建筑的实践经验，促进研发新型材料和新型技术，为后续建筑领域利用被动房技术奠定基础，进一步推动我国建筑节能技术的发展，为节能领域的可持续发展提供基础。

5 教育建筑节能中被动房技术的应用

5.1 利用建筑外墙保温隔热措施

教育建筑节能腮红需要结合被动房技术要求，提高建筑外墙保温隔热性能，同时需要在设计角度出发，结合建筑朝向安装隔阳板，因此有效太阳能。落实保温隔热措施，可以设置外墙保温板，可以选用EPS保温面料。在寒冷地区为了优化保温效果，选用的保温板厚度需要处于200mm～250mm范围内，为了控制保温板的厚度，在实际施工中可以利用灰板，在灰板中融合红外吸收剂，有效吸收和反射热辐射，优化保温隔热效果。布置EPS保温板的过程中，需要加强控制施工工艺，施工人员需要结合施工工艺要求控制锚栓数量，避免发生裂缝等施工质量问题。同时需要保障保保温板防火性，满足国家标准要求。

使用EPS板需要结合当地的气候条件，在房屋保温系统中可以利用胶粉聚苯颗粒复合型外墙保温材料，同时需要结合外墙保温的要求，提高外墙保温板聚苯板黏结强度，保障聚苯板受力的均匀性，发挥出抗风压能力。

5.2 优化建筑门窗系统

在房屋窗户系统中利用中空玻璃系统，因为建筑门窗系统具有严重的热损失，在房屋门窗改造过程中要注重减少热损失，因此选用的玻璃系统具备节能效果。可以利用三玻两腔双中空结构，利用两片不同材质的玻璃，因此形成中空，控制二者的距离在16mm以内，同时在其中填充氮气之后进行密封。在玻璃和窗框中需要敷设密封胶条，提高建筑门窗系统的水密性和气密性。