国内外被动房技术应用与实例分析

被动式房屋（德语：Passivhaus），是基于被动式设计而建造的节能建筑物。

“被动式设计”是由英文Passive Design翻译而来，就是应用自然界的阳光、风力、气温、湿度的自然原理，尽量不依赖常规能源的消耗,以规划、设计、环境配置的建筑手法来改善和创造舒适的居住环境。基本不需要额外加装采暖、制冷设备。

被动式建筑并不是一种能耗标准，而是一种兼顾效能和最佳舒适度的解决方案。

被动房关键数据：

低能耗建筑和被动房关键技术：

1 、外围护结构节能技术

外围护结构节能技术主要包括保温隔热技术、窗户节能技术。

(1) 保温隔热系统

低能耗建筑和被动房最显著的优点是高效的保温隔热性能。

寒冷或严寒地区冬季采暖煤耗量高，夏季空调电耗高大部分是由于围护结构与外界环境的热交换造成的。因此被动式-低能耗建筑的节能重点是提高建筑围护结构的热工性能，降低传热系数，减少热损失。此外高效的保温措施还将提高建筑物的气密性，降低能量损失，隔绝室外噪音，提高居住舒适度。

① 建筑外墙保温

图1 外墙保温示意图

建筑外墙外保温技术起源可追溯到20世纪40年代的德国，目前已成为欧美发达国家市场占有率最高的一种节能技术。德国低能耗建筑或被动式建筑外墙保温普遍采用绝热复合系统（EIFS）。该系统使用寿命较长，平均30年，德国有些建筑物的外墙外保温系统达到了40年左右。

外墙保温材料的种类很多，较适合的有膨胀聚苯板、矿棉、玻璃棉、泡沫玻璃、纤维素和木质保温隔热材料、真空保温材料等。其中膨胀聚苯板（EPS）占据德国82%以上的市场。

② 屋顶和地面保温

被动房对屋顶、地面及地下室的顶板的保温要求很高。屋顶保温要求保温材料的厚度为24～30cm。保温层上面需要加设防潮层。屋面保温隔热材料一般多分为两类：一是板材型，如XPS板，EPS板，硬泡聚氨酯板(PU)，岩棉板；二是现场浇注型材料，如现场喷涂硬泡聚氨酯整体防水屋面。地面保温的厚度最小也有25 cm。

③ 热桥的处理

要使建筑保温隔热系统发挥良好的作用，除了保温材料和厚度的选择外，加强关键节点的设计与施工，避免热桥非常重要。避免热桥不仅对降低热热损失非常重要，而且也能防止潮湿隐患和由此引发的霉菌问题。如阳台采用预安装结构，可将热桥最小化。实现无热桥要求建筑物必须无疏漏地包裹在保温层理，避免穿透保温隔热平面的构件，避免结构件外突的建筑部件。阳台最好能处理成自承重移前的构件等。

④ 气密性

关键部位如窗洞口、空调支架与栏板、穿墙预埋件、屋顶连接处、建筑物阴阳角包角等应采用相应的密封材料和配件隔绝传热，确保保温系统的完整性。

(2) 节能窗户

窗户是建筑保温、隔热、隔音的薄弱环节。通过窗户的热损失占到建筑围护结构热损失的比重最大，约为33～40%。因此建筑节能窗户是节能的重点。

表2 各种保温隔热玻璃的传热系数U值

欧洲被动房窗户采用三层Low-E玻璃，玻璃间充惰性气体（氩气或氪气），玻璃Ug值为0.7W/(m ² ·k)，窗框通常为高效的发泡芯材保温多腔框架，其Uf值达到0.7W/(m ² ·k)，窗户的U值达到0.8W/(m ² ·k)。

除了窗户本身节能外，窗户的安装及安装位置、窗户的密封对于提高窗户的气密性都有很大的作用。被动房窗户是安装在外墙外保温的中部。即窗框外侧推出外墙一部分，窗框外侧落在木质支架上，同时借助于角钢或小钢板固定，整个窗户被嵌入保温层约三分之一的厚度。

窗户密封采用防水材料，如建筑用连接铝或者合适的丁基胶带，胶带可用灰浆嵌入安装。外部密封可采用实现压缩、浸渍和敞孔的密封条，如人工树脂阻燃的聚氨酯泡沫材料。

2 、通风技术和设备

被动房的气密性非常高，为了避免开窗通风造成的热损失，降低能源消耗，同时满足空气交换卫生方面的要求，被动房通常采用带热回收的排气和通风系统。机械通风系统可以确保室内水蒸汽排出室外，保持室内湿度适中，避免水蒸汽破坏建筑构件，产生结露；其次通风可以排出有害物质和异味，保证室内空气质量。新风系统包括带热回收的分散式通风系统和带热回收的集中式通风系统。

热回收装置包括叉流板式热交换器、逆流式热交换器、转轮式热交换器，其热交换效率都在75%以上。

带有高效热回装置的通风系统：

3 、采暖技术

德国的低能耗建筑和被动房采暖方式以被动式为主兼具优化主动式采暖系统。对于被动房，当采暖负荷低于10W/m ² ，通过带有热回收装置的新风系统加热新风，即可以满足室内的采暖需求而不再需要常规的取暖。

(1) 被动式采暖技术

被动式采暖技术就是通过建筑朝向、周围环境布置、建筑材料选择和建筑平、立面构造等多方面的设计，使建筑物在冬季能最大限度地利用太阳能采暖而夏季又不至于过热。主要方式是是加大房间向阳立面的窗，如做成落地式大玻璃窗或增设高侧窗，让阳光直接进到室内加热房间。采用这种被动式太阳能技术的前提是窗户密封性较高，并配有保温窗帘或保温窗扇板防止夜间从窗户向外的热损失。

(2) 主动式采暖技术和设备

①与带热回收新风系统结合的采暖

当被动房采暖热负荷低于10W/m ² ，可以采用带热回收的通风系统进行采暖。从厨卫区域（浴室、厕所、厨房）中抽出的废气要先流经热交换器，在这里，废气近90%的热量会被吸收掉并传导给新风，然后废气被排除。新风通过进风口进入室内，经过过滤器，然后到达热交换器进行预热送入到房间。

在最冷的天气，被动房每平米的最大采暖需求达到10W，可以利用需要高效的采暖设施进行辅助加热，如冷凝式锅炉、木屑燃烧锅炉、带热泵和储热罐的通风供暖和热水成套设备。

②利用可再生能源的采暖系统

可再生能源采暖系统包括太阳能采暖系统和浅层地能热泵采暖系统。欧洲很多采用地源热泵技术辅助太阳能系统为低能耗建筑供热或被动房辅助供热。地源热泵的末端采暖系统通常是辐射式采暖系统如地板辐射采暖系统或楼板埋管系统。

4 、制冷与除湿技术与设备

(1) 被动式制冷的方式是夜间通风制冷。建筑构件能够将日间产生的绝大部分热量储存起来。夜晚打开通风口，利用夜间通风将建筑构件内存储的热量释放到空气中，从而实现建筑物的被动式制冷。

(2) 主动式制冷

①混凝土楼板辐射制冷

它是利用建筑物中具有储存能量能力的建筑构件，如混凝土楼板和实心墙将热量暂时储存起来，利用混凝土面积大和热惰性，一段时间后将热量释放出来的制冷方式。发挥建筑物构件制冷作用的是混凝土埋管系统，把管道埋入混凝土楼板里，管道里注入冷水对建筑构件进行冷却或疏导热能。采用建筑物构件制冷的前提是建筑要有良好的保温隔热性能。混凝土埋管也可以采用半预制混凝土的施工方式。把塑料管道实现埋设在预制的混凝土中。这种工业化的预制可以不受天气的影响。

②冷吊顶制冷

冷吊顶式在顶棚中安置冷水管以达到冷却的作用。剩余面积可以做一般吊顶或者保持它的毛坯状态，表面做粉饰。冷吊顶通风分为以下几种系统：抹灰冷吊顶、石膏板冷吊顶和封闭和敞开式金属冷吊顶。

③吸附式空调

该系统是在新风设备中通过蒸发式制冷的方式对空气进行冷却。其原理是在通风设备中加入空气加湿器，通过加湿排风气流，蒸发带走热量的方式冷却排风，然后利用高效热回收装置进行热交换，冷却进风，从而达到空调的效果。吸附式空调可以利用太阳能来驱动。

5 、遮阳技术

欧洲被动式-低能耗建筑通过合理选择建筑朝向，处理好建筑立面，进行被动式的遮阳或自遮阳。如通过建筑构件本身，特别是窗户部分的缩紧形成阴影区，形成自遮阳；或是利用建筑互相造影形成建筑互遮阳。

建筑外遮阳可以是固定的建筑遮阳结构，如遮阳板、屋檐等；也可以是活动式的，如百叶、活动挡板等。除了外遮阳，还有导光遮阳系统和可切换式玻璃同样能优化利用日光和降低制冷负荷。

实例：布鲁克被动房的设计理念与技术实施

朗诗布鲁克被动房酒店位于朗诗长兴绿建研发基地，于2014年4月11日正式竣工，建筑面积约2500平方米，共有标准房间48间，套房4间，基本满足基地日常住宿接待功能。是中国首个同时按中国绿建三星、德国DGNB和美国LEED认证标准实施的项目。

布鲁克外观：遮阳与美观兼顾

布鲁克被动房的正门，指着布鲁克与众不同的外立面，从朝向的设计到材质的选择，无一不渗透着绿色节能的理念。

首先是朝向，在设计之初，布鲁克便确定了正南正北的走向，从而在保证舒适度的情况下用被动式的手段降低建筑的能耗。

此外，布鲁克所有窗户外都有一个向外探出的铝板固定遮阳蓬。这些窗户的遮阳角度，都是根据长兴当地冬至日和夏至日的太阳高度角进行了精确计算，从而在保证室内采光满足国标要求的情况下，实现最高的遮阳效率。

布鲁克外立面的吸人眼球处不仅在遮阳构造，还在于墙面密布的红白彩棒，这些外挂陶棒同样属于节能、可再生材料，而且在实墙面采用竖向陶棒百叶也强化了遮阳效果，以减少墙体的太阳辐射，降低吸热量，从而达到隔热保温的目的。

此外，布鲁克的陶棒、遮阳蓬及阳台都是固定在横向的C型钢上，而不是直接和建筑结构相连，从而在设计和施工中尽可能减少冷热桥的连接，以减少热量的传输。

布鲁克内部：节能基础上的冬暖夏凉

正值8月炎夏，布鲁克的一楼大堂四周几乎为通透的玻璃幕墙所围绕，但室外的酷暑却好似全然被隔绝于外，让人顿感清凉。

除了外立面隔绝了大量的太阳辐射外，布鲁克还采用了遮阳和保温性能极高的被动窗，传热系数仅相当于国内常规节能塑钢窗的1/3。

其中的观景电梯也与其他建筑不同，被设置在建筑的内部，而这也是出于保证建筑整体气密性的考虑。数据显示，布鲁克整体气密性检测结果为正压50Pa的情况下每小时换气次数0.34次，远远优于被动房0.6次的标准。

布鲁克被动房房间内部的室内空调系统，其末端主要有新风和干式风机盘管两种，它们共同帮助布鲁克维持在全年湿度小于65%，温度区间在20℃-26℃。

在布鲁克被动房优异的保温和气密性的保证下，只需要满足人体健康要求的新风量，就足以解决大部分时间室内温湿度控制的问题，干式风盘只在夏季最炎热的时间起到补充的作用，大大节约了能源。而且因为新风机高效的热回收，布鲁克冬季无需采暖，一年只耗电30度每平方米，相比之下普通住宅要耗费100-150度每平方米。

此外，布鲁克项目的能源设备采用了两台变频风冷热泵，一台为新风机组提供冷热量，另一台为干式风盘系统服务，所选用的变频风冷热泵也能够有效降低运行能耗。

与此同时，布鲁克的新风机延续了朗诗传统的过滤系统，有效降低侵入室内的PM2.5指数，确保室内空气品质。

工艺工法间：用细节实现保温与气密性

布鲁克被动房的工艺工法间做成的毛坯式的截面房屋是德国能源署的席尔默教授和荣恩教授为进行施工指导培训时建造的，样板间内的节点图纸和德文说明依旧清晰可见。通过这个工艺工法间，可以直观地看到，德国专家最关注的就是保温施工和气密性施工。

布鲁克对于女儿墙的处理也很有讲究。传统的保温是不包裹女儿墙的，这样容易产生很大的热桥。而在布鲁克，保温层同样覆盖了女儿墙，也就意味着将建筑穿上一件没有缝隙的大棉袄。另外，外墙最薄弱的环节是窗户。中国普通建筑的窗户都是安装在墙体中间，窗缝打发泡剂，再抹灰，不仅会是个很大的热桥，也会给气密性带来很大的影响。布鲁克的外窗安装与中国传统安装方式截然不同，窗户外扣在墙体上，窗洞口每边比窗户小25px左右，相当于窗户是盖在窗洞口上。窗框与墙体间共有三道密封措施。窗户安装好后，窗框和外墙外侧间粘贴一种白色的密封布，它可以保证窗侧不漏水，但是水蒸气分子可以渗透出来。通过这三种措施，外窗的气密性可以说是万无一失。此外，外窗外挂安装使得外窗固定件也在墙体外侧，保温层可以把它们包住，这样也避免了冷热桥，外保温与窗之间的收口也变得更加简单。

另外，布鲁克室内的被动式窗户隔音效果很好，入住后几乎听不到一丝喧闹。据悉，布鲁克采用的被动式门窗是由实木和保温材料组合而成的框体，是国内第一款获得被动式房屋研究所认证的铝包木门窗。

被动房的穿外墙和出屋面的管道处理也是一大难点，对于这些管道，在施工时预埋套管是非常重要的。套管的长度需要长出墙体，和保温层齐平。管道和套管之间需要用发泡剂填实。在管道的内墙侧，需要用气密性密封布包裹在管道和内墙抹灰层上，保证气密性。

最后一个小细节，就是布鲁克底层墙体的砌筑。为了隔断热桥，底层的第一道砖需要采用隔热砖砌块，从而杜绝地梁和墙体的热量传递。

总体来说，与中国传统住宅相比，布鲁克被动房能节省95%的能源。

被动式·装配式设计：

常用的预制构件：

GB/T51129-2017 《装配式建筑评价标准》要求满足以下四点方可被认定为装配式建筑：

1 、主体结构部分的评价分值不低于20分；

2 、围护墙和内隔墙部分的评价分值不低于10分；

3 、采用全装修（6分）；

4 、装配率不低于50%；