建筑节能与被动房技术体系的发展

建筑节能与被动房技术体系的发展摘要：本文对建筑节能与被动房技术体系的发展进行了系统的介绍，包括被动房技术体系的核心指标、被动房模型边界条件、被动房设计要点、以及建筑被动房改造等。同时对被动房的优势和特点进行了系统的分析，并针对建筑节能被动房的发展趋势进行了深入的探讨。关键词：建筑节能；被动房技术；发展引言：被动房建筑是一种通过利用太阳能、地热能等可再生能源使采暖消耗的一次能源不超过15千瓦/平米的房屋，因此，被动房建筑的主要特点就是实现了建筑房屋的低耗能。而对于被动房技术来说，实现其低耗能的技术措施主要是通过高隔热、隔音、以及建筑气密性的控制和可再生能源的利用得以实现。总的来说，被动房建筑的各项技术指标和设计指标比较复杂，因此，在下文中本文针对这一问题进行了深入的研究。一、被动房的最初起源被动房最初是指在寒冷条件下，建筑房屋不需要利用采暖系统，仅靠自身的围护结构便能实现保温性能的节能房屋。在该理念下，最初的被动房作品是1883年挪威建造的弗拉姆号极地考察船。在当时的年代，这艘船只可以在不用任何采暖设备的情况下，深入基地考察，并能使船体内部保持适宜的温度。随后在欧洲的一些寒冷地区，部分建筑师和工程师小范围的尝试了建造不适用采暖设备便能够实现房屋内部保温的住房。但事实上，当时建造的房屋还不能称为真正意义上的被动房。其主要原因是由于当时人们并没有意识到建筑气密性的重要性，因此在当时的被动房建造过程中，缺乏高性能的门窗系统，同时由于围护结构设计得过于复杂，使得建造成本大大提高。由于这一缺陷，人们也开始不断地对建筑气密性进行研究，在长远的研究历程中，建筑被动房逐渐达到了当今时代的标准。二、被动房的概念及技术要点1、被动房的概念被动房的概念产生于1988年，最早的研究与实践始于德国，是指不通过传统的采暖方式和主动的空调形式来实现舒适的冬季和夏季室内环境的建筑。比起能耗低但室内舒适度较差的传统建筑和室内足够舒适但能耗非常高的高端建筑，被动房的最大特点在于实现高品质居住环境下的低能耗。据测算，在一些寒冷地区，被动房屋冬季采暖能耗是普通节能建筑的1/10~1/4；若折算成国内标准，建筑节能率约为92%。（目前江苏省要求居住建筑节能率为50%，正在拟定65%的标准预计今年颁布执行）被动房通过采用先进节能设计理念和施工技术使建筑围护结构达到最优化，极大限度地提高建筑的保温、隔热和气密性能，并通过新风系统的高效热（冷）回收装置将室内废气中的热（冷）量回收利用，从而显著降低建筑的采暖和制冷需求。在此基础上，被动房还通过有效地利用自然通风、自然采光、太阳辐射等来实现舒适的室内温度、湿度和采光环境，最大限度降低对主动式机械采暖或制冷系统的依赖。2、被动房的技术标准当前我国的被动房项目是由德国能源署与住建部科技中心共同开展认证，主要技术标准包括技术指标和设计标准两个方面。相对来说，技术标准是被动房的判定依据，同时也是被动房的建设目标；而设计标准是为了确保房屋建造完成后，被动房能够满足技术指标中提出的具体要求。一般来说技术指标包括能耗指标和舒适性指标两个大的方面。在能耗指标方面，被动房标准和我国的住房建筑节能65%标准相比较，在供热能耗需求量方面，被动房的标准一般是＜15KW.h(m^a),而我国的节能65%标准则是＜58KW.h(m.a)；在最大米暖负荷上，被动房标准要求＜10W/m，而我国的节能65%标准则是要求＜32W/m；而对于生活热水、家庭用电的年一次能源总消耗上被动房的标准要求是必须要＜120KW.h(m.a)，而我国的在这方面并没有提出相应的节能标准。而在被动房能效控制指标方面，被动房要求绝热U＜0.15W/(mK)，Uw＜0.8W/(mK)，无热桥；气密性n50＜0.6/h；通风采用＞75%WRG；电力需求最多0.45Wh/m3。在舒适性指标方面，被动房屋要求室内温度需要保持在20-26°C范围内；超温频率＜5%；室内相对湿度40-60%室内二氧化碳含量＜1000ppm；室内噪音，卧室＜25dB，起居室＜30dB；而房屋气密性在室内温差为50帕时，每小时的换气次数不得超过0.6次。3、设计标准目前来说，我国还没有制定相应的被动房设计标准，因此在被动房的设计上沿用了德国的设计标准。一般情况下，对于屋面、外墙、地下室顶板的被动房设计标准要求U=0.15，传热系数为W/(m.K)；外门窗设计标准为U=0.8，传热系数W/(m.K)；气密性n50＜0.6/h；体型系数为A/V＜0.4；室内温度需要控制在20C-26C之间；室内相对湿度要保持在40%-60%之间；超温频率不能超过5%；废弃热量会使率＞75%；为维护结构内表面温度差＜3C；室内空气流速平均流速＜0.15m/s。三、被动房的技术措施1、保温性技术控制措施围护体系的保温性能是被动房设计和建造中最重要的技术措施。建筑外墙和屋面是围护体系主体，当围护结构的保温层达到一定厚度时，房屋通过外围护结构损失的能量达到最低。在冬季可以凭借房屋自然得热维持室内在20C以上；在夏季足以抵抗太阳辐射传到室内。[1]在已建成的被动房项目中，保温材料通常在200mm以上，防火等级B1以上，方能确保外墙及屋面的传热系数达到0.15W/(m2・K)以下。外窗的保温性能对玻璃和窗框提出了很高的要求，在江苏省住建厅新颁布的《居住建筑标准化外窗系统应用技术规程》中，对整窗(双层中空玻璃加断桥铝合金窗框)传热系数的要求是不超过2.4W/(m2・K)，这与被动房外窗传热系数不超过0.8W/(m2・K)的要求相去甚远。为达到这一要求，被动房外窗通常采用3层LOW-E玻璃，玻璃间充惰性气体(氩气或氪气)，配合带保温夹层的窗框；外窗进行外挂式固定，窗框边缘嵌在外保温层内。2、气密性技术控制措施气密性对于被动房非常重要，它的密闭性除了可以降低热量损失以外，还可以控制室内环境的湿度和保护建筑结构；并能显著降低通过管网和辅助通道的声音传递，从而有效降噪。在被动房标准中有一条不做严格要求但是推荐采用的指标，就是在建筑的气密性测试中，要求在室内外50Pa压力差的情况下，每小时的空气渗透量不能超过建筑总容积的60％，在欧洲各国的现有建筑中，这一指标通常在200％-400％之间。四、我国被动房发展的趋势研究1、国内目前的被动房发展趋势由于被动房兼具建筑品质和节能减排两方面的重要意义，得到了有关领导的高度重视，住建部姜伟新部长先后四次到秦皇岛检查、指导“在水一方”被动房项目。全国各地也纷纷开展被动房建设的初步尝试，自2011年被动房引入国内以来，不到三年的时间内，已完成新建项目2处，进行项目设计施工近20处，分布黑龙江、河北、福建、新疆、山东等多个省份，在全国形成“抢占先机”的竞争格局2、园区被动房发展就目前而言，我国国内的被动房建筑还没有具有示范意义的被动房项目。而相对来说我国的园区建筑一直以来在建筑节能与绿色建筑领域比较重视。因此，对于我国的被动房发展来说，一定会运用到园区建筑中。也就是说我国的被动房发展将会在我国的园区建筑中大力推行。由此可见园区被动房建筑也是我国被动房发展的重要趋势之一。结束语：综上所述，我国的被动房技术体系还处于一个发展中阶段，在今后的建筑设计中具有充足的发展空间。虽然在技术上我国的被动房设计技术还是依赖于德国提出的标准，但在今后的发展中，我国势必能够在被动房建设项目上取得成果。结合目前我国被动房建设的实况，在当今时代我国应该加大对被动房建设项目的研究和投入，并针对相应的规范和技术措施，为我国的被动房建筑提供一些具有示范性作用的被动房建设项目。参考文献：卢求.德国建筑节能与被动房技术体系的发展J].中国建筑金属结构，2016,09：36-41.房涛，高辉，郭娟利，杨帆.德国被动房对我国建筑节能发展的启示——以寒冷地区居住建筑为例