试论被动式低能耗建筑设计

试论被动式低能耗建筑设计

李丽

邢台新思维建筑工程设计有限公司 河 北邢台 054000

建筑在建造和使用工程中消耗了全球能源的50%左右，控制建筑能耗成为急待解决的问题。随着科学技术日益进步，被动式低能耗技术越来越多地应用于建筑设计中，为我国建筑行业的发展增加新的生命力，为我国环境可持续发展提供重要保障。

一、被动式低能耗建筑概念

低能耗建筑与传统建筑不同，是一种新的建筑形式,是指在围护结构、能源和设备系统、照明、智能控制、可再生能源利用等方面综合选用各项节能技术，能耗水平远低于传统建筑的建筑物，是一种不用或者尽量少用一次能源，而使用可再生能源的建筑物。

低能耗建筑主要具有降低能耗、环保等特点，能够使得经济与环境协调发展,在满足用户需求的同时,也有利于保护建筑周围环境，进一步的达到节能减排的目的。

1980年代德国物理学家 Feist 博士创建了被动式建筑（Passive house）理念，1991年，首次在达姆施塔特市克兰尼斯坦区（Darmstadt-Kranichstein）成功建造了世界上第一栋被动房示范建筑，2005年我国首座低能耗示范楼在清华大学落成。

二、被动式低能耗建筑的基本要求

1、能源消耗需求

被动式低能耗房屋首先是能耗需求极低房屋，能耗需求规定使得被动房低能耗从源头设计，即在建筑设计时控制各项耗能指标，控制指标有：

1. 、房屋单位面积的年采暖需求Qh≤15 kWh/(m2·a) ；

2. 、房屋单位面积的采暖负荷qh≤10 W/m2；

3. 、房屋单位面积的年制冷需求，Qc≤15 kWh/(m2·a) ；

4. 、房屋制冷的冷负荷qc，max≤20 W/m2；

5. 、房屋单位面积年一次能源总需求EPT≤120 kWh/(m2·a)。

2. 室内环境指标

被动房首先是一个舒适度很高的房子，建筑的室内环境应全年处于舒适状态，控制指标有：

1. 、室内温度为20℃～26℃；

2. 、超温频率≤10%；（被动式房屋允许出现超温，也就是室内温度在夏季超过26℃的小时数与在冬季低于20℃的小时数之和，与全年小时数的比值的频率≤10%。）

3. 、室内二氧化碳浓度≤1000ppm；

4. 、围护结构非透明部分内表面温差不超过3℃，围护结构内表面温度不低于室内温度3℃，门窗的室内一侧无结露现象；

5. 、通过管网和辅助通道传递的声音，应符合机房≤35dB、功能房≤30dB、起居室≤30dB和卧室≤30dB。

2. 房屋气密性指标

房屋气密性是指室内外压差50帕的状态下，房屋每小时换气次数，被动房要求气密性N50≤0.6。

3. 被动式低能耗建筑的基本原理

1. 加强外墙与屋面保温隔热性能

当外围护结构的保温层到达一定厚度时，房屋通过外围护结构的能量损失达到最低。在冬季可以凭借房屋自然得热维持室内温度达20度以上；在夏季足以抵抗太阳的辐射不传到室内。

2. 创新外门窗技术，确保采光、隔热和保温性能均好

外窗自然光可以满足室内照明要求，从而将用电照明降到最低。外窗在满足采光的同时，将造成室内冷负荷的红外线隔绝在室外，从而最大地降低冷负荷。外窗在满足采光的同时，窗的传热系数足够的低，从而降低通过窗的热传导。

3. 提升高效的建筑通风

采用通风效率≥75%新风设施，满足人体对新风的需求，将每次换气时的能量损失降到最低。

3. 被动式低能耗建筑设计

1. 设定科学的耗能指标

立足于我国基本国情，充分考虑经济发展水平、产业情况、建筑特点、居民生活习惯的因素，科学合理地制定了中国被动式超低能耗建筑指标体系。该体系以控制性性能要求作为核心评价标准并推荐对应指标的技术和做法，对室内环境要求、能耗指标等进行了科学严谨的规定。

2. 制定合理的建筑方案

在建筑的场地设计和建筑总体布局上挖掘场地潜在能源，充分利用自然通风、自然采光、太阳能辐射。通过控制建筑体形和窗墙比、优化建筑朝向和内部空间布置、被动式自然能源利用，减少建筑采暖、降温和采光等方面的能耗需求，达到建筑节能降低能耗的目的。

3. 被动式低能耗建筑设计技术

1. 、建筑外围护结构节能

①、外墙是建筑外围护结构的主体部分，宜采用外墙外保温体系。具体的做法是在墙体的外侧设保温板，通过计算外墙的平均传热系数来确定保温板厚度，保温板材料的选择可结合使用功能和年限，选取导热系数小的高效保温材料，同时确保材料的施工性能良好。在冷热桥和变形缝部位应做重点处理，否则又导致墙面内表面结露的危害。

②、门窗一般为薄壁轻质构件，是建筑外围护结构的薄弱环节。门窗的玻璃和门窗框的材料、构造、气密性直接影响门窗的保温隔热。节能型建筑必须推行中空、充气、低辐射玻璃，门窗框做断桥设计计并与外侧四周墙面做保温处理。

③、屋面受阳光直接照射，表面温度比其他围护结构高得多，同时屋面是顶层房间与室外进行热交换的界面。采用铺设保温板屋面、种植屋面、蓄水屋面等屋面形式或将顶层做为设备间，以保温板、绿植、水、设备间做为保温隔热层或空间，减少屋面温度影响。

2. 、机械设备系统节能

1. 高效热回收装置的通风系统主要提出了热回收效率、送回风-过滤、新风预热、密闭阀联动、风管防结露等方面要求。

《被动式超低能耗居住建筑节能设计标准》要求超低能耗居住建筑应采用高效新风热回收系统。住宅建筑每户应单独设置新风和排风系统，排风量应为新风量的90%。

《被动式超低能耗公共建筑节能设计标准》要求建筑公共设置带有高效热回收装置的通风系统，应符合显热热回收装置的额定温度交换效率不宜低于75%，全热热回收装置的额定焓交换效率不宜低于70%。

新风系统应设置过滤装置，室外新风入口应设置粗效过滤装置，机组内部应设置高中效过滤装置，新风热回收系统空气净化装置对大于等于0.5μm细颗粒物的一次通过计数效率宜高于80%，且不应低于60%。

2. 可再生能源利用主要包括地源热泵、太阳能光热、光伏及风力发电等。热泵与太阳能光热的利用节能减排效果好，性价比高。

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源供热制冷的高效节能环保型空调系统，通过能量转移实现温度的均衡。

太阳能光热是以建筑太阳能一体化方式利用太阳能供热、制冷、光热发电，可缓解电力需求、减少供电电网投资、降低传统燃料的污染物排放。

3. 温湿度独立控制是通过采用温度与湿度两套独立的空调控制系统，分别控制、调节室内的温度与湿度，避免常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失。

4. 建筑能耗监测及管理是结合用能系统划分制定控制策略、优化用能系统关键参数、提高系统能效比。

3. 结语

被动式低能耗建筑已经逐渐成为建筑行业发展的主流趋势。在建筑节能的基础上，融入绿色环保理念、贯彻低能耗建筑理念，引导社会全方面参与，实现建筑全生命周期的低能耗、低排放、低碳化。

 作者简介：李丽（1971年5月），性别：女，民族：汉，籍贯：河北省任县，职务/职称：高级工程师，学历：大学本科 建筑学专业，单位：邢台新思维建筑工程设计有限公司，研究方向：建筑设计。 单位所在的省市和邮编：河北省邢台市信都区 054000