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歐洲國家對節能建筑的研究和實(shí)踐一直都十分活躍而卓有成效，不少新的概念和技術(shù)都源自歐洲，“被動(dòng)房”（Passive House）作為節能建筑的一種類(lèi)型，由于其具有獨特的研究出發(fā)點(diǎn)和逐漸成熟的設計、建造和評價(jià)體系，在歐洲國家越來(lái)越受到社會(huì )各界的青睞，成為學(xué)術(shù)研究和設計實(shí)踐的有一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。

“被動(dòng)房”建筑的基本情況

“被動(dòng)房”建筑的定義

按照歐盟委員會(huì )支持的歐洲“被動(dòng)房”促進(jìn)項目中對“被動(dòng)房”的定義，“被動(dòng)房”是指不通過(guò)傳統的采暖方式和主動(dòng)的空調形勢來(lái)實(shí)現舒適的冬季和夏季室內環(huán)境的建筑。

各國研究者比較一致的觀(guān)點(diǎn)認為“被動(dòng)房”最大特點(diǎn)在于通過(guò)被動(dòng)式設計，使得建筑對采暖和空調需求的最小化。

由于“被動(dòng)房”的研究與實(shí)踐始于德國，根據德國的氣候條件，目前歐洲大多數的“被動(dòng)房”的技術(shù)措施著(zhù)眼于冬季采暖需求的最小化。

“被動(dòng)房”建筑概念的創(chuàng )立

“被動(dòng)房”的概念是在德國上世紀80年代低能耗建筑的基礎上建立起來(lái)，1988年瑞典德隆大學(xué)的阿達姆森教授和德國的費斯特博士首先提出這一概念，他們認為“被動(dòng)房”應該是不用主動(dòng)的采暖和空調系統就可以維持舒適內熱環(huán)境的建筑。

1991年在德國的達姆施塔特建成了第一座“被動(dòng)房”，在建成至今的十幾年里，一直按照設計的要求正常運行，取得了很好的效果。

1996年，費斯特博士在德國達姆施塔特創(chuàng )建了“被動(dòng)房”研究所（PHI）。該研究所是目前“被動(dòng)房”研究最權威的機構之一。

在歐洲已經(jīng)有上萬(wàn)座“被動(dòng)房”建成，并且“被動(dòng)房”的理念已經(jīng)不再只局限于住宅建筑中，在一些公共建筑中，也逐漸開(kāi)始采用“被動(dòng)房”的標準進(jìn)行建設。

“被動(dòng)房標準”

“被動(dòng)房標準”實(shí)際上是一個(gè)實(shí)現建筑超低能耗的設計標準，目前這個(gè)標準并非官方制定，而是研究者們達成一個(gè)共識。

在歐洲國家，要真正被認證為“被動(dòng)房”必須滿(mǎn)足2條標準：1）建筑每年的采暖能耗不超過(guò)15kwh/㎡；2）建筑每年總年耗（采暖、空調、生活熱水、照明、家電等）不超過(guò)120kwh/㎡。

按照這些標準，建筑的冬季采暖可以被減少到歐洲現有同類(lèi)型建筑的10%以?xún)?，建筑每年的總能耗可以減少到30%以?xún)?，二氧化碳的排放可以減少到50%以?xún)取?br style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important;" />

在歐洲目前大約一萬(wàn)座被認證為“被動(dòng)房”的建筑中，都是按照這個(gè)標準建造的，他們大多數都是居住建筑，也包括一些辦公樓、學(xué)校、幼兒園、超市等公共建筑。

“被動(dòng)房”設計的主要措施

目前的“被動(dòng)房”項目中，設計和建造“被動(dòng)房”建筑時(shí)主要致力于解決冬季的采暖問(wèn)題，其設計理念的核心思想在于最大限度地減少建筑的熱量損失。其技術(shù)措施可以歸納為4個(gè)方面。

加強建筑維護體系的保溫性能

建筑維護體系主要由外墻、屋面和外窗組成，加強圍護體系的保溫性能是“被動(dòng)房”建筑設計和建造中最為重要的技術(shù)措施。正如人在冬季最重要的御寒手段就是穿上保暖衣服一樣，這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的道理。

而“被動(dòng)房”正是充分發(fā)揮了這一原則。在考慮現有建筑材料的性能和價(jià)格的基礎上，為建筑穿上一件最保暖的外套，并把可能存在的“冷橋”盡量阻隔掉。

建筑外墻和屋面是圍護體系主體，在歐洲目前的“被動(dòng)房”中，外墻和屋面的保溫材料較多地采用XPS擠塑聚苯板以及巖棉等。為達到“被動(dòng)房標準”，所采用的厚度都非常大。

例如：德國達姆施塔特建成的第一座“被動(dòng)房”建筑中，外墻采用275mm的EPS聚苯保溫板，其傳熱系數為0.14w/(㎡·K)；屋面采用了445mm的巖棉保溫，其傳熱系統達到0.1w/(㎡·K)。

在其他已建成的“被動(dòng)房”項目中，外墻和屋面的傳熱系數通常都在0.1w/(㎡·K)左右。

外窗的保溫性能對玻璃和窗框要求讀很高，在不少歐洲國家現有的建筑中，大多數采用雙層中空玻璃和斷橋鋁合金的窗框，其傳熱系數為2.4w/(㎡·K)，還遠遠達不到“被動(dòng)房”外窗的保溫性能要求。

目前已建成的“被動(dòng)房”中，建筑外窗通常采用3層中空玻璃以及帶保溫夾層的窗框，其傳熱系數可達0.8 w/(㎡·K)以下。

在圍護結構的阻熱性能明顯提高以后，“冷橋”就成為一個(gè)影響圍護體系保溫效果的重要因素。在現有建筑的設計中，“冷橋”也已經(jīng)成為一個(gè)被關(guān)注的問(wèn)題，但是遠沒(méi)有在“被動(dòng)房”設計中那樣盡可能的被避免。在“被動(dòng)房”里，盡量避免“冷橋”存在。

提高建筑的氣密性能

基于“被動(dòng)房”的理念，建筑應該是一個(gè)盡量不受室外環(huán)境干擾的獨立系統。因此，建筑圍護結構應該具有可以隔絕室內外空氣滲透的功能，這一點(diǎn)在冬季尤為重要，所以，“被動(dòng)房”建筑與室外空氣交換都是通過(guò)可以控制的機械系統來(lái)實(shí)現。

建筑的氣密性能對于“被動(dòng)房”非常重要，好的密閉性除了可以降低熱量損失以外，還可以控制室內環(huán)境的濕度和保護建筑結構。

在“被動(dòng)房”建筑設計中，不少窗扇都是固定不可以打開(kāi)的，部分可開(kāi)啟窗扇在關(guān)閉時(shí)也要滿(mǎn)足很高的氣密性要求。

在“被動(dòng)房標準”中有一條不做嚴格要求但是推薦采用的指標，就是在建筑的氣密性測試中，要求在室內外50Pa壓力差的情況下，每小時(shí)的空氣滲透量不能超過(guò)建筑總容積的60%。

在歐洲各國的現有建筑中，這一指標都還遠不能達到要求，通常在200%-400%之間，而在德國達姆施塔特建成的第一座“被動(dòng)房”中，這一指標僅為30%，有效地減少了冬季熱量的損失。

機械送新風(fēng)并進(jìn)行熱回收

當建筑的氣密性能大大提高以后，適宜的通風(fēng)換氣方式對于“被動(dòng)房”就尤為重要了。

要保持室內空氣的清潔與健康，必須要滿(mǎn)足一定的新風(fēng)量，在歐洲各國中，新風(fēng)量的指標從室內空氣每小時(shí)換氣0.4~0.9次，我國北京居住建筑節能設計標準中規定的冬季換氣指標為0.5次，與歐洲各國的要求大致相同。

在現有建筑中，開(kāi)啟窗戶(hù)和門(mén)窗縫隙的滲透是實(shí)現建筑冬季換氣的常用方式，但這樣無(wú)疑會(huì )帶來(lái)大量的熱量損失，并且產(chǎn)生室內吹冷風(fēng)的不舒適感。

在“被動(dòng)房”中，這一換氣指標則完全需要通過(guò)機械通風(fēng)的方式來(lái)完成，在每套住宅中，室內污濁的空氣從廚房和衛生間的排風(fēng)口排入風(fēng)管中，新鮮空氣則從起居室和臥室的送風(fēng)口中進(jìn)入房間。

把建筑排風(fēng)中的熱量回收，用以預熱室外的新鮮空氣并送入室內是實(shí)現“被動(dòng)房標準”的關(guān)鍵技術(shù)之一，在歐洲目前使用的熱交換器的熱回收效率非常高，可以達到75%~90%的熱回收率，所以傳統建筑在冬季通風(fēng)換氣損失的熱量在“被動(dòng)房”建筑中很大程度上被避免了。

新風(fēng)排風(fēng)熱交換器的體積很小，通常裝在建筑吊頂或者閣樓內就可以。由于“被動(dòng)房”建筑隊采暖所需的熱量需求已經(jīng)很少，所以甚至可以通過(guò)新風(fēng)系統來(lái)調節房間的溫度，經(jīng)過(guò)加熱的新風(fēng)送入房間就足夠保持設計的室內氣溫，這樣，建筑內就可以完全不用安裝傳統意義的采暖系統了。

當然，在設計者看來(lái)，機械新風(fēng)的另一個(gè)好處是可以保證空氣的質(zhì)量。在新風(fēng)的處理過(guò)程中，除了可以回收熱量以外，還可以過(guò)濾室外空氣的塵土，控制空氣的濕度，使空氣的質(zhì)量可以比自然通風(fēng)的空氣質(zhì)量大大提高。

所以，即使是在非采暖季節，在不必考慮熱量損失的情況下，有不少建筑師還是堅持在設計采用機械新風(fēng)系統。

低熱負荷的采暖方式

通過(guò)上述3方面的措施，“被動(dòng)房”的冬季采暖需求已經(jīng)被降低的程度，只需要很少的熱量即可以達到室內的設計溫度，有研究者在“被動(dòng)房標準”中提出，“被動(dòng)房”建筑的采暖熱負荷應該低于10W/㎡。

這時(shí)候，作為被動(dòng)式建筑的設計理念已經(jīng)實(shí)現了，在這個(gè)基礎上，為建筑提供采暖的熱源就完全可以擺脫對傳統采暖設備的依賴(lài)，設計者可以充分發(fā)揮想象力利用各種“免費”能源來(lái)為建筑提供熱量。

利用太陽(yáng)能是最常見(jiàn)的方式，滿(mǎn)足“被動(dòng)房標準”的建筑，可以通過(guò)被動(dòng)式太陽(yáng)房的設計獲得熱量，也可以通過(guò)建筑立面的設計，是充足的陽(yáng)光在冬季直接照射到建筑室內，所獲得的太陽(yáng)能就能夠提供相當一部分采暖的熱量。

另外，建筑內的電燈、家用電器和廚房設施產(chǎn)生的熱能都為房間供暖，甚至人體自身產(chǎn)生的熱能也可以維持房間的溫度。

當然，這些都不穩定的熱源，所以建筑內一般也會(huì )有小型的采暖設施作為備用。通過(guò)加熱新風(fēng)或者安裝小型低溫熱輻射器是常見(jiàn)的方式，采暖設施的熱量可以通過(guò)小型的地源熱泵、生物質(zhì)燃爐、太陽(yáng)能集熱器等可再生能源設施來(lái)獲得。

“被動(dòng)房”的發(fā)展方向

建造多樣化的“被動(dòng)房”

因為“被動(dòng)房”的緣起是在德國、奧地利等歐洲中部國家，所以相關(guān)的標準和技術(shù)措施更多的是針對這一地區的氣候特征和地域特點(diǎn)。

要推廣“被動(dòng)房”的設計理念，必須使其適應不同的地域和環(huán)境，發(fā)展多樣化的“被動(dòng)房”。

在其他歐洲國家中，這種多樣化的趨勢正在不斷深入。歐洲幅員廣闊，氣候差異較大，北歐國家冬季嚴寒，而地中海沿岸國家夏季較為炎熱，這些氣候特征都與德國有很大不同，在設計中必須采用不同策略。

居住建筑的修建方式也各有特點(diǎn)，比如外墻，在德國外墻涂料很常見(jiàn)，而荷蘭、比利時(shí)等國家磚砌空心墻較多，瑞典、芬蘭等國家則通常采用木構建筑。

針對這些不同的修建方式，需要在建筑構造設計上采用不同的方式來(lái)使墻外的保溫性能達到“被動(dòng)房”的要求。

隨著(zhù)“被動(dòng)房”理念的不斷推廣，在歐洲各國也都建成了不少“被動(dòng)房”建筑實(shí)例。

目前，“被動(dòng)房”理念也傳播到了歐洲以外的國家。2006年在美國明尼蘇達州的貝密吉建成了北美第一座經(jīng)過(guò)認證的“被動(dòng)房”建筑Waldsee Biohaus，2007年美國的“被動(dòng)房”研究所（Passive House Institute US）在伊利諾伊州的厄巴納成立。

亞洲國家中，目前有研究者在韓國進(jìn)行把“被動(dòng)房”理念運用于城市高層住宅的可行性研究，這些項目對東亞周邊國家也將會(huì )起到一定的示范作用。

“被動(dòng)房”在歐洲的發(fā)展速度很快，有德國的研究者樂(lè )觀(guān)地認為德國在未來(lái)10年內將全面采用“被動(dòng)房標準”，10年后的所有新建住宅都會(huì )是“被動(dòng)房”。

如此看來(lái)，如果“被動(dòng)房”的理念能夠得以廣泛普及，其技術(shù)措施能夠得到廣泛運用，在將來(lái)的某個(gè)時(shí)期，城市中的建筑都滿(mǎn)足“被動(dòng)房標準”，所有的建筑都可以在建筑內部輕易地解決冬季采暖問(wèn)題，那目前作為重要市政基礎設施的城市供暖系統就可以退出歷史舞臺了。

這樣看來(lái)，“被動(dòng)房”在實(shí)現節能和環(huán)保的環(huán)境目標的同時(shí)，也將改變人們的生活方式和城市的形態(tài)。

提高“被動(dòng)房”建筑的性?xún)r(jià)比

與其他節能建筑一樣，高額的附加成本往往是影響發(fā)展的瓶頸。要普及“被動(dòng)房”，就必須要提高其性?xún)r(jià)比，使之成為對普通城市居民具有吸引力并可以負擔的建筑。

“被動(dòng)房”體現的是被動(dòng)式的設計理念，其最主要的技術(shù)手段是提高建筑外圍體系的保溫性能，所以相對其他節能建筑而言，它所采用的大都是低技術(shù)的措施，在造價(jià)上是有一定優(yōu)勢的。

“被動(dòng)房”建筑也不會(huì )像其他節能建筑一樣總是追隨最新的技術(shù)手段，讓建筑的調節與操控變得很復雜，而使節能建筑成為高技術(shù)高成本的代名詞。因此，長(cháng)遠看來(lái)“被動(dòng)房”是很有市場(chǎng)潛力的。

根據德國“被動(dòng)房”研究所公布的案例資料，在德國一套新建成的100㎡的“被動(dòng)房”住宅，增加的額外投資為7669歐元，另一套新建成的130㎡的“被動(dòng)房”住宅，增加的額外投資為13140歐元，而他們每年所節省的能耗費用在511~1023歐元之間。

在德國對于節能建筑的財政補貼和稅收優(yōu)惠政策下，對于購房者而言，這樣的性能價(jià)格比已經(jīng)是非常容易接受的了。

當然，節能建筑的性?xún)r(jià)比總是受到各種因素影響的。由于石油、天然氣、煤炭等不可再生能源的價(jià)格會(huì )長(cháng)期趨漲，而普及程度的提高會(huì )使節能技術(shù)的成本逐漸下降，這是大的趨勢。

而目前，市場(chǎng)對節能住宅的接受度很大程度上還是要受到投資與收益平衡的影響，對于普通城市居民而言，如果附加的購房成本能夠在可以預見(jiàn)的時(shí)期內通過(guò)大大減少采暖費用而得以回收，那一定還是非常具有吸引力的。

建立基于“被動(dòng)房”理念的設計方法

在實(shí)現可持續建筑的節能、節材、環(huán)保等環(huán)境目標的策略中，總的來(lái)講可以劃分為兩大部分：一部分是“需求最小化”策略，另一部分是“供給最優(yōu)化”策略。

而對需求的控制完全可以用被動(dòng)式的方法來(lái)完成，“被動(dòng)房”正是充分運用這一方法的例子。“被動(dòng)房”一方面是一種節能建筑類(lèi)型，這種類(lèi)型的建筑需要滿(mǎn)足“被動(dòng)房標準”的要求；另一方面，“被動(dòng)房”理念也可以發(fā)展成為一種可持續建筑設計方法——被動(dòng)式法。

被動(dòng)式方式是一種利用建筑自身而不通過(guò)設備來(lái)滿(mǎn)足建筑物理環(huán)境的要求，并實(shí)現建筑的節能、環(huán)保等環(huán)境可持續目標的方法。

把建筑對能能源和資源的日常需求控制到最低是被動(dòng)式方法的核心思想，這些需求涉及到建筑的采暖、空調、照明、用水等方面，對于位于不同氣候條件和社會(huì )環(huán)境中的建筑，這些需求會(huì )有很大不同，建筑師需要發(fā)揮足夠的智慧，運用多方面的策略才能很好地把這些需求降到最低。

“需求最小化”是可持續建筑的重要內容，在這一基礎上，再采取可再生能源利用、能源效率提高、資源循環(huán)再利用等“供給最優(yōu)化”的具體相關(guān)策略，才能獲得最大的環(huán)境收益。

對住宅建筑而言，被動(dòng)式方法可以涵蓋居住區規劃、住宅設計、管理機制、居住生活模式等幾個(gè)不同的方面，在這幾個(gè)方面都有各自可以實(shí)現控制要求的措施，把這些措施有機的組合到一起，可以把住宅對能源和資源的日常需求降到最低，從而形成一個(gè)實(shí)現住宅建筑環(huán)境可持續目標的“被動(dòng)式體系”。

“被動(dòng)房”在我國的應用前景分析

“被動(dòng)房”經(jīng)過(guò)歐洲國家不斷研究與實(shí)踐，已經(jīng)發(fā)展出比較成熟的設計、建造和評價(jià)體系。從大量建成項目的效果看，“被動(dòng)房”建筑有很好的發(fā)展前景。

目前“被動(dòng)房”建筑的研究和實(shí)踐也已經(jīng)在北美和亞洲的國家中開(kāi)始進(jìn)行。我國對節能建筑歷來(lái)非常重視，近年來(lái)也在研究和實(shí)踐中取得了不少積極的成果，可以結合國情，吸取歐洲“被動(dòng)房”建筑的經(jīng)驗。

首先要考慮我國不同地區的氣候特征。“被動(dòng)房”最初的設計原則和技術(shù)方法是以德國、奧地利等歐洲中部國家的氣候為依據，而目前北歐和南歐國家已經(jīng)在此基礎上發(fā)展了各自的“被動(dòng)房”，東歐國家如匈牙利、捷克等也正在進(jìn)行相關(guān)研究與實(shí)踐。

我國國土面積與歐洲近似，有7個(gè)不同的氣候分區，各地區的氣候特征以及對采暖和通風(fēng)的要求也不同，在我國不同地區建造“被動(dòng)房”可以根據情況參考歐洲相應氣候特征國家的經(jīng)驗。

同時(shí)，我國與歐洲國家文化上的差異也會(huì )影響到“被動(dòng)房”的設計。

例如，我國的飲食方式對住宅廚房的要求和歐洲國家有很大不同，住宅中廚房產(chǎn)生的油煙和氣味通常需要通過(guò)自然通風(fēng)或者抽油煙機及時(shí)排走，而“被動(dòng)房”對建筑密閉性和室內換氣量卻有特定的要求。

因此如何在住宅設計中同時(shí)滿(mǎn)足節能和生活習慣的要求是一個(gè)需要綜合考慮的問(wèn)題。

另外，我國目前大多數住宅是市場(chǎng)化的，“被動(dòng)房”的收益和所增加的額外投資是否能夠平衡，從而被市場(chǎng)所接受，這也是影響到“被動(dòng)房”是否可以推廣的關(guān)鍵因數。

盡可能采用本土的建筑材料和相關(guān)產(chǎn)品是有效降低建造成本的方式，這一點(diǎn)需要在研究和實(shí)踐中做更多的嘗試。

當然，從歐洲國家的經(jīng)驗來(lái)看，“被動(dòng)房”的造價(jià)明顯低于其他高技術(shù)節能建筑，而且隨著(zhù)需求的增加和相關(guān)產(chǎn)品的普及，其生產(chǎn)成本的優(yōu)勢會(huì )越來(lái)越大。

“被動(dòng)房”的基本理念和技術(shù)策略在我國是完全可以實(shí)現的。我國在節能建筑的政策法規、規劃設計、建造施工以及建筑材料的研發(fā)生產(chǎn)上已經(jīng)具備一定的基礎，歐洲“被動(dòng)房”建筑所要求的材料和設備大多數在我國都有相同或者類(lèi)似的產(chǎn)品。

建筑師需要在運用“被動(dòng)房”基本理念的基礎上，結合我國的實(shí)際情況，創(chuàng )造性的設計出符合我國國情的“被動(dòng)房”，為可持續建筑的發(fā)展增加新的亮點(diǎn)

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