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你想知道的被动房核心知识!

2018-07-04


本文作者:朱继龙,绿色建筑研习社第12期被动房培训学员,硕士就读于柏林工业大学经济工程专业,专业方向为低能耗建筑,绿色建筑。


目前在德国能源署建筑能效部进行专业实习,为中德之间的项目合作提供支持。同时运营微信公共账号:研习绿色建筑的留德咩(GreenBuildingGermany),欢迎大家关注交流。


大家好,我是留德咩,许久不见,甚是想念。3月份的时候回国呆了一段时间,同时参加了绿色建筑研习社组织的PHI(Passivhaus Institut)2018年首场被动房设计师/咨询师的培训及考试,这篇文章就给大家介绍一下培训相关的信息及趣事。文章共分以下5个部分:


1. 被动房设计师/咨询师介绍

2. 你想知道的被动房核心知识

3. 帅气且富有亲和力的Dawid老师

4. 让Dawid老师“涨知识”的项目趣事

5. 收获与思考


 1 

被动房设计师/咨询师介绍


首先,让我们简单回顾下什么是被动房?被动房指通过极佳的外围护结构,带有热回收功能的新风系统及无热桥设计等手段,同时使用可再生能源使房屋在不需要传统供暖的情况下仍能保持高舒适性,极大程度的降低能源需求。


被动房能耗相比传统建筑降低80%以上


被动房设计师/咨询师是全球权威,专业的被动房技术资格认证。通过培训,一方面,对被动房的标准,原理及相应对计算方法等理论知识有系统专业的认知,另一方面,可以接触到一些实际项目的例子,比如项目在设计,建设过程中出现的问题及相应的解决方案。参加培训并通过考试后,就可以从事被动房设计及咨询相关的工作,同时有权力使用如下的被动房设计师/咨询师印章。



具体信息参见:http://www.passivhausplaner.eu


 2 

你想知道的被动房核心知识


本次培训用的教材


此次培训,从被动房的五个设计原则入手,逐一展开,对每个原则进行了详细的,理论结合实际的讲解,同时也拓展了建筑物理,被动房设计软件PHPP,被动房经济性等相关知识。


被动房设计五原则


原则一:良好的外保温结构


一个良好的外保温结构是被动房降低能耗的核心。


被动房要求屋顶,外墙楼板围护结构传热系数U值要低于0.15W/(m2k),因此就要采用传热系数较低的保温材料。目前比较流行的主要是木结构和砌体结构


得益于木材较低的导热系数,木结构建筑拥有良好的保温性能,欧洲木材资源相对丰富而且楼层不高,因此在欧洲采用木结构来保温尤为常见。目前常用的是双龙骨和木工字梁等木结构。木结构厚度一般为25cm-40cm,视需求而定,同时在内外板之间填充大量的保温材料,比如保温棉,纤维素,聚氨酯泡沫等保温材料。


双龙骨木结构


木结构多用于低层建筑,在国内的高层建筑上还是以钢筋混凝土等结构为主,此时我们就要对建筑的地板,外墙及屋顶等结构做保温处理。经过多年发展,目前已有多种保温材料可供选择,防火性能较好的岩棉,EPS/XPS板,低热传导气块及可用于预制建筑的合成板等。在建筑等不同部位要合理搭配不同的保温材料,使最终的保温性能达到最优。此图为河北涿州被动房项目的保温结构。


地面XPS板保温结构


女儿墙保温结构


对于外保温结构而言,除了高性能保温材料和适当保温结构的选取,房屋本身的体型系数及窗墙比也至关重要,这也是在设计阶段就要考虑的问题。


体型系数,即建筑表面积与体积的比值(A/V),它表示建筑的紧凑程度,表面积越大,热损失就越多。较优的体型系数A/V<>m2/m3


窗墙比,即建筑表面窗户面积与墙体面积的比值,由于窗户的散热及得热系数均远高于外墙,因此在阳光充足的南立面应该增大窗户的面积,而在阳光叫少的北立面及东西立面则可以减少窗户面积


原则二:无热桥设计


通过热桥,一方面会有大量的热能散发出去,或者从室外大量得热,加重建筑采暖或制冷的负荷,另一方面,也存在冷凝发霉的风险,进一步破坏建筑构件,因此在设计被动房时,必须避免热桥。被动房的热桥限值:<=0.01w>


建筑的所有拐点及与外墙其他构配件的连接点/面都是薄弱节点,需要特别注意。


红色的部分表示有大量的热能损耗


由于热桥引发的内部发霉

在设计阶段,一方面要避免保温层出现间断,另一方面要尽可能避免保温层被各种固定件穿透,被称为“铅笔原则”,如果无法避免,则刺穿保温层材料的导热系数也要尽可能的降低。


黄色为保温层,红圈为热桥薄弱处


隔热/螺旋锚钉


原则三:气密性


相信大家都有这样的体验,明明门窗紧闭,却还是能感受到室内的空气流动或者闻到隔壁家诱人的饭香。这就表明建筑围护结构上存在裂纹,缝隙和细小的空洞。通过这些缝隙,大量的热能会流失掉,同时产生的气流导致不舒适感,甚至产生霉菌影响身心健康。被动房的一个核心目标就是保证室内的舒适度与健康的环境,因此提高建筑气密性是保证建筑节能及舒适的重要前提。



被动房的气密性限值:n50<=0.6>50(=V50/V建筑内净体积)是建筑的换气率,即在正负压强差为50Pa的条件下,测定的空气流量(m3/h)与建筑体积(m3)的比值。比值越大即表明建筑的气密性越差。


通常我们使用“风门测试”来衡量建筑物的气密性。



那如何提高建筑的气密性呢?


首先,可以通过降低房屋本身设计的复杂程度,避免过多的拐点和连接点。


其次,气密性材料的使用。对混凝土和砌块结构进行湿抹灰,并粘贴隔气膜或增强型建筑墙纸等,同时在连接处用专门的气密性胶带进行密封,引入密封垫圈和管套。


最后,现场的气密性施工也至关重要。比如不可避免的管道穿透,屋面与摸灰墙间的连接等都要用气密性胶带进行密封,同时在室内阴角,窗户内角,窗外角,混凝土楼板等处用气密性胶带进行密封。密封胶带要有一定的延展性。


原则四:被动式门窗


或许你会有这样的体验:冬天站在窗前,玻璃上的一层雾气映入眼帘,即便窗户下方有暖气片,仍会感到阵阵凉意袭来。这便是普通窗户给我们带来的典型体验,隔热性能差,窗户表面温度远低于室内空气温度,给住户一种冷辐射。



冬天大多数供暖建筑室内空气温度可以达到20摄氏度左右,而普通建筑的玻璃内表面的温度往往为12或14摄氏度,一方面容易在玻璃表面形成水雾,损坏构件,另一方面,降低舒适度和健康度。同时,大量的热能流失到室外,据统计,一栋建筑如果窗户的面积占到外表面的20%左右,而通过窗户流失掉热能将近占了50%。而这对被动房来说是不可接受的,为了满足被动房的低能耗及高舒适度,被动窗就显的尤为重要。


被动窗的几个限值:窗户U值<0.8w>m2K),窗户安装U值<0.85w>m2K),同时玻璃g值(即阳光透过比率)达到0.5-0.6左右,室内空气温度和室内玻璃表面的辐射温差<>



在被动窗的设计中要遵守以下原则:


最大化玻璃,最小化窗框。这是由于窗框的热传导性能远高于玻璃的,特别是一些铝合金窗框。


仔细选择窗户朝向,并采取有效遮阳。在冬天时更多的通过玻璃得热,则南立面要增大玻璃的面积,同时考虑到夏天较强的光照,也需要增加遮阳措施,降低夏天的冷负荷。


减少节点处热桥。窗户能否正确安装,与窗体之间不产生缝隙,降低热桥,对被动房能否满足超低能耗指标至关重要。


与空气阻隔层相连,提高气密性。


窗下排水避免采用金属。


目前比较流行的三玻两腔中间加镀膜的被动窗。




原则五:带有热回收功能的新风系统


可能会有同学问到:既然被动房的气密性这么好,没有室内外气体的对流,那么我们在室内所需的大量新鲜空气如何获取呢,室内产生的二氧化碳又如何排出去?这个时候就需要用到新风系统。


新风系统功能如下:

  • 可以保证室内空气的新鲜度

  • 回收空气中的热量,对新风进行预热,降低建筑热负荷

  • 增加加热线圈或制冷线圈调节室内的温度,也可以通过除湿装置调节湿度,使其保证在舒适,健康的水平。

  • 对于国内来说,可以增加空气净化装置,降低空气中PM2.5等颗粒物含量,提高空气质量。




被动房中新风系统的几个限值: 热回收效率高于75%,耗电量低于0.45Wh/m3,室内换气频率每小时0.3次,或者每人每小时30m3新鲜空气,保证室内二氧化碳浓度低于1000ppm等。



新风机组等安装原则:

  • 尽量安置于热围护结构以内,这样可以降低热损耗。

  • 科学合理设计,减少管道长度,可以降低电负荷。

  • 排风口安置于卫生间,厨房,杂物间等,进风口安置于卧室,客厅等。

  • 要对管道进行保温防护,降低热损耗。

  • 在出风口和排风口都要安装消音阀,降低室内室外噪音。


培训的最后一天,还提到了用于被动房设计的工具,PHPP软件,通过它可以进行被动房热平衡的计算,通过对建筑构配件材料及厚度对模拟搭配,找到满足被动房指标的最优化方案。


 3 

帅气且富有亲和力的Dawid老师



Dawid老师是波兰裔的奥地利人,建筑物理学专家,从事节能领域在全世界范围具有引导性的先锋实验项目,在全球范围内第一个产能建筑的建造过程中他有突出的贡献并领导完成了中国境内第一个认证的被动式办公楼。


让我印象最深刻的是,Dawid老师除了对被动房标准,原理等理论知识有深入的了解,同时分享了他在实践项目中积累的大量实践经验及案例,还有很多检验产品及项目质量的小技巧,比如如何用一张A4纸来检验窗户的气密性,如何用打火机来检验三层玻璃之间的镀膜等。


David老师主持参与的经典项目:

  • 中国首个PHI认证的被动式办公楼

    坐标:中国,河北涿州

    年份:2014-2015

    中国住建部选择的试点项目,3000平米的办公楼和2300平米的公寓楼均取得德国被动房研究所PHI认证。在中国设计单位的协作下,完全使用中国的建材并由中国施工单位建造。


  • 奥地利首个多层被动式社会经济适用房

    坐标:奥地利,维也纳

    年份:2003-2006

    项目将被动房技术应用到奥地利国家经济适用房,是全奥首个被动式社会经济适用房,超高节能,极低的一次能源消耗,使用者舒适度最佳,且建设成本低入普通的经济适用房,在当时引起了极大的反响,加速了被动房在奥地利的发展。


 4 

让Dawid老师“涨知识”的项目趣事


在建筑的设计方案和施工方案都确定后,Dawid老师回到奥地利,专心进行建筑的热量平衡计算,即根据建筑的外墙,窗户,屋面,地板等面积及相应选取的不同材料进行热损失和得热计算,当Dawid老师再次回到中国,项目部上时,他惊呆了,原本计划的一栋小建筑和一些窗户消失啦,询问原因才知道,应该是甲方请了风水大师过来,大师给出了,“这栋楼挡财,这些窗户漏财”之类的评价,甲方便修改了施工方案,Dawid老师必须重新计算。



还有的就是由于项目的不同参与方利益诉求不一致,在项目开展上存在很大的分歧。甲方要尽可能的降低成本,一些工程师为了规避检查,赶进度,导致建筑质量受到很大影响。还有一些忽视防火设施等规范的行为,致使项目结束后又重新安装防火门,影响建筑使用体验。


 5 

收获与思考


通过此次培训,我对被动房有了更加系统,全面的认识。同时也感慨被动房在国内发展速度之快,短短几年已经由试点项目发展到大规模建设,由北方推广到全国,参与被动房设计师培训的人数也是指数性增长。在与各位前辈们聊天的同时,感受到他们对于建设,推广被动房的热爱,相信在接下来的几年,被动房会在中国有更好,更快的发展。感谢绿色建筑研习社的组织,Dawid老师和小海老师传道授业。


当然,被动房的发展也存在一些争论,特别是在经济性方面。由于更高的性能要求,被动房在建设过程中使用相比传统建筑更多的保温材料及高性能的设备(热泵,新风系统等),在施工过程中采用更高的质量要求,因此建设成本高于普通建筑。


事实情况确是,被动房研究所对若干个建筑进行多年的跟踪,对建设成本及运营成本进行综合分析,发现被动房相比传统建筑是更经济的。究竟为何呢?


  1. 计算被动房的成本要从全寿命周期的角度,要同时考虑建设成本的增量和运营过程中能源节省带来的收益。运用动态分析的方法,便可以计算出增量成本回收的年限,之后就是每年节省能源带来的净收益。

  2. 被动房的成本是由市场规模决定的。被动房全产业链发展的越成熟,其造价就越低。目前奥地利被动房的增量成本仅为3%-5%,德国为4%-8%,已经很接近传统建筑的水平。

  3. 居住在被动房里,可以享受更好的居住环境和居住体验,这无疑也是极大的隐形福利。

  4. 从社会的角度,考虑到建筑节能可以降低整个社会的能源消耗,缓解我国能源严重依赖进口的压力,同时也降低了温室气体的排放,缓解了环境治理的压力。


被动房下一阶段的房展,则是在保证建筑本身的热工性能之外,最大程度的使用可再生能源,降低对传统能源的使用,也降低建筑对自然的影响,这也是被动房的初衷。



参考文献:

绿色建筑研习社国际被动式房屋设计师/咨询师培训教材



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