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专题│关于“被动房”的思考
“被动房”定义
按照欧盟委员会支持的欧洲被动房建筑促进项目(Promotion of European Passive Houses)中对被动房建筑的定义,被动房建筑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。各国研究者比较一致的观点认为被动房建筑最大特点在于通过被动式设计,使得建筑对采暖和空调需求的最小化。而由于被动房建筑的研究与实践始于德国,根据德国的气候条件,目前欧洲大多数的被动房建筑的技术措施着眼于冬季采暖需求的最小化。
“被动房”的源起及工作原理
被动房是建筑节能理念和各种技术产品的集大成者,通过充分利用太阳能、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。如此低的能耗标准,是通过高隔热隔音、密封性强的建筑外墙和可再生能源得以实现。
“被动房”的概念始于1996年,最早的“被动房”建于1999年,每户为90平方米的三居室,主体为木质结构。这种房屋建筑成本仅比普通房屋高7%,但运行成本非常低,利用太阳能供热、供电可自给自足,2004年全年一户的供暖、供水、供电仅为114欧元。世界上最大的被动办公楼energon于2002年建于德国的乌尔姆。按照达姆施塔特被动房机构公布的要求,建筑必须在年热能需求、热负荷、空气密度和基本能源需求等方面符合特定的标准,才能称为合格的“被动房”。
建筑师为房子设计了密封的外壳,所以房屋几乎没有任何热量散失,也没有任何冷风吹进来。“被动房”不仅能够通过阳光加热,甚至可以利用家电或居住者身体释放的热量保温。
在德国,“被动房”的建筑成本仅比传统房屋高出5%-7%。新型设计采用了精巧的中央通风系统,进气管和排气管并排安置,温暖空气排出去的同时,清洁的冷空气引进来,热交换效率可达90%。
德国“被动房”的四大要素
要素1——讲究朝向
被动式节能的房子在设计上会尽可能减少外墙面积,因此房屋南北朝向也很重要,这关系到能否更好地利用太阳能;东西向很少开窗,如果想大面积开窗,必须有相应的自然或人工遮阳设施(树木、百页、遮阳篷)。
要素2—墙体密封性强
被动房是不需要暖气设备的。要保持室内温度,首先依靠很好的保温层和房子的密封性:尽量避开热桥,这从地下室开始到屋顶结束;为了对房子进行高效保温,还需要对门、窗进行特殊保温隔热处理。
要素3—通风性好
由于房子的密封性高,所以被动房的通风显得更为重要,以防止霉变。但是通风会损失大部分能量,所以出现新一代的通风设备:新鲜空气被吸入首先进入主卧和起居等房间,污浊空气被从卫生间和厨房排出,同时通过热循环交换器,使新风被旧风加热,尽可能减少通风热损失。
要素4—低水耗
为了减少水消耗,雨水被收集起来用于冲刷厕所、花园和冲洗其他。水通过屋顶太阳能加热器被加热,如果热水需求较高,会补充天然气加热。在这个消耗量上,传统房子一年需要天然气1500~2500升,而被动房只需150~250升。
“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层次。其中,技术指标是被动房的判定依据,也是被动房的建设目标;而设计标准是为确保建成后的房屋满足技术指标的要求而设定的设计依据。具体如下:
(1)技术指标
技术指标包括能耗指标和舒适性指标两个方面。
在能耗指标方面,被动房标准和国内建筑节能65%标准对比如下表所示:
能耗指标
被动房标准
节能65%标准
供热能耗需求量
≤15KW.h/(m2.a)
≤58.35KW.h/(m2.a)
最大采暖负荷
≤10W /m2
≤32W /m2
生活热水、家庭用电的年一次能源总消耗
≤120KW.h/(m2.a)
——
在舒适性指标方面,被动房具体要求如下表所示:
项目
要求
室内温度
20-26℃
超温频率
≤5%
室内相对湿度
40-60%
室内CO2含量
≤1000ppm
室内噪音
卧室≤25dB,起居室≤30dB
房屋气密性
η50≤0.6/h,即在室内外压差为50帕时,每小时的换气次数不得超过0.6次
(2)设计标准
目前国内尚无被动房设计标准,因此沿用了德国的设计标准。而德国气候条件与我国华北地区类似,冬季室内外温差较大,约在30℃左右;为达到采暖能耗不超过15kwh/m2、总能耗不超过120kwh/m2的能耗指标,需要设定很高的设计标准,如外墙及屋面的传热系数要在0.15W/(m2·K)以下,外窗传热系数要在0.8 W/(m2·K)以下。具体如下表所示:
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