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冬暖夏凉“零”能耗的被动式建筑

       现我国经济由高速发展阶段转向高质量发展阶段,在高质量发展和绿色环保等理念的要求下,建筑行业也在不断进行深刻调整,打造节能环保的绿色建筑和生态宜居的人居环境,是人们追求的一种发展趋势。

动式建筑的发展背景

       自20世纪以来,人类虽依靠智慧发明了各种各样的取暖和制冷设备,在很大程度上解决了居住环境的室温问题,但这种人工环境不仅消耗了大量的资源和能源,也让人们日益远离生态与自然。在巨大的能源危机和环境污染问题之下,被动式建筑逐渐走入人们的生活。

       被动式建筑(Passive House)是由瑞典隆德大学的Mr.Bo Adamson教授和德国达姆斯塔特房屋与环境研究所的Mr.Wolfgang Feist博士在1988年提出来的,据了解是受到中国陕北窑洞、闽西土楼等传统建筑的理念影响,用西方的技术和方法完善和提高建筑性能,经过多年的潜心钻研逐步发展起来的。目标是设计一种不需要“采暖空调主动供冷热”的房屋,因此命名为“被动式建筑”。它不但将极大地节省能源,使建筑摆脱对化石能源的依赖,还能延长建筑寿命,有效地保护资源与环境。


图:闽西土楼

       被动式建筑概念在德国已经有20多年的历史了。1990年世界第一幢被动式标准的建筑是位于德国中南部城市达姆施塔特市(Damrstadt) Kranichstein城区的一幢普通的三层高居住建筑,1991年经过节能改造以后投入使用。被动房在中国的首次出现,最早可以追溯到2010年的上海世博会。德国最大的港口城市汉堡,把经过PHI被动房研究所认证的名为汉堡之家的被动房作为世博会的礼物赠送给上海。

 

图:“汉堡之家”模拟图

被动式建筑的显著特征是舒适健康并且冬暖夏凉“零”能耗。

关于被动式建筑

       被动式建筑即被动式超低能耗建筑,它是一种全新的节能建筑概念,也是一种高节能和高舒适的建筑。被动式建筑通过自然采光、太阳能辐射等各种被动式节能措施与建筑外围护结构保温隔热节能技术相结合建造而成的建筑。不需要主动安装大功率供暖降温设施,在显著提高室内环境舒适度的同时,大幅度降低建筑能耗。

       被动式建筑的主要技术思想是,一方面凭借高保温隔热与高密闭性的建筑围护结构,来抵御冬天室外低温与夏天太阳辐射、室外高温给室内热环境造成的影响;一方面是利用建筑围护结构墙体靠室内一侧的高蓄热重质材料,来实现冬天利用太阳能采暖,夏天利用通风蓄冷降温的高效节能目标。

       来自世界可持续发展委员会的调研数据显示:在人类建筑、工业、交通三大能耗中,建筑能耗占比约40%,窗能耗约占建筑总能耗的30%~50%,那么可以得出这样一个结论:窗能耗约占社会总能耗的10%~20%。窗是建筑物外围护结构中最为薄弱的环节。

       外窗作为被动式建筑最关键的部位之一,不但要满足保温、隔热要求,还要满足得热和采光要求。同传统意义上的节能外窗相比,被动式建筑的出现对外门窗提出了更加严格的要求。不仅是对传热系数和遮阳系数的要求,而且对窗的得热系数,采光系数以及抗风压性、水密性、气密性和安装系统提出了严格规定。

       窗有一个最主要的节能指标就是整窗的传热系数Uw值,它的Uw值越大,单位时间内热量传递越多,门窗性能就越差。反之Uw值越小,单位时间内热量传递得越少,门窗性能就越好。


图:优德w88官网 被动式窗,整窗传热系数Kw0.8

       我国首部被动房标准——《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》(以下简称《标准》)经审查,已被批准为河北省工程建设标准已于201551日起实施。它标志着我国被动式建筑的发展趋于规范化、标准化,是我国被动房发展过程中新的里程碑。

       河北省被动房标准中对门窗的要求是Kw值小于或等于1.0W/(m²·K),玻璃遮阳系数大于0.4,因为中国K值和欧洲U值在检测条件上的差异,中国整窗传热系数Kw值为1.0W/(m²·K)几乎相当于欧洲Uw0.8W/(m²·K)的标准。德国PHI(被动房研究所)也同样规定被动窗整窗传热系数Uw小于或等于0.8W/(m²·K)

 

图:中国热工分布图 

被动式建筑的应用

       被动式房屋的概念适用于世界各地,无论寒冷地区还是温暖地区都可建设,其基本原理是一致的。但在不同国家建设,不仅要考虑地区性气候环境差异,还要根据现状有针对性地调整技术手段和措施。中国作为一个历史悠久、国土广袤的多民族发展中大国,在气候环境、建筑特点、居民生活习惯和建筑用能强度等方面都有很多独特之处。在中国发展被动房,有其自身的产品和技术特点。

       实现被动式建筑节能一要在建筑的场址选择和规划阶段考虑节能,二要在建筑的设计阶段考虑节能,包括通过单体建筑的朝向和体型选择,三是建筑外围护结构节能和机械设备系统本身节能。以上三个层面成为节能设计不可分割的组成部分,在建筑设计中,只有综合考虑了以上三个层面的节能策略和措施,建筑物在各个方面才会变得更为协调,才能产生舒适、经济、节能的生态可持续建筑。

 

图:被动式建筑示意图

       建筑业是国家支柱产业之一,发展绿色建筑有利于推动相关传统产业技术升级与产品更新换代,引领新能源、新材料、节能环保等战略性产业发展,带动建筑产业升级和转型,提高工程质量,进而拉动有效投资,促进经济转型升级以及建筑产业更高水平发展。