1、123123123圖1.德國達姆斯達特”被動房屋”(Passive House Darmstadt Kranichstein)外 觀（左圖） 與平均能耗對比（右圖）被動房屋未來住宅的發展趨勢 杭州魯爾能源科技有限公司董事長 黃莉2010年上海世博會上，有一座名叫“漢堡之家”的建筑引起了很大的反響。它的能耗只有普通房子的十分之 一，內部沒有空調和暖氣設備，卻能夠一年四季都保持 室內25的恒溫。“漢堡之家”是在中國建成的第一座按 照德國標準設計的“被動房屋”（Passive House），這種 房屋充分利用了“被動”能源，例如太陽能、屋內熱源及 房屋保溫性能來供暖照明，耗能極少。可以說，“漢堡之家

2、”代表了一種新型的節能建筑， 體現了當今世界最先進的技術水平。它的設計立足于當 地的地域特點與氣候條件，通過全面、精密、周密的整體 設計方案和建造技術來實現，附加建造成本并不高，而 且節能效果非常明顯，已經逐漸成為歐洲各國住宅建筑 發展的一個新的趨勢。節能建筑正是中國當前建筑發展的主要趨勢，”被 動房屋”也有望成為中國未來城市住宅的發展趨勢。而 如何使節能建筑成為市場能夠普遍接受的居住建筑模 式，是政府、開發商與用戶共同關注的焦點。大多數的”被動房屋”的技術措施主要著眼于冬季采暖需求的最小化。 “被動房屋”的能耗設計標準為：1）建筑每年的采暖能耗不超過15kWh/m2或者采暖負荷低于10W/m

3、2;2）建 筑每年的一次性能源消耗，包括采暖、熱水以及其他家電 設備的能耗，不超過120kWh/m2；3）建筑的氣密性n50達 到0.6/h;4)夏天室內溫度過熱的頻率低于10%。按照這 些標準，建筑的冬季采暖能耗較歐洲現有同類建筑減少90%以上，每年總能耗與CO2的排放量減少50%以上。 隨著德國能源價格的飆升，“被動房屋“從20多年前的私人自愿試驗工程，轉變為今天被政府大力支持，并被 私人業主廣泛接受的建筑節能解決方案。德國的“被動 房屋”也逐漸推廣至歐洲以及全世界。目前國際范圍內已 擁有超過3萬套的“被動房屋”，其中，德國建成的“被動 房屋”超過1.6萬套，均按照以上的設計標準建造，它們

4、大 多數都是居住建筑，也包括一些辦公樓、學校、幼兒園、 超市等公共建筑。“被動房屋”的起源“被動房屋”興起于德國，在德國和奧地利作為試 點發展，是目前在歐洲被廣泛推廣的節能建筑技術。1991年由德國的菲斯特博士(Wolfgang Feist)在達姆斯 達特(Darmstadt)設計建成了第一座”被動房屋”(Passive House Darmstadt Kranichstein)。在建成至今的二十一年 時間里，該建筑一直按照設計的要求正常運行，其平均 能耗僅為31kWh/(m2a),比普通建筑降低了約88%的能 耗，取得了非常顯著的效果。“被動房屋”是指不通過傳統的采暖方式和主動 的空調 形式

5、來實現舒 適的 冬 季和夏季室內環境的 建 筑。”其最大特點在于通過被動式的設計，使得建筑對 采暖和空調需求最小化。由于“被動房屋”的研究與實 踐始于德國，而德國的氣候特點是夏季溫度較為溫和， 基本不需要空調制冷，而冬季較為寒冷，全年采暖時間 為4個月左右，采暖為建筑的主要能耗。因此，目前歐洲Topics/Construction energy efficiency“被動房屋”技術在目前歐洲的“被動房屋”項目中，大多數主要致力 于解決冬季采暖的問題，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。“被動房屋”最主要的 技術手段是提高建筑外圍護體系的保溫性能，同時采用 熱量回收、可再生能

6、源利用等技術措施進一步降低一次 性能源的消耗量。高保溫性能的圍護結構 建筑圍護體系主要由地 基、外墻、屋面和外窗組成，加強圍護結構的保溫性能 是實現“被動房屋”最為關鍵的技術措施。建筑良好的 保溫性能與優良的氣密性可以最大程度地減少圍護結 構的熱損失，這正如在寒冷的冬季給建筑物穿上一件最 保暖的外套，可以盡可能地減少室內熱量向外散失。“被動房屋”的墻體、屋面以及地基的傳熱系數不 應高于0.15W/(m2·K)，保溫材料多采用聚苯乙烯、聚氨 酯、纖維素以及巖棉等。為達到“被動房屋”的保溫標 準，保溫材料的厚度一般在200到400mm左右。典型的” 被動房屋”的外墻，由外到內分別為外部砌

7、磚層、空腔 層、巖棉保溫層、內部砌磚層、托梁部分氣密性薄膜等， 其總傳熱系數為0.15W/(m2·K)。“被動房屋”的窗框、玻璃與門的傳熱系數一般不 高于0.8W/(m2·K)。在不少歐洲國家現有建筑中，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/(m2·K)左右，遠遠達不到”被動房屋”的要求。 因此，目前”被動房屋”多采用三層中空玻璃以及帶保溫 夾層的窗框。在圍護結構的阻熱性能明顯提高以后，“冷橋“就 成為一個影響圍護體系保溫效果的重要因素。“冷橋” 主要是指在建筑物外圍護結構與外界進行熱量傳導時, 由于圍護結構中的某些部位的傳熱系數明顯

8、大于其他部 位,使得熱量集中地從這些部位快速傳遞,從而增大了建 筑物的空調、采暖負荷及能耗。實現”被動房屋”的一個 基本技術措施就是避免”冷橋”，其設計標準是：圍護結 構中的連接部分相對于外形尺寸，其線性傳熱系數應低 于0.01W/(m2·K)。圍護結構的 氣密 性 是“被動房屋”的另一 個重要 技術指標，是指在建筑的氣密性測試中，要求在室內外50Pa壓力差的情況下，每小時的空氣滲透量不能超過建 筑總容積的6 0%。然而，歐洲各國的現有建筑還遠遠 達不到這項要求，比如，德國建筑的空氣滲透量通常在150%到30 0%之間，英國建筑則在40 0%左右。要達到“被動房屋”的氣密性標準，一般

9、采用合適的薄膜、膠帶、濕石膏或者蒸汽隔阻層等方式在整座建筑的外圍形 成一層連續的氣密性結構。在德國達姆施塔特建成的第 一座“被動房屋”中，通過上述技術措施，將空氣滲透量 降低到30，有效減少了冬季熱量的損失。熱回收技術 通過采取一系列圍護結構的保溫隔熱 措施，建筑的采暖負荷將顯著降低。當建筑的氣密性顯 著提高了之后，為了保證室內的空氣質量，“被動房屋” 必須有足夠的通風。多數現有住宅建筑都是采用自然通 風的方式進行換氣，即開啟門和窗戶，但是這種方式會 帶來大量的熱損失，同時產生室內吹冷風的不舒適感。在 “被動房屋”中，主要是通過機械通風的方式進行換氣。 為了降低熱損失，“被動房屋”通常采用高效

10、率的熱回收 系統，其熱回收效率不低于75%。典型的機械通風熱回收系統，采用對流通風形式， 通過一個氣體-氣體型熱交換器，由室外進入的新鮮空 氣被由室內排出的空氣預熱之后，再由加熱器加熱到設 定溫度，可以有效降低采暖能耗。由于“被動房屋”的熱 負荷很小，除了嚴寒季節，一般只需要通過新風系統就可 以保持室內溫度維持在人體舒適的范圍內，這樣，就可 以完全不采用傳統的采暖系統了。可再生能源的利用 充分應利用可再生能源可以進 一步降低“被動房屋”對一次性能源的消耗。被動太陽能 采暖是應用最為普遍的一種形式，其設計原理是采用高 陽光透射率的玻璃（同時傳熱系數較低），其太陽光透 射比一般不低于50%，同時優

11、化建筑物的朝向，使得冬 季太陽光最大限度進入室內，加熱房間。另一方面，為了 防止夏季房間過熱，一般可以利用挑檐、遮陽裝置等方 式將太陽光阻擋在室外。根據不同的地域特點和氣候條件，歐洲各國在“被 動房屋”可再生能源利用方面的側重點也有所不同，一 般包括風能的利用、太陽能光電系統、太陽能光熱利用、 生物能利用系統等，其中太陽能光熱系統（包括太陽能 采暖、太陽能熱水器等）投資費用較低、轉換效率高，應 用最為廣泛。而在德國，政府推行的新能源法對于可再 生能源應用建筑的補貼幅度較大，而且可再生能源發電 的入網技術成熟、入網電價較高，因此，光伏發電在住宅 建筑中應用最為普及。蓄熱、蓄冷技術 目前逐漸有一些

12、先進的技術被引 入到“被動房屋”的設計與建設中，其中最受到關注的是 相變蓄熱、蓄冷技術。這項技術主要利用材料的固液相建筑圍護 體系主要由地基、外墻、屋面和外 窗 組 成 ，加 強圍護 結 構的保溫性能是實 現 “被 動 房 屋 ”最 為 關 鍵的技術措施。2012.04 城市住宅99專題：建筑節能之間的轉變過程存儲或者釋放大量的熱量。將相變儲能技術應用于“被動房屋”中，可以對室內環境溫度進行 微調，維持室內溫度在人體的舒適范圍內，而相變材料 的再生則可以利用自然冷熱源或者可再生能源，實現被 動式的采暖或者制冷。相變材料在建筑中的應用形式可以分為：在通風系 統中使用相變儲能模塊；在太陽能地暖和水

13、暖地暖系 統中使用顆粒狀相變材料；在建筑材料中摻入相變微膠 囊；在吊頂使用大體積封裝的相變材料板塊。應 用 于建 筑 節 能 的 相 變 材 料 的熔 點 一 般 為2226，當用于冷卻系統時，其作用原理是：當白天室 內溫度高于其熔點時，相變材料由固態變為液態，吸收 大量熱量，從而防止室內溫度過高；而在晚上外界溫度 下降時，可以采用通風措施，利用室外溫度較低的空氣 冷卻相變材料，使其由液相轉變為固相，而這個放熱過 程可以維持室內溫度在人體舒適的范圍內。低至5%以下。由此可見，“被動房屋”建筑并不像其他節能建筑 一樣總是追隨最新的技術手段，使節能建筑成為高技術 高成本的代名詞，而是從 建筑的總體

14、性能上考慮，盡可 能采用低成本的技術措施實現建筑的節能性。因此，長 遠看來“被動房屋”在城市居住建筑領域是很有市場潛 力的。“被動房屋”在中國的應用前景在中國推行“被動房屋”，首先要考慮中國不同地區 的氣候特征。“被動房屋”最初的設計原則和技術方法是 以德國、奧地利等歐洲中部國家的氣候為依據，而目前北 歐和南歐國家已經在此基礎上發展了各自的“被動房屋” 建筑，東歐國家如匈牙利、捷克等也正在進行相關研究與 實踐。中國國土面積與歐洲近似，有7個不同的氣候分區， 各地區的氣候特征以及對采暖和通風的要求也不同，在 中國不同地區建造“被動房屋”建筑可以根據情況參考歐 洲相應氣候特征國家的經驗。比如在中國

15、的嚴寒地區以 及寒冷地區，采暖為建筑的主要能耗，如何降低采暖能 耗是實現“被動房屋”的主要技術措施，因此，可以參照德 國、奧地利等歐洲中部國家的經驗；而在中國夏熱冬冷地 區與夏熱冬暖地區，建筑能耗以夏季空調制冷為主，可以 參照南歐國家的經驗，在保證建筑高保溫性能的同時，防 止夏季室內溫度過高，降低制冷能耗，同時還應該考慮到 室內除濕與通風的問題。另一方面，中國與歐洲國家在建筑風格與文化上的 差異也會影響“被動房屋”的設計與建造。目前中國大多 數城市的住宅建筑均為中高層、超高層建筑，建筑密度很 高，而歐洲國家多數是家庭式的小型房屋建筑。因此，如 何在高層建筑中實現圍護結構的高保溫性能，在實現能耗

16、 最小化的同時，滿足眾多用戶在不同時段的采暖或者制冷 需求，是發展中國“被動房屋”建筑的關鍵。“被動房屋”的基本理念和技術策略在中國是完全 可以實現的。中國在節能建筑的政策法規、規劃設計、建 造施工以 及 建筑材料的研發生產上已經具備一定的基 礎，歐洲“被動房屋”建筑所要求的材料和設備大多數在 中國都有相同或者類似的產品。我們完全可以在運用“被動房屋”基本理念的基礎 上，結合中國的實際情況，創造性的設計出符合中國國情的 “被動房屋”建筑，為可持續建筑的發展增加新的亮點。“被 動房”建 筑體 現的是被動 式的設 計 理 念 ，其 最 主要的 技 術 手段是提高建 筑 外圍 護體系的保溫性能， 所

17、以相對其他節能 建 筑而 言，它所采 用 的 大都 是 低 技術 的 措 施 ，在 造 價上 是有一 定優勢的。“被動房屋”經濟效益分析“被動房屋”與其他節能建筑一樣，高額的附加成本往往是影響發展的瓶頸。要普及“被動房”建筑，就必須 要提高其性價比，使之成為對普通城市居民具有吸引力 并可以負擔的建筑。“被動房”建筑體現的是被動式的設 計理念，其最主要的技術手段是提高建筑外圍護體系的 保溫性能，所以相對其他節能建筑而言，它所采用的大都 是低技術的措施，在造價上是有一定優勢的。根據德國的一項統計數據，相對于目前實行的普 通建筑標準(EnEV 2009)，“被動房屋”的附加成本一般 在5%到10%之間。以一幢使用面積為162m2的新建住宅 房屋為例子，按照普通建筑標準以及“被動房屋”建筑 標準，其造價分別為1784歐元/m2以及1914歐元/m2，即 “被動房屋”的附加成 本