被动房的发展与上海紫郡公馆项目中的应用.docx

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被动房的发展与上海紫郡公馆项目中的应用

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1.我国的建筑节能发展

在中国国力迅猛发展的情况下，我国建筑总能耗逐年上升在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%，上升到33%左右，与发达国家的建筑能耗占比水平基本相当。

随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右，这无疑将成为阻碍我国经济发展的重要负担。

自70年代能源危机后，发达国家开始致力于研究与推行建筑节能技术，我国的建筑节能工作从20世纪80年代初伴随着改革开放政策开始，由易到难，建筑节能保准完成了节能率30%、50%到65%的跨越，2015年开始我国北方严寒、寒冷地区也开始逐步推行75%节能标准，我国一直不遗余力的在探索节能的路线。

随着中国与德国技术交流的不断拓展，我国在2010年引入了德国被动房Passivhaus技术，该技术在乌鲁木齐、哈尔滨、河北、浙江、广东、江苏等都实现了项目的落地。

项目应用的地区包含了严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖地区，建筑种类也有酒店、学校、住宅、办公室、别墅等多种。

说明了被动房技术已具备在中国大部分地区使用和推广的可能。

目前国内河北、青岛、

2.被动房的起源与要求

1980年代德国建筑物理学家Feist博士创建了被动式建筑理念（Passivhaus/被动房）1991年在德国Darmstadt市Kranichstein区建成了第一个被动式住宅建筑全球已建成约5万个被动房标准的建筑，涵盖欧、美、亚洲45个国家。

早在2007年德国的法兰克福就立法要求所有新建建筑都必须符合被动式房屋标准。

已经有越来越多的国家和地区把被动房当做未来建筑的发展方向。

被动房的设计以热平衡为设计理念，对于新建建筑来说，以冷热负荷与一次能源消耗为主要评价标准。

需在室温20℃（冬季）25℃（夏季）的条件下采暖与制冷的能耗不超过表1中的指标。

被动房的认证有严格的要求，并不是使用了被动式技术的房屋都可以称为被动房，从定义上来说只有达到列表中的设计要求，同时获得PHI（Passivehouseinstitute）认证的建筑才能成为被动房。

被动房以超低能耗的同时提供极其高的舒适性出众而广为称赞。

尤其在新建建筑，被动房标准通常还提供了杰出的经济性。

根据可再生一次能源（PER）的需求和产量，被动房可划分为被动房普通级，优级或者特级。

图1被动房认证标识

表1.1被动房认证耗能指标

标准

替代标准

采暖

采暖需求

KWh/m2a≤

15

热负荷

W/m2≤

10

制冷

制冷和除湿需求

KWh/m2a≤

15+除湿需求

可变极限值

冷负荷

W/m2≤

10

气密性

压力测试-换气次数n50

[1/h]≤

0.6

可再生一次能源（PER）

普通级

优级

特级

PER-需求

[KWh/m2a]≤

60

45

30

相对标准给出值有

+15kwh/m2a的偏差

可再生能源产量9（单位建筑占地面积）

[KWh/m2a]≥

-

60

120

对以上偏差通过改变

产量进行补偿

在现有建筑中，由于改造的实现成本通常并不低。

对这些建筑可以进行翻新而实现被动式节能改造标准，通过所有重要建筑部件使用被动房部件在很大程度地保证了舒适性、建筑结构保护、经济性和能源需求。

表1.2被动房构件性能指标

PHPP定义的气候带

不透明建筑外围机构，接触...

窗（包括大门）

新风系统

土壤

空气

整窗4

玻璃

太阳负荷5

最小热回收率6

最小湿回收系数7

保温

外保温

内保温

外墙涂料3

最大传热系数（安装状态下U值）

太阳能总投射比（g值），仅针对主动采暖情况下

制冷时期最大单位太阳负荷

最大传热系数U

冷色

[W/㎡K]

[W/㎡K]

kWh/㎡a

%

-

-

极地

根据项目各自对应的采暖和制冷度日在PHPP中计算确定

0,09

0,25

-

0,45

0,50

0,60

Ug-g*0.7≤0

80%

-

寒冷

0,12

0,30

-

0,65

0,70

0,80

Ug-g*1.0≤0

80%

-

寒温

0,15

0,35

-

0,85

1,10

1,10

Ug-g*1.6≤0

75%

-

温和

0,30

0,50

-

1,05

1,10

1,20

Ug-g*2.8≤-1

75%

-

温热

0,50

0,75

-

1,25

1,30

1,40

-

-

-

炎热

0,50

0,75

是

1,25

1,30

1,40

-

-

60%（潮湿）气候带

非常炎热

0,25

0,45

是

1,05

1,10

1,20

-

100

-

60%（潮湿）气候带

表3通过能源需求标准定义的被动式节能改造标准（表格2的替代标准）

PHPP定义的气候带

采暖

制冷

最大单位采暖需求

最大单位制冷和除湿需要

[kWh/m²a]

[kWh/m²a]

对应被动房标准要求

寒冷

30

寒温

25

温和

20

温热

15

炎热

-

非常炎热

-

表格4被动式节能改造通用标准（始终有效，不依赖所选标准）

标准1

替代标准2

气密性

压力测试-换气次数n50

[1/h]

≤

1,0

可再生一次能源（PER）3

普通级

优级

特级

PER需求4

[kWh/（m²a）]

≤

60+（QH-QH,PH）•

fØPER,H+（QC-QC,PH）•1/2

45+（QH-QH,PH）+

（QC-QC,PH）•1/2

30+（QH-QH,PH）+

（QC-QC,PH）•1/2

相对标准给出值有kWh/（m²a）的波动

可再生能源产量5（单位建筑占地面积）

[kWh/（m²a）]

≥

60

120

对以上波动通过改变产量进行补偿

被动房通过采用先进节能设计理念和施工技术使建筑围护结构达到最优化，极大限度地提高建筑的保温、隔热和气密性能，并通过新风系统的高效热（冷）回收装置将室内废气中的热（冷）量回收利用，从而显著降低建筑的采暖和制冷需求。

在此基础上，被动房还通过有效地利用自然通风、自然采光、太阳辐射等来实现舒适的室内温度、湿度和采光环境，最大限度降低对主动式机械采暖或制冷系统的依赖。

3.被动房一般设计要点

3.1被动房的价值点

被动房是节能建筑全球的最高标准。

欧盟正在推广“近零能耗建筑”（NZEBs）,要求2020年起所有的新建建筑必须达到此项标准。

改建筑指标基本等于被动房水平。

被动房作为使用可再生能源运行的建筑，可以大量减少建筑能耗，可以实现：

1.低能耗成本

2.低运行成本

3.低维护成本

4.持续新风，良好的室内空气品质。

5.低二氧化氮

6.低噪音

7.高室内热舒适度

8.室内干燥无霉菌

3.2针对不同气候区域的设计差别

被动房设计需根据不同的气候和建筑布局选取和式的门窗、保温形式、暖通设备与建筑构建。

寒冷与极寒地区，保温是建筑最重要的性能。

传热系数U值建议在0.1W/（m2K）,玻璃的配置至少要3玻Low-E玻璃。

建筑体型保证紧凑，减少散热。

建筑主要利用南向窗户吸收阳光，以达到建筑内部的热量平衡。

为了提高冬季室内空气相对湿度，可以使用能量回收通风系统（ERV，全热交换系统）。

建筑的主动采暖可以使用多种不同形式的设备，如散热器、地采暖等。

但被动房的采暖可以简单的通过对送风加热实现，但在加热时需要部分的循环风以降低能耗。

鉴于中国寒冷地区的城市，如北京、天津、济南等在夏季也会存在较长时间的高温高湿的天气，在设计中仍需要重视主动制冷和除湿的需求。

如北京气候冬天干燥，夏季较湿。

冬季平均气温低于-10℃。

六月中到八月底平均气温高于28℃。

夏季夜间温度不低于20℃，室外湿度高于室内12g/kg。

夜间通风降温不可行，需要额外的制冷设备。

对于我国南部广大的夏热冬冷地区，夏季的除湿和制冷负荷将占主导，同时由于湿度原因导致无法使用夜间通风降低负荷。

如上海冬季气温有时低于0℃，夏季高温高湿。

夜间温度高于25℃，湿度不低于20g/kg,设计兼顾冬季采暖，但以夏季制冷为主导。

因此在夏季需要使用活动遮阳，西向窗户由于日照角度的原因，需配置活动遮阳以避免室内过热。

遮阳的形式多种，如卷帘、百叶和悬挑遮阳等。

在条件允许的情况下可以使用落叶木对建筑进行夏季的遮掩。

另外成本和施工条件限制的极端情况下，有案例使用较低g值的玻璃以降低阳光辐射进入室内。

南方地区建筑的湿平衡十分重要，建筑外围护结构中的湿传递方向会随季节发生改变，特别针对由于防火规范限制而使用矿物面作为保温的结构，外部抹灰需要有防水但透水蒸气的能力。

表3.1被动房模拟围护性能对照

北京

上海

成都

墙体保温U值

0.18W/（㎡K）

0.24W/（㎡K）

0.34W/（㎡K）

屋面保温U值

0.17W/（㎡K）

0.17W/（㎡K）

0.17W/（㎡K）

挑出板保温U值

0.34W/（㎡K）

0.52W/（㎡K）

0.34W/（㎡K）

型材U值

0.8W/（㎡K）

0.8W/（㎡K）

1.6W/（㎡K）

玻璃U值G值

0.7W/（㎡K）0.5

0.7W/（㎡K）0.25

1.19W/（㎡K） 0.31

活动遮阳

有

无

无

换气次数

0.6ACH

0.6ACH

0.6ACH

热回收率

0.85

0.75

0.75

湿回收率

0.60

0.65

0.65

注：

（1）外墙（屋面）的K值应是考虑了热桥影响后计算得到的平均传热系数和墙体（屋面）系统性热桥之和。

外墙（屋面）平均传热系数应按照现行国家标准《民用建筑热工设计规范》GB50176的规定用专用软件计算；墙体（屋面）系统性热桥取0.01W/（㎡·K）。

（2）门窗的K值应为主体部分（包括透明玻璃和非透明门芯板）和门窗框等的整体传热系数。

（3）分隔供暖与非供暖空间的楼板及隔墙、变形缝墙的K值按主断面传热系数确定。

北京

上海

成都

热需求（20℃）KWh/㎡a

8.0

10.1

14.9

冷需求（25℃）KWh/㎡a

7.0

9.2

7.2

除湿需求（12g/kg）KWh/㎡a

5.7

12.2

10.2

24h平均热负荷 W/㎡

7.6

6.5

7.6

24h平均冷负荷 W/㎡

5.4

5.5

5.5

24h平均除湿负荷 W/㎡

7.1

6.3

5.1

最低相对湿度

31%

52%

56%

除湿、制冷、采暖总耗KWh/㎡a

20.9

19.8

19.3

PER耗能KWh/㎡a

55.7

55.4

53.5

表3.2模拟能耗对照表

3.3被动房设计要点

1.良好的外围护系统，对屋面、外墙、底板等部位。

通常情况下，屋面的保温应优于墙面，墙面优于底板。

（1）外围护结构宜采用外保温系统，且保温层应连续完整，不宜出现结构性热桥；

（2）外保温系统的连接锚栓应采取阻断热桥措施；

（3）考虑到隔声需求复合墙体的内侧宜采用厚度为100mm以上的非粘土烧结普通砖或混凝土等重质材料；

（4）外墙保温系统防火性能及防火隔离带的设置应满足现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016和现行行业标准《建筑外墙外保温防火隔离带技术规程》JGJ289的要求。

2.无热桥设计。

热桥分为线性与点状热桥，线性热桥集中在围护结构不同面的连接处，例如阳台造成的突出混凝土板，无制冷地下室的外墙，窗户的安装边缘等部位。

无热桥设计应尽可能使用均匀的保温层包围整个建筑。

点状热桥多出现在围护结构的点状穿透处，需提前做断热预埋处理。

（1）避让原则：

宜采取措施使结构或构件不破坏或穿透外围护结构；

（2）击穿原则：

当管线需要穿过外围护结构时，应保证穿透处的保温连续、密实、无空洞；

（3）连续原则：

在建筑构件连接、交接处，保温层应连续、无间隙；

（4）规整原则：

建筑平面和立面宜规整，避免凹凸变化，减少散热面积。

（5）隔断原则：

与基层墙体固定的连接件的安装部位，应采取阻断热桥措施。

对外墙进行无热桥设计，应符合下列规定：

（1）外墙保温采用单层保温时，应交错互锁排列粘贴；采用双层保温时，应采用错缝粘接方式，避免保温材料间出现通缝；

（2）墙角处宜采用成型保温构件；

（3）保温层应采用断热桥锚栓固定；

（4）宜避免在外墙上固定导轨、龙骨、支架等可能导致热桥的部件；必须固定时，应在外墙上预埋具有阻断热桥的锚固件，并尽量采用减少接触面积，降低传热损失；

（5）管道穿外墙部位应预留套管并预留足够的保温间隙；

（6）户内开关、插座接线盒等不宜设于外墙上，以免影响外墙保温性能。

对屋面进行无热桥设计，应符合下列规定：

（1）屋面保温层应与外墙的保温层连续，不得出现结构性热桥；

（2）屋面保温层靠近室外一侧应设置防水层，防水层应延续到女儿墙顶部盖板内，使保温层得到可靠防护；屋面结构层上，保温层下应设置隔汽层；屋面隔汽层设计应符合现行国家标准《屋面工程技术规范》GB50345的规定；

（3）对女儿墙等突出屋面的结构体，其保温层应与屋面、墙面保温层连续，不得出现结构性热桥。

女儿墙、土建风道出风口等薄弱环节，应设置金属盖板，以提高其耐久性，金属盖板与结构连接部位，应采取避免热桥的措施。

金属盖板的性能指标参附录表C.0.3；

（4）管道穿屋面部位的预留洞口应大于管道外径，并满足保温层厚度要求；伸出屋面外的管道应设置套管进行保护，套管与管道间应设置保温层且保温层的厚度不得小于30mm。

对地下室和地面进行无热桥设计，应符合下列规定：

（1）地下室外墙外侧保温层应与地上部分保温层连续，并应采用防水性能好的保温材料例如XPS板；地下室外墙外侧保温层的内部和外部宜分别设置一道防水层，内部的防水层应延伸至室外地面以上500mm；

（2）当地下室空间为非供（冷）暖房间时，其外墙保温层的埋置深度应至少与室外地面以下一层的室内建筑楼地面标高齐平；

（3）当地下室空间为供暖（冷）房间时，其外墙保温层的埋置深度应至少与供暖（冷）房间的室内建筑楼地面标高齐平；

（4）不供暖（冷）地下室顶板的保温层应从顶板向下延伸，长度不应小于1000mm或完全覆盖地下室外墙内侧；

（5）未设地下室的地面保温层与外墙内侧、内墙两侧在地面以下的保温层应连续，保温层的埋置深度应从室外地面向下延伸，长度不应小于1000mm。

地面保温层的两侧宜分别设置一道防水层。

对外门窗进行无热桥设计，应符合下列规定：

（1）外门窗应采用暖边间隔条，且宜减少分格，宜按照建筑模数进行设计；

（2）外门窗应采用窗框内表面与结构外表面齐平的外挂安装方式，安装件与基层墙体连接处应采用橡胶、木片等做垫片，外窗与墙体之间的缝隙应采用耐久性良好的密封材料密封严密；

（3）外窗台应设置窗台板，以免雨水侵蚀造成保温层的破坏，并符合下列规定：

1）窗台板与窗框之间应有结构性连接，并采用密封材料密封；

2）窗台板应设有滴水线；

3）保温层与窗台板、窗框之间的接缝，应采用预压膨胀密封带密封。

密封带粘胶一侧应粘贴在窗台板和窗框上。

设计可调节外遮阳装置安装节点时，应在其内部或外部留有足够的空间，用来填充保温材料，避免热桥。

对于外保温的系统性热桥，应在保证外保温系统安全的前提下，尽量减少和主体的拉结。

3.使用Low-E玻璃外窗，并用惰性气体填充。

推荐的整窗传热系数Uw应不大于0.6W/（m2K）,太阳得热系数g值根据气候区取0.5至0.6.外窗配置应符合以下规定：

（1）外窗应采用三玻双中空或真空玻璃内平开窗，窗框型材、玻璃配置的组合，应满足本标准指标要求，且经技术经济分析后确定；

（2）外门窗型材应采用PVC塑料、木材及铝木复合等保温性能好的材料，不宜采用隔热型材铝合金，中空玻璃应采用暖边间隔条；

（3）玻璃配置应考虑玻璃层数、Low-E膜层、真空层、惰性气体、边部密封构造等加强玻璃保温隔热性能的措施；

4.气密性设计，将建筑外围护作为一个气密的整体，对所有的节点和接口做气密设计。

外门窗应具有良好的气密、水密和抗风压性能。

依据现行国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106，其气密性等级不应低于8级、水密性等级不应低于6级、抗风压性能等级不应低于9级。

气密性可以避免室内空气受外部的污染，控制湿度避免室内霉变。

根据模拟分析，有气密性造成的能量损失占房屋总能耗损失的10%-15%，良好的围护系统可以降低外部的空气渗透，从而减少室内的冷热负荷。

项目实例证明，高气密性的房屋可以提升居住质量和室内的舒适度，避免穿堂风、冷空气团出现，保证隔音效果。

被动房的外围护系统完成后，需以“鼓风门测试”测量气密性。

在50Pa的压力下，换气次数应低于0.6h-1。

应采用简洁的造型和节点设计，减少或避免出现气密性难以处理的节点。

应选择适用的气密性材料做节点气密性处理。

选用气密性等级高的外门窗，外窗框与窗扇间宜采用3道耐久性良好的密封材料密封，每个开启扇至少设2个锁点。

外门窗应紧贴结构墙外侧安装，外门窗与墙体之间、外围护门窗洞口的缝隙应采用耐久性良好的密封材料密封，并符合下列规定：

（1）外围护结构门窗洞口处外墙与窗框之间，宜用防水隔汽膜和防水透汽膜组成的密封系统密封；

（2）用于室内和室外的密封材料，宜采用不同颜色，室内一侧宜使用防水隔汽膜，室外一侧宜使用防水透汽膜；防水隔汽膜、防水透气膜的性能指标应符合相关标准规定。

（3）在外围护结构的门窗洞口处，门窗框与外墙表面宜安装预压膨胀密封带。

穿透构件与保温层之间的接缝，宜采用预压膨胀密封带密封。

5.使用有热交换的机械通风系统，其显热回收的效率应达到75%至90%。

对于冬季干燥夏季潮湿的地区，应使用含湿度回收的全热交换新风系统。

对于建筑的整体规划，应注意以下方面：

1.为减少能量经外墙面损失，应该控制建筑体型系数，使建筑围护结构紧凑，尽量减少外表面积。

避免不必要的造型，如凸窗、角楼等。

2.对于以采暖为主要需求的气候区，房间的安排应让窗户大多数面积朝南。

由于外窗的传热系数要高于外墙，在采暖时期的热流失更高，在制冷时期的负荷更大。

在不利方向上增加开窗面积，非但不能增加得热面积，反而会导致外场的能量平衡为负值，增加建筑的能耗。

制冷为主的气候区中，太阳负荷集中于屋顶，其次为东、西立面，将窗设置与朝南朝北可以优化得热。

3.尽量减少外窗的分隔，使用大窗代替多个小窗。

增大玻璃面积，使能耗平衡最优。

4.房屋内部的风道与热水管道应按最短路径排布，减少通过管道的热损失。

5.在平面布置中设置一个或多个中央起居室。

通过其他房间的溢流提供新鲜空气。

3.4被动房项目一般推进过程

3.4.1前期论证工作

（1）项目被动房外围护配置初步设想；

（2）项目被动房暖通配置初步设想；

（3）与PHI沟通上述方案可行性；

（4）被动房前期PHPP计算分析。

6.2被动房技术方案设计

（1）被动房建筑外围护体系方案

负荷计算；

单位面积显热负荷对比；

如不满足要求，外围护调整；

（2）被动房采暖制冷方案；

（3）被动房技术体系增量概算及优化；

6.3扩初、施工图设计指导、审图配合

（1）特殊被动房节点深化及专项气密性设计

门窗节点处理深化；

阳台节点处理深化；

穿墙管线节点处理深化；

屋面节点处理深化；

女儿墙节点处理深化；

保温材料固定热桥点处理深化；

（2）暖通方案深化；

（3）施工图被动房技术点专项审查及修改；

（4）冷热桥、被动房技术节点、暖通系统等审查；

（5）项目PHI认证德国专家沟通、认证资料翻译。

6.4被动房施工指导

（1）施工指导和培训内容简述；

（2）被动房基础培训——项目设计前期

2-3天，被动房理论和设计基础；

（3）被动房认证培训——项目设计前期

2-3天，关于PHI认证的主要内容，认证工作；

（4）现场施工培训——项目施工前期

2-3天，施工基础、工艺工法等内容；

（5）施工样板房建造培训——项目施工前期

在项目施工现场建造一小型样板房，展示被动房节点和关键工艺的施工顺序及工艺工法。

（6）施工质量管控

在被动房施工主要节点派遣专职工程师于施工现场进行指导，每次2-3天，每次提交相应的质量检查报告，主要节点如下：

地下室底板浇筑；

外墙保温施工开始；

外窗施工开始；

屋面保温施工开始；

出屋面/出墙管道安装施工；

填充墙施工和室内管线安装；

暖通设备调试。

（7）样板气密性测试

2次样板气密性测试，1次气密性终测。

6.6被动房权威机构认证

PHPP软件模拟验证指导设计；

被动房调试报告；

被动房监理报告；

与被动房事务所认证注册、申报文件填写；

6.7被动房系统调试及后期运营指导

（1）被动房暖通、外围护系统调试协助；

（2）被动房节能舒适运营物业手册编制；

（3）后期运营能耗数据分析、优化。

3.5被动房设计软件

但PHPP模拟软件由于使用静态模拟算法，模拟结果只反应月平均温度。

由于缺乏逐时温度模拟，无法预计房间温度额度出现短时间不定期波动，室内温度可能偏离20-25℃的设定区域。

建议首先使用PHPP进行模拟，取得前期快速全面的评估；在使用动态模拟软件如WUFI-PASSIVE或DYNBIL进行深入的湿热过程分析，室内空间使用实时温差计算，外表面则考虑整体的太阳辐射、红外辐射及空气对流影响。

3.6申报流程

相关材料的审核应尽可能在设计阶段就已进行，为了可能有的修改或者改进建议在施工时就已考虑在内。

如果还没有建造被动房或者被动式节能改造-翻新的经验，那么建议预先进行至少一次咨询会谈，如有必要，建议就该项目进行咨询。

审核结束后委托方会收到审核结果，如有可能会有纠正计算和改善建议。

现场施工检查并不是认证部分。

但是，由认证处额外进行的建造施工质量审核特别地重要，如果施工负责人还没有被动房建造或者被动式节能改造-翻新的相关经验。

颁发的证书只是确定了按照章节2中定义的标准相应的技术要求进行审核的材料的准确性。

审核中并没涉及施工监管或者使用情况的监控。

设计的确保由设计团队负责，施工的担保由施工负责人承担。

在一些个别情况会发生建筑完全满足标准，但是在其他方面存在严重限制可用性，安全性或者用户满意度的重大缺陷。

如果认证师认识到这些缺陷了，那么他有权决定扣留证书，直到被证明，这些缺陷在足够充分程度上已经消除了。

对于被动房认证所需的上交材料包含：

1.被动房规划设计软件包（PHPP）

2.建筑设计材料

3.建筑详图和连接节点详图

4.门窗说明

5.新风系统说明

6.采暖/制冷（如果有），生活热水和排水说明

7.电气设备和照明说明

8.可再生能源说明

9.气密性建筑外围护结构

10.漏风检测和密封确认书（仅针对被动式节能改造）

11.土建过程照片

12.经济性计算（仅针对被动式节能改造）

13.通用最低要求的满足证明

14.施工负责人声明

3.6被动房成本预计

被动房成本增量取决于当地使用的现行节能标准。

使用75%节能标准的地区成本应小于使用65%标准的地区。

且由于