被动房之家
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德国被动房与中国气候带

来源:绿色建筑研习社

被动房以极低的能耗和实惠的成本提供最佳可能的舒适室内环境。这是解决建筑领域中气候保护任务的关键。因此特别适用于拥有庞大人口基数和经济快速发展的中国。目前在中国只有个别的被动房实例。


2016年,PHI发布《被动房在中国气候带》的研究报告,为中国所有气候区提供了系统性的被动房设计基础。结果显示,被动房可以建造于中国的任何地方。


《报告》基于一个十层的住宅楼,分别从覆盖中国的所有气候区的九个地点进行被动房原理的进一步细化。与按现行标准建造的常规新建建筑相比,参考被动房得到的结果是节省了 80%-90%的采暖能源需求和约 50%的制冷和除湿能源需求。


合适的窗户品质、保温水平、暖通设备和建筑组件结构类型取决于气候和建筑布局。不过在所有的情况中,用的都是相同的原理,所得的结果都是按国际标准认同定义的被动房。



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寒冷和严寒气候区



在寒冷和严寒气候区,最重要的性能就是建筑必须拥有极好的保温。传热系数 U-值约为 0.1W/(mK),非常好的气密性,三玻(甚至四玻或者真空)低辐射玻璃,以及高效热回收通风系统是必要的。


紧凑的热工围护结构和南向窗户是有利的。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,即同时回收热量和湿度的系统)。


在这些气候区中,要让建筑结构耐久、干燥,最重要的一点是在墙或者屋顶结构的内侧敷设隔汽层(这可以同时就是气密层),而在外侧则要考虑透气性。外表面同时应该保护结构使其免受雨水的侵入,例如使用不吸收雨水的涂料。保温层应该敷设在外侧以保持结构温暖和干燥。


采暖可以通过多种不同方式实现。传统的系统例如散热器或者地板采暖依然适用,但是他们所需的设计负荷相比之下就要小得多。被动房的采暖,可以很简单地通过对送风加热就能实现。“送风”是通风系统为了提供良好室内空气品质而输送的新鲜空气;加热时有可能需要加入小量的室内循环风进行补充。


即使是在中国相对寒冷的气候区,夏季也有持续数周之久的炎热天气。高温可能会伴随着高湿度,尤其是在东部区域。在某些气候区,例如北京,为了高舒适度的夏季室内环境,即使是在被动房中也需要主动制冷和除湿。



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夏热冬冷区


在经济上举足轻重的夏热冬冷区,采暖和主动制冷都需要。在冬季和夏季需要良好的保温,但是相较于寒冷的气候区其保温程度相对低一些。夏季在制冷需求峰值条件下,室外的高湿度使得利用夜间通风不可行。


除湿所需能源可以通过使用合理可控的能量回收通风系统(全热交换新风系统)而显著减少。冬季可以利用被动太阳能,但在夏季需要有效的活动遮阳避免过热。


通过送风(有可能需要补充 100%-200%的循环风)来实现温湿调节,在这些地区尤其具有优势。因为仅需要一个系统就能同时实现采暖、制冷和除湿。另外,对于低温的送风,必须要考虑到一些关于风管和风口的技术细节。


此外还有一种价格低廉并且方便易得的替代方案,即在每套住宅的中央房间安装单个传统的小型分体式空调机组。这种方案要求房间门在一天当中敞开一段时间。这种方式的热舒适性比送风制冷就只是稍微差一点。


在潮湿的夏季,需要特别注意除湿是否足够;为了获得最佳的舒适度和节能,湿度应该和温度分开控制。在这些气区,建筑外部结构组件实现彻底湿平衡尤具挑战性,因为湿传递方向在整年中会发生改变。建筑外墙和屋面的结构就需要特别慎重地考虑。


用 EPS 作为外保温时,通常不会有问题。但对于用矿物棉作为保温的结构,外部抹灰的性能十分重要,例如很低的水蒸气扩散阻力和很低的吸水性。



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夏热冬暖区


在受热带气候影响的 夏热冬暖区,对阳光的控制是最重要的因素。窗户应该用高选择性遮阳型玻璃,并以固定遮阳装置避免太阳直射,不过活动遮阳也是可以使用的。外墙和屋面可以通过保温层降低太阳负荷;或者使用高红外反射率隔热涂料也是有效的方法,尤其对于屋面。


除湿需求甚至可以比显热制冷需求还高。气密的围护结构保护着建筑内部免受室外高湿度的影响。能量回收通风系统(全热交换新风系统)可提供更进一步的保障。


在这一类型的气候区中,耐久干燥的墙和屋顶结构需要吸水率特别低但能透气的外表面。大部分的结构类型在这个前提下都能运行得很好;外保温如果采用透水蒸气的材料,例如矿物棉,则需要特别注意湿度。在 温暖气候区的制冷设备使用和夏热冬冷地区相同的原则。



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南方温和的山地气候区


在中国南方温和的山地气候区,阳光充足,气候温和,有许多不同的被动房设计方案可以选择。在这个气候区,甚至可以建造既不需机械通风也不需三玻玻璃的被动房。


通过研究结果也证实了, 被动房规划设计软件包(PHPP)是适用于所有中国气候区的设计软件。如果从设计一开始就将 PHPP 计算融入成为设计过程的一部分,那么可以实现集舒适、节能和经济为一体的被动房。