被动房之家
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被动式设计≠被动房

来源:绿色建筑研习社

01

什么是被动房


早在20世纪80年代初,瑞典隆德大学博·亚当姆森教授和德国达姆施塔房屋与环境研究所沃尔夫冈·费斯特博士提出了一种新的理念:要在不设传统采暖设施而仅依靠太阳辐射、人体放热、室内灯光、电器散热等自然得热方式的条件下,建造冬季室内温度能够达到20℃以上,具有必要舒适度的房屋。他们将这种房屋成为被动房。



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挪威制造的弗拉姆(FRAM)号极地考察船是欧洲第一件实现“被动房”理念的作品。这艘用橡木制造的船,长35m,载重量800t,在南极北极极度寒冷的气候条件下,该船不需要开启采暖火炉,即可保持船内较为舒适的温度。实现这一效果主要依靠优秀的保温结构,船壁和甲板构造厚达40~50cm,由多层材料组成,窗户由三层玻璃构成。如今,这艘船作为一座博物馆在奥斯陆被保护起来。今天我们借这艘船起航,开启被动式低能耗建筑的巡礼。



德国被动房研究所的官网上对“被动房”的定义:


“A Passive House is a building,for which thermal comfort(ISO 7730) can be achieved solely by post-heating or post-cooling of the fresh air mass, which is required to achieve sufficient indoor air quality conditions -without the need for additional recirculation of air."(“仅仅通过新风系统的后冷却或热补偿来实现热舒适,无需额外的空气再循环。”)


打个比方,被动房就像是一只保温杯,无论是夏天装着冰水,还是冬天装着热水,它都能锁住内在环境温度,不使能量流失。而我们现在居住的普通住宅,就好比是一只玻璃杯,装入热水一会就会变凉,需要我们继续给它加温才能保持温度,这便是一个“主动”的过程,会消耗电气、天然气等能源。


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被动式低能耗建筑就是将自然通风、自然采光、太阳能辐射和室内非供暖热源得热等各种被动式节能手段,与建筑围护结构高效节能技术相结合建造而成的。


简言之,即要满足“采暖能量来自于自身”的要求,从而达到舒适的室内温度,满足“冬暖夏凉”的要求,不需要再安装供暖制冷设施“主动”提供能量。



02

被动房有什么特点?


了解了被动房的定义,那它的特点也是显而易见的,那就是——节能、舒适。


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节能这点毋庸置疑。被动式房屋能耗比现有节能住宅更低,充分利用可再生能源。从“被动式节能屋”的认证标准可以发现,它对能耗有非常高的要求:



  • 取暖/制冷能耗:不超过15kWh/(年m²)。

  • 综合初级能耗:不超过120kWh/(年m²),包括取暖/制冷、热水、家用电器等。超过以上能耗的部分,使用可再生能源。



以某被动式房屋项目为例,80000平方米的建筑面积每年可节约标煤547吨,减少二氧化碳排放1423吨,节约采暖费195万元。与传统供热系统相比,一个供暖季节可节约能耗30.53(KWh)/平方米,总体节能比例达到92%,大大高于现有的节能住宅。


除了节能,被动式住宅还有一大特点便是舒适。被动式房屋换气不少于0.6次/h(室内外压差50帕的状态下),保证房屋内的二氧化碳浓度能够在健康水平(1000ppm)。除此以外,被动式房屋还满足:


  • 室内温度20-26℃

  • 室内相对湿度在40-60%

  • 超温频率≤10%



03

被动房的基本原则



德国被动房为实现被动式节能,需要满足5项基本原则:


  • 通风热回收

  • 良好气密性

  • 超级节能窗

  • 良好保温性

  • 无热桥设计


“被动房”建筑强调在建筑能量需求边界上采取措施最大程度地降低建筑能量需求,最大程度的减少热损失,从而最小程度地依赖建筑能源系统,降低建筑的能源消耗。被动式超低能耗建筑的理念认为降低能耗的关键在于降低需求,而不是提高能源供应的数量和效率。



04

被动房需要主动能源系统吗?


从德国“被动房”定义来看,“被动房”并不是完全没有主动系统,除了高效率的主动式热交换通风系统外,“被动房”还可以通过地热能和太阳能等可再生能源的使用最大程度地减小一次能源的消耗,而这些系统在设计与运行中都会有“主动”设备的介入,少并不是没有。很多人常常把“被动房”与“被动式设计”混淆。


《被动式建筑设计技术与应用》一书中指出“被动式建筑设计”是指在满足室内舒适度要求的前提下,针对建筑节能的目标,利用自然方式,不需任何机械动力来降低能源消耗的设计方法,如自然通风、建筑遮阳、屋顶绿化、自然采光等。”



05

被动房≠被动式设计



“被动式设计”是“被动房”实现其技术理念的重点手段,其实在被动房的设计中,“被动式设计”与“主动式设计”兼而有之,不过它理念上更为强调“被动式设计”,弱化了“主动式设计”。被动房在德国本土及周边国家得到大力推广与国家级的认可,有其理念上的先进性但更得益于德国得天独厚的气候条件,我们来看一下德国某地的全年温度:


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夏季宜人的气温(20~22℃)使得德国绝大部分地区夏季几乎不存在冷负荷与湿负荷,这也使得德国的被动房主要解决的就是降低采暖能耗,夏季根本无需设计空调,德国很多地区的五星级酒店里也没有空调。下表是柏林某获得了“德国被动房建筑设计奖”的公寓,可以看到,该建筑冷负荷需求为0。被动房当然可以应用在干热地区或湿热地区,但是付出的技术代价与设计成本也会相应增加。


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06

被动房与主动房的区别


相对“被动房”理念,2006年,以丹麦、芬兰、德国、美国等国家的建筑师、工程师、建材企业、科研人员等为主,在布鲁塞尔又提出了“主动房”(Active House)的建筑理念。


“主动房”理念倡导建筑应该实现气候平衡、居住舒适、感官有没、具备充足的日光照明和新鲜的空气,即实现能耗效率与最佳室内气候之间的平衡,同时保证建筑以动态方式适应周围环境,实现碳中和。在这一理念指导下,建筑将自主生产能源,以可持续地利用资源,有效改善人们的健康水平和居住舒适度。


“主动房”与“被动房”相比,在强调降低建筑能量需求的前提下,更强调可再生能源在建筑中的应用。相比“被动房”,“主动房”的特征主要在于:


  • 把“舒适、健康、安全”作为建筑设计的主要指标,并提出“热舒适、湿度舒适、声学舒适、光舒适、室内新鲜空气”等较高的硬性指标进行设计指导;

  • 较之被动房,由于主动房不须限制主动采暖(或空调)系统的使用,在保证超低能耗(二次能源能耗)的前提下,达到目的的技术手段更丰富;

  • 主动房理念直接把建筑对环境方面的关联,设为能源荷载,进行定性的专门考量。


举个栗子:


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左边是“被动房”,右边是“主动房”,“主动房”跟“被动房”并不是完全对立,主动房也包含了一些“被动房”理念,比如气密性、较好的保温性能等,但是“主动房”更加关心居住者对建筑的“主动”控制,也因此具有更多自动化机械(暖通)系统帮助用户实现更高程度的舒适性,“主动房”也因此造价相对较高。


殊途同归,“主动房”和“被动房”理念的目标都是“低能耗建筑”,两者有着不同的适用条件,无法做出谁比谁好的普适判断。



07

被动房与零能耗建筑的关系


由于零能耗建筑实现上较为困难且成本高,欧洲目前公认更加广泛可实施的为“近零能耗建筑”(nearly zero energy buildings)。德国“被动房”就是一种“近零能耗建筑”。(除了德国的“被动房”,还有意大利的“气候房”以及瑞士的“迷你能耗房”均属于“近零能耗建筑”)



欧盟2007年7月9日发布《建筑能效指令》 ( Energy Performance of Building Directive Recast, EPBD )(修订版),《指令》要求成员国在2020年12月31日前所有新建建筑达到“近零能耗建筑”。


《指令》定义“近零能耗建筑”为具有非常高的能效的建筑。欧洲暖通学会联合会 ( REHVA ) 的Jarek Kurnitski等专家将“近零能耗建筑”进一步定义为:以各国实际情况为基础,在充分考虑节能技术成本效益比的前提下,其一次能耗>0kWh/(m²·a)的建筑。


近零能耗建筑设计技术路线为强调通过建筑自身的被动式、主动式的设计,大幅度降低建筑供热供冷的能耗需求,使能耗控制目标绝对值降低。