被動房是如何工作的？

被動房是一個世界級的節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)，是通過建立室內(nèi)與外界環(huán)境的隔絕狀態(tài)以避免能量損失的一種節(jié)能建筑。

隨著世界上城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市中建筑物密度不斷增加，緊緊依靠自然通風(fēng)已無法滿足建筑物的室內(nèi)通風(fēng)需求。為滿足建筑物室內(nèi)舒適度需求，為住戶提供足夠清新、衛(wèi)生的空氣，機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)逐漸成為建筑物建設(shè)與舊建筑物改造的關(guān)鍵。

隨著機(jī)械式通風(fēng)系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，被動房的初始概念逐漸形成——能否借助新風(fēng)系統(tǒng)解決建筑物的供暖、供冷問題？在通風(fēng)系統(tǒng)一物兩用可以節(jié)省設(shè)備投資的同時可大幅度減少空氣的再循環(huán)降低室內(nèi)噪音和空氣紊流。

被動房正是基于這一初始概念發(fā)展而來——為實現(xiàn)新風(fēng)供暖、供冷的目標(biāo)，供暖、供冷負(fù)荷必須控制在10W/m²以內(nèi)。

被動房定義

被動房不僅僅是一個建筑物能耗標(biāo)準(zhǔn)，它同時整合了最高水平的室內(nèi)舒適度需求。被動式建筑的確切定義為：

被動房是滿足ISO7730熱舒適標(biāo)準(zhǔn)的建筑，它通過滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量的新鮮空氣提供室內(nèi)供暖、供冷需求，且沒有附加的空氣再利用。

這是一個純功能性定義，不附加任何數(shù)值指標(biāo)，且適用于任何氣候區(qū)?？梢钥闯?，被動式建筑是一個基本概念而非隨意的標(biāo)準(zhǔn)，可以由任何人根據(jù)其原則進(jìn)行解釋。下述內(nèi)容對理解被動房的概念有所幫助：

除位于“幸運氣候帶”內(nèi)的建筑物，所有氣密性建筑需要高效通風(fēng)系統(tǒng)保證室內(nèi)的空氣質(zhì)量，被動房的通風(fēng)系統(tǒng)可與供暖（供冷）功能兼用，且無需增加額外的管道、技術(shù)性接口和輔助風(fēng)扇等設(shè)備、無超出保證空氣質(zhì)量需求的新風(fēng)。

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)提供保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的新風(fēng)

超低能耗自動隱含在其中:畢竟為保證空氣質(zhì)量的新風(fēng)供暖能力極為有限，無附加采暖設(shè)備僅僅依靠新風(fēng)采暖只可能在熱損失極低的建筑物內(nèi)實現(xiàn)。

為保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的人均新風(fēng)量需求為30m³/h，為避免產(chǎn)生塵埃及異味，新風(fēng)溫度需控制在50°C以下?？諝庠?0°C、正常氣壓下（室內(nèi)舒適溫度，ISO7730）的比熱容為0.33Wh/m²K，此時有：

30m³/hr/pers×0.33Wh/m³K×(50K-20K)=300W/pers

即滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量的新風(fēng)供暖能力為300W/pers，按常規(guī)居住建筑中人均居住面積30m²計，僅依靠新風(fēng)進(jìn)行供暖時的最大熱負(fù)荷為10W/m²——與氣候無關(guān)，該數(shù)值指年間熱量需要最大的時段，被動房的保溫級別和能耗水平取決于氣候條件，極端氣候條件區(qū)需要比溫和氣候區(qū)更高的保溫級別和較高的能耗。

供暖負(fù)荷特定值不等同于供暖能耗，由于具體的供暖能耗更容易統(tǒng)計監(jiān)測取得，為簡化被動房的認(rèn)證工作，認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中給出了15kWh/m²a的年度供暖能耗指標(biāo)。申請認(rèn)證時允許在供暖負(fù)荷指標(biāo)（10W/m²）和年度供暖能耗指標(biāo)（15kWh/m²a）之間進(jìn)行選擇。

事實上，15kWh/m²a的難度供暖能耗僅僅是一個基準(zhǔn)值，在中歐氣候區(qū)與10W/m²的供暖負(fù)荷基本相當(dāng)。但在斯德哥爾摩，10W/m²的供暖負(fù)荷相當(dāng)于的年度熱能耗約為20kWh/m²a，而在羅馬則遠(yuǎn)小于10kWh/m²a。

被動房的實際意義在于，在任何氣候區(qū)，能量消耗的服務(wù)對象永遠(yuǎn)是全人類——為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┦孢m的生活空間。被動房是一個功能性標(biāo)準(zhǔn)，不同的氣候環(huán)境下需要依靠建筑師的自由發(fā)揮建立不同的解決方案，建筑風(fēng)格和建造方法完全取決于氣候。那些建設(shè)在“幸運氣候區(qū)”的建筑永遠(yuǎn)是被動式建筑。

基本目標(biāo)

作為被動房，應(yīng)在滿足舒適性標(biāo)準(zhǔn)ISO7730《熱舒適環(huán)境——PMV和PPD的測定及條件》對熱舒適性的要求并保持室內(nèi)空氣的清新的基礎(chǔ)上，采取必要的措施滿足被動房認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中各項指標(biāo)。與現(xiàn)行的節(jié)能建筑不同的是，被動房更為強(qiáng)調(diào)實際監(jiān)測結(jié)果和住戶體驗，符合認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測結(jié)果和良好的住戶體驗是被動房取得并保持認(rèn)證的關(guān)鍵。

作為基本條件，被動房應(yīng)滿足下述舒適性指標(biāo)：

• 除特定業(yè)態(tài)的特殊需求外，室內(nèi)氣溫保持在20°C至25°C之間；

• 夏季過熱幾率hθ≤25°C≤10%；

• 室內(nèi)空氣CO2含量基本保持在優(yōu)良水平（≤800ppm）。

• 與此同時，被動房尚需滿足各項認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的指標(biāo)：

• 供暖、供冷負(fù)荷低于10W/m²，或按照供暖、供冷能耗計，年耗能不超過15kWh/m²a。

• 建筑物總能耗按原生態(tài)能源消費計算，控制在120kWh/m²a以內(nèi)。

• 對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性測試結(jié)果應(yīng)滿足n50≤0.6h^-1。

基本措施

原則上，被動房可以采取任何形式的保溫、節(jié)能措施，大量的建設(shè)實踐證明，通過保溫、氣密性和通風(fēng)熱回收等三個方面的措施可以將建筑物的能耗控制在一個極低水平，滿足被動房認(rèn)證的要求。

1良好的保溫

保溫是避免傳導(dǎo)熱損失的關(guān)鍵，被動房通過高效保溫層、高效保溫門窗形成連續(xù)的建筑物保溫外維護(hù)，阻斷室內(nèi)因外熱傳導(dǎo)所形成的熱傳導(dǎo)。

熱橋效應(yīng)隨著保溫層厚度增加而增強(qiáng)，被動房中的熱橋損失增大至與保溫層整體熱損失相當(dāng)?shù)牧考?，因此在被動房的保溫設(shè)計中無熱橋設(shè)計起著決定性作用。

2非同尋常的氣密性標(biāo)準(zhǔn)

良好的氣密性是被動房中減少無組織通風(fēng)和避免熱對流損失的必要措施，在被動房中，要求建筑物外維護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的氣密性，氣密性測試應(yīng)滿足n50≤0.6h^-1（正壓、負(fù)壓），對于大體量建筑還需考慮q50指標(biāo)。

圖3 被動房基本工作機(jī)理

3通風(fēng)熱回收

建筑物中，因通風(fēng)換氣引起的熱損失是巨大的，缺少高效的通風(fēng)熱回收，被動房10W/m²的供暖、供冷目標(biāo)將無從談起。在被動房中，通風(fēng)熱回收效率通常不得低于75%。

作為一名被動房設(shè)計師，應(yīng)正確理解并掌握被動房的工作原理和相關(guān)的建筑物理知識。

本文摘自建學(xué)叢書增刊《被動式建筑（被動房）》，綠色建筑研習(xí)社已取得本書連載授權(quán)，轉(zhuǎn)載必究。建學(xué)建筑與工程設(shè)計所有限公司致力于綠建及超低能耗建筑設(shè)計，現(xiàn)已建成和在建PHI認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)項目共4項。