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被动式建筑
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被动式建筑:“浪潮”来临

时间:2014-10-23 22:35:28   作者:匿名编辑   来源:绿建之窗   阅读:662  
内容摘要:被动式建筑:“浪潮”来临1.被动式建筑的提出与特征1.1什么是被动式建筑是指采用各种节能技术手段,构造最佳的建筑围护结构,极大限度地提高建筑保温隔热和气密性性能,使热传导损失和通风热损最小化。同时,在不需要外加空调设备的情况下,基本上依靠被动收集来的热量,比如依靠太阳、人体、家电...

1.被动式建筑的提出与特征


1.1什么是被动式建筑

是指采用各种节能技术手段,构造最佳的建筑围护结构,极大限度地提高建筑保温隔热和气密性性能,使热传导损失和通风热损最小化。同时,在不需要外加空调设备的情况下,基本上依靠被动收集来的热量,比如依靠太阳、人体、家电及热回收装置等带来的热能,而不需要主动热源的供给来保持建筑内冬天和夏天舒适的室温。

被动式建筑可以用非常小的能耗将室内调节到合适的温度,非常环保,所以被认为是目前世界上最先进的节能建筑之一。

被动式建筑不仅适用于住宅,也适用于办公建筑、学校、幼儿园、超市等。只有经过权威组织认证的才是真正意义上的被动式建筑。


1.2被动式建筑的起源;哪里

被动式建筑的概念最早源于瑞典隆德大学的Bo Adamson教授和德国达姆施塔特房屋与环境研究所(Institut fo Wohnen und Umwelt)Wolfgang Feist博士在19885月的一次讨论。通过一系列的研究和德国黑森州政府的资助,被动式房屋的概念才逐步确立起来。


1.3被动式建筑能解决什么矛盾

被动式建筑不仅节约了居住成本,也解决了节能减排与居住舒适度之间的矛盾。特别是取暖降温采用耗煤耗电的地区,适用性更好。德国被动式建筑大师隆恩教授曾一言以蔽之:被动屋就是在冷的情况下解决热的问题,在热的情况下解决冷的问题。


1.4被动式建筑会不会成本太高

不同地区有不同的成本,但如果在最开始设计时就考虑好=的经济性与实用性,就很容易实现,并不是很昂贵。一般而言,许多地方的被动式建筑成本比普通的要高5%~10%;在德国比较寒冷的地区,也仅比传统房屋高出最多不超过20%,但是节能效果非常明显,比如每平方米每年的取暖能耗为15千瓦,仅为普通房屋的1/10。被动式建筑虽需额外投入成本,但这样的建筑成本与每年可节省的油、电、气等资源费用综合比较,则用不了几年就;以收回多投入的成本。


1.5与普通建筑和其它节能建筑的区别在哪里

从外表看,它和一般建筑没什么区别,但被动式建筑最显著的特点有三个:第一是非常好的隔热性,第二是非常好的气密性,第三是低能耗。被动式建筑只需要普通建筑约10%左右的能源。

最鲜明的低能耗特征,主要就是通过高隔热隔音、密封性强的建筑外墙和利用太阳能、地热能等可再生能源等实行被动式采暖和制冷,且几乎不与外界进行热交换,隔热性能更强,从而最终实现低能耗。有资料显示,经过权威认证的被动式建筑,比目前普通的建筑可节能80%以上。与其它节能建筑相比,由于大多采用被动式建筑节能技术,即以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术,如在建筑规划设计中通过对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等,来实现建筑需要的采暖、空调、通风等能耗的降低。与通过机械设备干预手段为建筑提供采暖空调通风主动式技术相比,具有更明显的低能耗优势。


2.被动式建筑只是一个类型,并不是一个工艺方法


2.1被动式建筑有无地域限制


被动式建筑在绝大部分地区都可以实现,但要根据不同区域的气候、地形等特点,采用不同的技术与形式。比如在哈尔滨,跟北京、上海、重庆、兰州、深圳等地是不一样的;跟国外如德国、东南亚等,就更不一样。总的来说,较寒冷地区的效应更为显著。


2.2被动式建筑是否可直接“复制”

被动式建筑在不同地区直接拷贝应用是不可行的,因为每个地区都有自身的气候条件,同时还要根据各个地区不同的建筑传统,和自身特有的建筑材料结合起来。比如在中欧,根据当地地区的气候和建筑传统,特别是保温、窗户、遮阳的节点设计,采用符合当地特点的建筑标准设计。

而在我国海南,当地有一种用来制作房盖的草,该草具有防腐、抗烂、遮阳效果特别好(太阳晒不透)、廉价等特性,完全可以达到被动式建筑建设的要求。被动式建筑不是高科技技术与昂贵材料的堆砌,而是可以做到真正的普及,让公众消费得起的。


2.3被动式建筑的建筑理念

第一,因地制宜。

无论寒冷地区还是温暖地区,都应该根据当地的气候条件。不同地区在选择房屋的建筑结构材料以及用量上会有所差异,在寒冷地区更强调墙体、保温层厚度,而在炎热地区c更注重制冷方法,例如遮阳、窗户通风以保证在夏天也能保持舒适的室内环境。任何被动式建筑的个性特点都要依据当地的气候条件进行优化,并符合当地的建筑传统。

第二,更舒适,更节能。

被动式建筑追求的是,在低耗能条件下,得到极为舒适的生活环境。杰出的保温墙体、隔热外围护、创新的保温门窗技术、高效的建筑a风、电器节能热回收装置等,都是被动式建筑的主要组成部分,也是解决能效的基础。


3.被动式建筑的主要标准和实施手段


3.1被动式建筑的核心标准g哪些

按认证机构的要求

1.能耗需求标准是15千瓦小时每年每平方,即保持室内温度在22-26℃的恒温区间内,制热和取暖需求为每n每平方消耗不多于15度电。

2.采暖(制冷)、生活热水和家庭用电的年一次能源消耗≤120kWh/(m2.a)

3.气密性:n500.6/h。此外,还要求保证内墙不结露、发霉,窗户内表面无结露f现象。


3.2被动式建筑的基本措施

1采用被动式建筑节能技术

所谓“被动式建筑节能技术”,具体是指在建筑规划设计中,通过对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等,来实现建筑需要的采暖、空调、通风等能耗的降低。相对“被动式”技术的是主动式技术,即指通过机械设备干预手段为建筑提供采暖、空调、通风等舒适环境控制的建筑设备工程技术;主动式节能技术则指在主动式技术中以优化的设备系I杓啤⒏咝У纳璞秆∮美词迪纸谀艿募际酢

2t外围护结构

一般而言,隔热、保温层比较厚。

3优越的窗户性能

一般而言,在正负压检测时,对窗的气体流失有严格要求。因为如果密封不好,会产生冷热气体对流,从而造成热量流失。被动式建筑采用高标准的窗框与玻璃体系,具o优越的密封性能。外窗采用三层玻璃窗 惰性气体 特殊的玻璃。并有特定的窗户指标。

4建筑结构无热桥

围护结构中的一些部位,在室内外温差的作用下,形成热流相对密集、内表.温度较低的区域。这些部位成为传热较多的桥梁,故称为热桥(thermal bridges),有时又可称为冷桥(cold bridges)

所谓热桥效应,即热传导的物理效应。由于楼层和墙角处有混凝土圈梁和构造柱,而混凝土材料比起砌墙材料有较好的p传导性(混凝土材料的导热性是普通砖块导热性的24),同时由于室内通风不畅,秋末冬>室内外温差较大,冷热空气频繁接触,墙体保温层导热不均匀,产生热桥效应,造成房屋内墙结露、发霉甚至滴水。

被动式建筑的无热桥建筑结构可以避免c述现象的发生。

5换气系统

主动通风(逆流空气/空气热交换)提供了高质量的空气,同时利用在排废气中至少75%的余热对抽进的新风加热,此时废气和新鲜空气并没有混合。因为被动式建筑的密封性能非常好,可以让空气变换最优,严格控制在0.4/h(每小时空气交换率)。而室外新鲜冷空气,通过绿色的管道线路,首先进入室内能量回收通风系统的核心控制部件;同时室内含有一定热量的废气,通过黄色的管道线路,也汇集进入室内能量回收通风系统的核心控制部件。能量回收通风系统将废气中的大部分热量留住,加热进入室内的新鲜空气。预热的新鲜空#通过管道线路送到各个房间。热量回收之后的废气通过管道线路排到室外。

此外,室内能量回收通风系统、太阳能热水系统 锅炉热水系统 地暖系统 散热器采暖 生活热水——可形成热水交换存储混合系统。


4.国内外被动式建筑的发展情况


4.1被动式建筑在欧美

1991年,最早一批被动式建筑在德国达姆施塔特建成。之所以叫“被动屋”,是因为这种建筑采取了特殊设计,使得室内取暖主要来自“被动源”,如太阳光、室内电器的散热i及居住者本身散发的体温。

“被动屋”的墙壁可达50厘米厚,中间10厘米为实墙层,实墙的内外层各20厘米,均为隔热纤维材料。窗户也改过去的两层隔热玻璃为三层,并在夹层中充氩或氪等稀有气体。

为实现节能目标,“被动屋”采用>“可控室内通风装置”,使室内废气中的80%以上可以转换为热能,同时,室外的新鲜空气经过滤后进入室内。室内几乎没有灰尘,一年四季都有“春天般的空气”,许多用户感觉“完全与五星级宾馆房间一样”。由于空气流动和墙体保温,房屋内的物品也绝不会发潮、生霉。“被动屋”冬天也可以借助地热进行辅助供暖,耗电量很小。1996年冬天,德国奇冷,但即使没有这样的热能泵,20平方米的房间只要安装两个75瓦的白炽灯,室温仍可达到20摄氏度,而此时室外温度为零下14摄氏度。换句话说,只需一个吹风机的用电量,即可满足整个房屋的取暖要求。

1996年“被动式节能屋研究所”(Passivhaus-Institut)在达姆施塔特成立,该所致力于推广和规范被动式房屋的标准。此后有y来越多的被动式房屋落成。

作为被动式建筑的诞生地,所以德国的探索与实践也最为前沿。一般而言,这类建筑往往使用超厚的隔热材料和复杂的门窗,主a通过住宅本身的构造来达到高效的保温隔热性能,并利用太阳能和家电设备的散热为居室提供热源,减少或不使用主动供应的能源。即便是需要提供其它能源,也尽量采用清洁的可再生能源。他们采用的被动式建筑节能技术主要是通过150200mm厚的建筑外墙外保温,三层玻璃等保温、遮阳系列措施来降低建筑围护墙体传热能耗,同时再1过围护墙体蓄热设计来提供冬夏两季的冷热源,例如夏季每天凌晨28时通过通风给围护墙体蓄冷,冬季则白天通过射入窗户的阳光给室内墙体蓄热。

被动式建筑的新型设计采用了精巧的中央通风系统,进气管和排气管并排装置,过热的废气在排出的同时,把清洁的冷空气又引进来,热交换效率可高达90%。现在,“被动屋”主要建在德国、奥地利和瑞士,这3个国家共有8000多幢“被动屋”已投入使用。但在英国、瑞典等,被动式建筑也取得了很大的成就。而在大洋彼岸的美国,伊利诺伊州的史密斯屋建于2002年,这是美国第一栋由被动屋研究所评鉴的建筑物。建筑师就是业主克林根贝尔格描述这栋屋子为:“简单的单坡屋顶房,它的六个面至少达到R56的隔热标准”。同时他进一步介绍道:“它的成本并不比一般的房屋高,至少比第亲德国被动屋低。”四年之后在明尼苏达州建成了瓦尔德希生态园,这是由德国联邦环境基金会与康考迪亚语言村合作,是美国的第一座由被动屋研究所正是颁给被动屋认证的建筑物。与按明尼苏达州标准建造的房屋相比,它所需要的能量只有前者的11%——这意味着能耗的使用,有着十倍级的改善。

1991年第一座被动式建筑建成以来,它所采用的技术已经在一系列的建筑中得到了应用。这些房屋都具有高效的隔热层、隔热窗、热回收功能。第一座符合被动屋的办公楼在1998年建成,第一批学校和工厂在2001年继之完成。截止至2010年,仅在德国就有13000多座被动式节能屋投入了使用,而在2012年,全世界已有37000多座,其类型有独栋房屋、公寓、学校、办公楼、游泳馆等。特别是多层建筑,更能体现它的优势,例如位于Innsbruck的能容纳354个住户的“Lodenareal”项目,是世界上最大的被动式建筑。据欧盟的i新规定,2020年以后,所有新建房屋如果不能达到被动式建筑的标准,将不予发放开工建设许可证。


4.2被动式建筑在国内

被动式建筑的优势在国内受到重视。去年1024日,由住建部科技与产业化发展中心主办的中德“被动式低能耗建筑专题研讨会”在北京召开。会议邀请了德国被动式建筑的相关专家和国内一些知名企业参加,加强了中外企业间的沟通交流,促进了行业的发展。在不久前召开的河北省被动式超低能耗绿色建筑示范建设暨建筑保温与结构一体化技术推广应用会上,更是传出令人振奋的信息:今年该省规划每个设区市和定州市、辛集市,都要谋划建设13个被动式超低能耗绿色建筑示范项目;2015年每个设区 和定州市、辛集市,至少开工建设1个以上示范项目。

总体而言,北方地区的黑龙江省等部分企业走在了我国该领域的前沿,无论是项目实践、产品技术创新还是自主科研,都取得了丰硕成果。如早在2011年,黑龙江辰能房地产开发公司就开展了中德合作被动式——超低能耗合作项目实践——辰能?溪树庭院。这是当时中国仅有的两个中德合作“被动式”节能建筑示范项曛一。而河北省业已竣工的秦皇岛“在水一方”中德合作被动式超低能耗绿色建筑示范节能率高达92%,中德合作的河北省建筑科技研发中心科研楼被动式超低能耗绿杲ㄖ示范节能率亦为90%。经测算,“在水一方”8万多平方米被动式超低能耗绿色建筑示范项目与传统建筑相比,年节约标煤998吨,减少二氧化碳排放2595吨,节约采暖费195万元。最近刚刚完工的新疆乌鲁木齐市的“幸福堡”综合楼被动式建筑,也采用了中德合作技术,成为全疆乃至西北地区第一个以德国标准建造的被动式建筑的标杆。“幸福堡”外墙保温层传热系数约为常规节能建筑的1/3,窗户的传热系数渤9娼谀芙ㄖ低50%以上,过滤排除空气时还可保留75%以上的热量。此外,“幸福堡”还通过太阳能应用、新风余热回收、遮阳、立体绿化等节能措施,大幅降低建筑能耗,节能率达到85%以上,仅为常规公共建筑能耗的20%左右。

除了北方n地处江南的,由南京房企朗诗集团、德国被动房研究所、德国能源署合作,在浙江省长兴县联合建造的南京首栋被动房节能建筑已经建成。这栋名叫“布鲁克”的绿色精品酒店,建筑面积约2.5万平方米,它根据长三角地区冬冷夏热的气候特点,使用超厚的绝热材料和优质的门窗结构,通过住宅本身的构造达到高效的保温隔热性能,并利用太阳能和家电设备的散热为居室提供热源,极少或基本不使用“主动”能源。

基于被动式建筑开发的被动式建筑材料和能源环境系统在我国也取得了部分突破。比如2012年国内窗企森鹰集团与德国“被动式节能屋研究所”合作,研制出一款符合被动式房屋用窗标准的产品。该窗的窗框体采用超级保温复合框体,玻璃采用三玻两腔结构(LOW-E、双暖边、充氩气),使其具有超强的保温性能。而国内知名企业清华同方推出的被动式建筑能源环境系统,采用热回收技术、低温空气源热泵技术和空气过滤等多功能空气处理技术,不仅实现了夏季制冷、冬季制热、提供生活热水等功能,还能有效控制室内温度,并可以全天候不间断输送新风,同时将空气流动所产叩幕页尽⑽廴疚锝档阶畹停蝗然厥招率达到75%以上。上述材料与系统,已成功运用于中德合作的被动式建筑示范项目之中。


4.3汉堡之家

2010上海世博会的德国体验馆“汉堡之家”城市实践区,是在中国境内第一座根据德国标准设计和建造的“被动式房屋”,其外形如对着四个方向打开的“抽屉”叠放在一起。它充分利用了“被动式”能源,例如人体的体温、太阳能、地热/冷等,每平方米的年能耗仅为50kw/h,仅仅是德国标准房屋平均能耗的约七分之一。

夏季,建筑通过设在地下一层的地源热泵产生1618℃冷水从而获得降温所需的能源;冬季,同样通过抽取e下暖水以达到10w/m2的热能供应;同时,安装在楼顶的约360平方米的太阳能光伏电板可满足建筑室内55%的电力需求。

汉堡之家在整个上海世博园区中,其节能标准是最高的,它具有鲜明的“被动房”特点,第一是它本身具有非常良好的隔热性,第二是有非常良好的气密性。为t免能源的损耗,它的外墙保温层就有二十公分厚,墙体用砖表面上看与一般红砖无异,但隔热保温性能极好;其玻璃幕墙还有窗框等等都是从德国进口的,它是特供被动房使用的,达到被动房认证标准的一个建材,比如都是三层玻璃,里面充有惰性气体,窗框的边缘都是保温性、气密性特t高的一种建材。考虑到上海地区冬冷夏热的气候特点,设计人员将玻璃幕墙安装在“汉堡之家”北面,西面和南面则安装特制的窗户,能根据阳光的照射情况自动开关,从而更好地隔热。

此外,汉堡之家还有两大机电设备,其中一个最大的就是新风系统和地源热泵系统,是两大主要能源的支持系统。新风系统就为整个房子提供新鲜的空气、降温以后的冷空气,从而在夏天这样的高温下还能保持空气的新鲜和凉爽度。而地源热泵装置则为整个建筑的制x和供暖供给能量。地源热泵系统就通过水的载体,通过埋在混凝土里面或者上下天花板里面的水管把地下水打上来,然后流进整个馆里面从而使整个房子降温,在夏天如此高的温度下还能保持一定的凉爽和舒适度。“汉堡之家”每平方米一年消耗相当于50度电的能量,仅相当于普通办公楼的1/4。它在屋顶上安装的光能利用设备可以提供建筑所需电能的90%


5.开启节能建筑建设新“起搏器”

被誉为世界上最节能的建筑——“被动式建筑”在欧美已蓬勃发展,欧盟甚至规定,2020年后所有新建的建筑,都必须符合“被动式建筑”的标准:“被动式建筑”进入我国后,也得到了住建部和一些省市地区的重视。被动式建筑不仅居住舒适,最大的益处是建筑能耗少,而且成本增加极其有限,其技术体系很容易实现。而我国作为一个能源消耗大国,正面临着日益严峻的能源和环境挑战。有资料显示,我国建筑的建造和使用所产生:总能源已占全社会总能耗近三分之一,持续增长的建筑能耗已成为我国经济发展的沉重负担。在此背景下,全面推广“被动式建筑”,无疑将会很好地缓解我国能源紧张的矛盾,也是走资源节约型、环境友好型道路的战略选择,更是实现我们行业转型升级的极佳途径。

“被动式建筑”之所以从诞生到今天,短短十多年时间的快速发展,既是受迫于全球范围日益紧张的能源形势,也得益于与人们所倡导的绿色生态、舒适环保、节能减排、使用清洁能源的生活理念所深深契合,同时也破解了社会发展的一些难题。显然,采用“被动式建筑”,其综合的节能效益会远远高于增加的建筑成本。

欧美一些国家在“被动式建筑”的实践中,已形成了不少专业知识和技术,也制定了一些法规。随着我国新型城镇化建设的逐步推进,建筑业发展的空间巨大,对节能建筑的推广潜力也非常大。当务之急我们还是要从政府和市场两个方面,统一认识,尽快深入细致地研究“被动式建筑”推广的条件,并加大按力度,让社会各界认知和接受这一“新生事物”。同时,我们要尽快学习、掌握和借鉴“被动式建筑”的专业知识、关键技术和其它经验,特别是要结合我国不同地区气候、地理等环境的不同,探索、寻求有效的,符合当地实际情况的技术推广平台和整体解决方案,多做一些项目的试点坝氪送时,制定一些符合当地实际的建筑能耗规划,以及实施标准。同时,相关主管部门和社会力量多组织一些专题讲座,提供咨询与指导;多举行一些赴示范项目观摩考察的活动,对相关技术手段展开多层次的交流。由于被动式建筑采用的大多是并不高昂的技术和成本,所以市场的需求扒绷将会是极其明显的。当前形势下,推动“被动式建筑”的研究与发展,不仅引领着城市建设和开发的方向,而且对建筑业而言,也有利于改变传统的粗放式的生产方式,有利于促进能源资源的节约和合理利用。因此,“被动式建筑”为建筑行业发展整体跨越开启了新的“起搏器”。


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