【學(xué)員問題】被動(dòng)式建筑的最核心技術(shù)是建筑隔熱設(shè)計(jì)？

【解答】被動(dòng)式建筑（PassiveHouse）是由瑞典隆德大學(xué)的Mr.BoAdamson教授和德國達(dá)姆斯塔特房屋與環(huán)境研究所的Mr.WolfgangFeist博士在1988年提出來的，目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種不需要“采暖空調(diào)主動(dòng)供冷熱”的房屋，因此命名為“被動(dòng)式建筑”。1990年，世界首座被動(dòng)式建筑在德國達(dá)姆斯塔特（Darmstadt）建成。從此，以Mr.WolfgangFeist為首的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、氣候環(huán)境學(xué)家、材料學(xué)家及專業(yè)工程人員組成的科研團(tuán)隊(duì)，對(duì)被動(dòng)式建筑進(jìn)行了20年的系統(tǒng)研究與測(cè)試，形成了一整套技術(shù)和施工規(guī)范。

被動(dòng)式建筑最初并沒引起人們注意，但隨著2005年世界能源價(jià)格大幅上漲，被動(dòng)式建筑的獨(dú)特魅力越來越引起各國建筑、能源、環(huán)境界人士的注意，逐漸獲得了社會(huì)各方面的公認(rèn)，進(jìn)入2009年后，被動(dòng)式建筑逐漸成為歐洲主流建筑節(jié)能技術(shù)，并被部分歐洲國家確定為國家建筑標(biāo)準(zhǔn)或未來城市發(fā)展規(guī)劃，歐洲議會(huì)也提議歐洲新建建筑要符合“被動(dòng)式住宅”標(biāo)準(zhǔn)，包括美國、中國等各國在內(nèi)，越來越多的建筑專家逐漸認(rèn)識(shí)到：“被動(dòng)式建筑”節(jié)能技術(shù)是最合理且效果最明顯的建筑節(jié)能技術(shù)。被動(dòng)式建筑主要包括四個(gè)方面特點(diǎn)：

（1）建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用150-200mm以上厚度的外墻外保溫材料，靠室內(nèi)一側(cè)采用重質(zhì)建筑材料；

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)密閉性好；

（3）良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)；

（4）做好建筑朝向設(shè)計(jì)，采用三層玻璃窗戶與遮陽，以利于采用太陽能供熱。

其中，最重要的是第（1）條，它所反映的就是建筑物理學(xué)的建筑隔熱計(jì)算原理，這也是決定能否發(fā)揮“被動(dòng)式建筑”另幾項(xiàng)技術(shù)成效的最核心技術(shù)。看過國內(nèi)一些“被動(dòng)式建筑節(jié)能技術(shù)”資料介紹，許多研究材料只注意到厚厚的外保溫材料，卻忽略了其中更重要的：建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)室內(nèi)表面墻體要采用高蓄熱重質(zhì)建筑材料，如果脫離了這一條，就不可能實(shí)現(xiàn)“不需要采暖空調(diào)主動(dòng)供冷熱”的目標(biāo)。

被動(dòng)式建筑的主要技術(shù)思想是，一方面憑借高保溫隔熱與高密閉性的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，來抵御冬天室外低溫與夏天太陽輻射、室外高溫給室內(nèi)熱環(huán)境造成的影響；一方面是冬天充分利用太陽能采暖，夏天充分利用通風(fēng)給蓄熱墻體降溫。

（1）150-200mm以上厚度的外保溫材料與高密閉性圍護(hù)結(jié)構(gòu)，主要是用來抵御冬天室外低溫與夏天太陽輻射、室外高溫對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響。

（2）室內(nèi)墻體采用高蓄熱重質(zhì)建筑材料，這也是建筑隔熱設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵技術(shù)，憑借超厚外保溫材料隔絕室內(nèi)通過圍護(hù)墻體傳熱與外界環(huán)境的熱交換作用，內(nèi)部的高蓄熱重質(zhì)墻體，一方面可以在冬天吸收、儲(chǔ)存透過窗戶輻射進(jìn)室內(nèi)的太陽能，給室內(nèi)供熱。一方面在夏天夜晚低溫時(shí)，通過通風(fēng)散熱，儲(chǔ)存冷負(fù)荷，到了白天，可吸收室內(nèi)人體散熱和室外傳熱，使建筑室內(nèi)夜暖晝涼、冬暖夏涼。如果建筑室內(nèi)墻體缺少高蓄熱重質(zhì)建筑材料設(shè)計(jì)，即使采光很好，冬季也只能使白天室內(nèi)溫暖，并不能維持夜晚的室內(nèi)溫度。同理，如果室內(nèi)墻體不采用高蓄熱重質(zhì)材料，夏天的夜晚通風(fēng)只能使建筑室內(nèi)夜晚更舒適，并不能使建筑室內(nèi)白天也涼爽怡人。

被動(dòng)式建筑的這四項(xiàng)技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)，互相影響的，但關(guān)鍵要通過厚厚的外保溫材料內(nèi)的高蓄熱重質(zhì)材料而起作用。

（3）良好的通風(fēng)與高密閉性設(shè)計(jì)

被動(dòng)式建筑的通風(fēng)設(shè)計(jì)，一方面能將冬季白天太陽輻射入室內(nèi)的熱量，分散傳遞到其他室內(nèi)（北房），盡可能儲(chǔ)存更多熱量，另一方面在夏季夜晚，盡可能充分調(diào)動(dòng)室外涼爽空氣，給室內(nèi)高蓄熱墻體散熱，儲(chǔ)存冷負(fù)荷。被動(dòng)式建筑的高密閉性，既可以減少空氣滲透所導(dǎo)致的冷熱負(fù)荷損失，也是發(fā)揮其通風(fēng)設(shè)計(jì)的重要保證。

（4）良好的建筑朝向設(shè)計(jì)與三層玻璃窗戶及遮陽設(shè)計(jì)

冬天，可充分利用透過窗戶的太陽輻射給室內(nèi)供熱，同時(shí)，三層玻璃的良好保溫性能，又減少了窗戶的傳熱散熱。夏天，通過良好的遮陽設(shè)計(jì)，遮擋、反射室外太陽與高溫輻射。三層玻璃窗戶及遮陽設(shè)計(jì)，既利用了冬季太陽能，又防止夏季太陽輻射，還自然采光，這樣，建筑的朝陽面圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不但不必拘泥窗墻比，還應(yīng)該采用比較大的窗戶。

部分同行將被動(dòng)式建筑的太陽能采暖理解為光伏電池取暖，有的通過光伏電池和地?zé)醽韺?shí)現(xiàn)“零能耗”建筑，這種“零能耗”建筑如果沒采用150mm以上厚度的外保溫與高蓄熱內(nèi)墻體，即使供電量為零，但實(shí)際建筑能耗并不小，只是用光伏電池和地?zé)岽�替了電能，�?shí)際運(yùn)行成本也很高。

“被動(dòng)式建筑”的建造成本只增加5-10%，運(yùn)行能耗只相當(dāng)于普通建筑10-25%.若在“被動(dòng)式建筑”技術(shù)基礎(chǔ)上，再采用光伏電池和地?zé)?ldquo;節(jié)能”的“零能耗建筑”，才是真正的節(jié)能建筑。采用光伏電池，一般適合輸電成本較高的邊遠(yuǎn)地區(qū)分散建筑，不適合城市建筑。

總之，被動(dòng)式建筑的最關(guān)鍵技術(shù)是通過室內(nèi)高蓄熱墻體，將高保溫隔熱性能、高密閉性的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，與良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)、三層玻璃窗與遮陽、建筑朝向設(shè)計(jì)等節(jié)能技術(shù)有機(jī)地集合在一起的綜合建筑節(jié)能技術(shù)。

如果單從每項(xiàng)節(jié)能技術(shù)來看，德國被動(dòng)式建筑的這些建筑節(jié)能技術(shù)，也是國內(nèi)建筑節(jié)能技術(shù)所強(qiáng)調(diào)的，但如果外保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面墻體缺少高蓄熱性能材料，這時(shí)，單強(qiáng)調(diào)保溫、或提高建筑密閉性，不但不能發(fā)揮這些節(jié)能技術(shù)的綜合節(jié)能效果，有時(shí)甚至適得其反，如果建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)隔熱設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，反而可能出現(xiàn)所謂“建筑保溫性能越好，越耗能”“越密閉，越耗能”現(xiàn)象。按照某些建筑節(jié)能專家的說法，“外保溫材料相當(dāng)于夏天給建筑穿上了棉襖”，導(dǎo)致建筑室內(nèi)熱源熱量散發(fā)不出去，而增加建筑能耗。

這是因?yàn)閲鴥?nèi)多采用能耗模擬軟件來評(píng)估建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)，但能耗模擬軟件是針對(duì)24小時(shí)連續(xù)空調(diào)模式建筑開發(fā)的，計(jì)算的是室內(nèi)設(shè)定溫度條件下的建筑傳熱能耗，只考慮了墻體蓄熱性能對(duì)墻體傳熱的影響，未考慮間斷空調(diào)模式下，空調(diào)關(guān)閉通風(fēng)時(shí)，室內(nèi)溫度低于空調(diào)設(shè)定溫度時(shí)，所引起的建筑墻體傳熱模式變化與建筑墻體蓄熱變化對(duì)建筑能耗所形成的影響。例如，150mm厚外保溫材料內(nèi)的重質(zhì)墻體材料，在通風(fēng)作用下，能儲(chǔ)存大量冷負(fù)荷，對(duì)節(jié)約建筑能耗能產(chǎn)生極大影響。但用能耗模擬軟件模擬計(jì)算，保溫材料有50mm厚就節(jié)能了，再厚就沒有明顯節(jié)能效果了，而有的建筑能耗模擬軟件，甚至?xí)�得�?ldquo;南方建筑保溫越好，越耗能”的計(jì)算結(jié)論。

這是因?yàn)?4小時(shí)連續(xù)空調(diào)模式下的建筑能耗模擬計(jì)算軟件，無法體現(xiàn)空調(diào)關(guān)閉狀態(tài)下，室溫低于空調(diào)設(shè)定溫度條件下的通風(fēng)，所形成的墻體蓄熱變化對(duì)建筑能耗的真實(shí)影響，所以，若用建筑能耗模擬計(jì)算軟件指導(dǎo)間斷空調(diào)模式下的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)，能耗偏差非常大。所以，建筑能耗模擬計(jì)算只適用于24小時(shí)連續(xù)空調(diào)模式下建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，不適用于每天空調(diào)只開十幾個(gè)小時(shí)的間斷空調(diào)模式建筑節(jié)能設(shè)計(jì)。

依照有的能耗模擬軟件，建筑內(nèi)部墻體要采用低蓄熱墻體才節(jié)能，其實(shí)這一條只適用每天只使用幾小時(shí)的會(huì)議室，或者外保溫性能很差的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)外保溫性能較好的建筑或使用時(shí)間超過十幾個(gè)小時(shí)的建筑是不適用的。

德國被動(dòng)式建筑節(jié)能技術(shù)本質(zhì)是依據(jù)建筑物理（建筑熱工）原理開發(fā)的，依據(jù)的是冬季建筑保溫計(jì)算與夏季建筑隔熱計(jì)算理論。根據(jù)冬季建筑保溫計(jì)算，保溫材料越厚，墻體傳熱能耗越小。

建筑隔熱設(shè)計(jì)理論主要是針對(duì)自然通風(fēng)條件下的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工節(jié)能設(shè)計(jì)，BEED建筑熱工節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算軟件圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計(jì)計(jì)算所體現(xiàn)的建筑節(jié)能原理是：在夏季白天室外溫度較高時(shí)，外墻外保溫越厚，越密不透風(fēng)，越有利于阻止陽光把圍護(hù)墻體曬熱，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)重質(zhì)建筑墻體導(dǎo)熱性能要越大越好，這樣，在夜晚室外溫度較低時(shí)，通過建筑室內(nèi)良好的通風(fēng)散熱，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)重質(zhì)墻體導(dǎo)熱率越高，越有利于發(fā)揮建筑內(nèi)墻蓄熱性能，儲(chǔ)存盡可能多的冷負(fù)荷，在白天室外溫度升高時(shí)，關(guān)閉窗戶，利用室內(nèi)墻體蓄存的冷負(fù)荷，來吸收室內(nèi)外熱源散發(fā)的熱能，來維持室內(nèi)溫度穩(wěn)定。

建筑隔熱計(jì)算既適用于非空調(diào)建筑的夏季隔熱要求，也適用于每天空調(diào)只開十幾個(gè)小時(shí)的間斷式空調(diào)建筑隔熱要求，即使在24小時(shí)連續(xù)空調(diào)模式下，仍然能發(fā)揮隔熱設(shè)計(jì)的阻熱蓄冷作用，如在室外溫度低于空調(diào)設(shè)定溫度，空調(diào)自動(dòng)關(guān)閉時(shí)的通風(fēng)散熱，，這時(shí)的室內(nèi)重質(zhì)墻體仍能起到儲(chǔ)存冷負(fù)荷的作用，但能耗模擬軟件卻不能體現(xiàn)空調(diào)關(guān)閉，室溫低于空調(diào)設(shè)定溫度條件下，通過通風(fēng)降低墻體蓄熱所儲(chǔ)存的冷負(fù)荷。

建筑隔熱設(shè)計(jì)計(jì)算則綜合考慮了夏季建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面太陽輻射吸收系數(shù)、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外保溫設(shè)計(jì)、建筑墻體內(nèi)部蓄熱墻體設(shè)計(jì)、自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的綜合節(jié)能技術(shù)。依據(jù)建筑隔熱計(jì)算，建筑外保溫材料厚度在150mm以內(nèi)變化，對(duì)建筑內(nèi)表面最高溫度影響都比較大，外保溫材料厚度超過150mm以上，再繼續(xù)提高外保溫材料厚度，對(duì)降低建筑內(nèi)表面最高溫度才越來越不明顯。但依據(jù)建筑能耗模擬計(jì)算，建筑外保溫材料厚度在50mm以內(nèi)變化，對(duì)建筑能耗影響較大，超過50mm以上，對(duì)夏季空調(diào)建筑能耗影響就不明顯了。

此外，保溫材料厚度還與能源價(jià)格有關(guān)，如果按九十年代初的能源價(jià)格，保溫材料超過50mm厚，可能就不劃算了，但如果按照2008年以來的能源價(jià)格計(jì)算，即使150mm厚也是值得的，德國被動(dòng)式建筑把保溫材料做成150-200mm以上厚，是考慮到未來能源上漲，這是很有遠(yuǎn)見的，因?yàn)楸�溫材料�?0mm增加到200mm，增加的建造成本連零頭都不到，但所節(jié)約的建筑能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于增加的建造成本。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)密閉性與良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)是建筑隔熱設(shè)計(jì)的最基本要求，只有在密閉性建筑里，較厚的建筑保溫與通風(fēng)設(shè)計(jì)才有意義，使建筑能在真正需要通風(fēng)的時(shí)候通風(fēng)，如在夏季夜晚室外溫度較低時(shí)通風(fēng)蓄冷，在冬季中午利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)重質(zhì)內(nèi)墻蓄熱，良好的通風(fēng)可使建筑蓄熱內(nèi)墻儲(chǔ)存更多的冷負(fù)荷，或者熱負(fù)荷。但在不該通風(fēng)的時(shí)候，則要密不透風(fēng)，如夏季白天酷熱的時(shí)候、冬季夜晚寒冷的時(shí)候，密閉性好能明顯減少室內(nèi)冷熱負(fù)荷損失。

結(jié)論與建議

總之，被動(dòng)式建筑的最核心技術(shù)是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計(jì)，一方面要設(shè)計(jì)150-200mm厚的外墻外保溫材料，另一方面，圍護(hù)結(jié)構(gòu)靠室內(nèi)一側(cè)墻體要采用鋼筋混凝土等重質(zhì)高蓄熱墻體材料，通過外墻外保溫材料與室內(nèi)高蓄熱墻體，才能將良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)、三層玻璃窗與遮陽、建筑朝向設(shè)計(jì)等建筑節(jié)能技術(shù)有機(jī)地集合在一起，形成高效、低成本的綜合建筑節(jié)能技術(shù)。

建議：在實(shí)施建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將《民用建筑熱工規(guī)范》50176-1993規(guī)定的最低隔熱指標(biāo)——建筑內(nèi)表面最高溫度再降低2℃。然后采用三層玻璃窗戶與遮陽設(shè)計(jì)，同時(shí)做好適當(dāng)?shù)呐涮淄�風(fēng)設(shè)計(jì)，核心目的是使建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能適應(yīng)建筑室內(nèi)冬季采暖與夏季隔熱的不同設(shè)計(jì)需要。