“被動房”的設計要點

許曉琴

(山西晉設拓凡建筑設計咨詢有限公司，山西太原030013)

1 工程概況

樂陵市三館一體化建設項目由檔案館、博物館、圖書館三館呈品字型布局，通過室外連廊連為一體，博物館居中，檔案館、圖書館分列南北兩側。項目總建筑面積：1.38萬m2。

2 被動式建筑方案設計

本項目根據《山東省被動式超低能耗綠色建筑示范工程項目與項驗收技術要點(試行)》；公共建筑能耗水平應比GB 50189—2015公共建筑節能設計標準低60%或節能率達到85%以上；年總一次能源需求不大于120 kWh/(m2·年)的要求進行設計。本項目設計利用院、廊圍合形成組建筑，建筑形體簡潔，有效利用自然通風，便于被動式建筑節點設計,還控制減小了體型系數；立面形式結合建筑功能與建筑美學，考慮到被動式超低能耗建筑會設置比較厚的保溫層，選用外墻涂料飾面，這樣會減少熱橋的產生，也會簡化施工和降低成本。外窗形式為豎直細長形式，不同朝向不同的窗墻比設計，考慮自然采光與減少傳熱。整個設計優化圍護結構設計參數，以能耗目標為導向，將建筑能源需求降到最低。

2.1 氣候特征影響

樂陵市屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明、冷熱干濕界限明顯，具有顯著的大陸性氣候特征。根據樂陵市氣候的特點，被動式建筑方案主要考慮夏熱冬冷，降低采暖能耗的同時充分考慮夏季遮陽措施；在夏季雨量充沛適合植物生長，考慮做立面綠化；太陽能資源較豐富安裝太陽能光伏板；晝夜溫差相對較大，使用機械通風，并利用夏季夜晚及過渡季自然通風。

2.2 設計原則與措施

1)設計原則——精準考察氣候，實現被動節能，利用自然饋贈，促進資源循環，汲取傳統匠心，集合多重功能。

2)措施類別——外圍護結構、通風、供暖供冷與熱水系統要做到守熱、防熱、用熱措施。

a.守熱措施：

被動式外墻保溫系統：外墻保溫系統是最經濟有效的綠建措施之一。本項目外墻外保溫采用300(250)厚巖棉板保溫層。

被動式外窗：建筑外圍護結構的保溫性與氣密性，門窗的細節設計很重要。不同朝向的開窗面積和疏密根據氣候特點決定。接受夏季太陽輻射高的面(東西面與屋面)開窗盡量少，降低空調能耗；接受冬季太陽輻射高的立面(南面)開窗盡量多，降低采暖能耗。在窗洞面積確定的前提下，兼顧窗戶的堅固性，窗框占窗戶面積的比例越小越好；同等面積的窗洞分劃越少越好，這樣就是在保證足夠堅固性的前提下降低窗框面積比例，進一步降低外窗的傳熱系數。本項目外窗采用三玻兩腔充氬氣Low-E鍍膜玻璃，兼顧保溫與得熱。

無熱橋設計：由于被動式建筑對外圍護結構的氣密性有極高的要求，并且主張使用經過精細規劃的機械通風，所以熱橋對被動式建筑的影響更加顯著，此次設計需要更加嚴格控制熱橋的產生與數量，即建筑外圍護結構必須滿足無熱橋設計的要求。本項目建筑具體節點設計如表1所示。

表1 建筑具體節點設計

通風系統：被動房通風的基本原則類似于自然通風的“穿堂風”。主要的功能空間輸入新鮮、溫度和濕度恰當的新風。新風經過走廊等過渡空間，最終進入設備間、衛生間等建筑中空氣要求不那么高的空間，并在那里被吸入排走。通風系統的核心是熱交換系統。冬季，可在不混合排風和新風的前提下，回收排風至少75%的余熱對抽進的新風進行加熱；夏季則可以反過來進行冷回收。

b.防熱措施：

透明門窗遮陽措施：活動外遮陽百葉是本項目被動房主要的夏季隔熱措施。采用活動卷簾做外遮陽，有效阻擋夏季過熱的陽光直射。除了室外百葉之外，在博物館與圖書館的門窗遮陽措施中，還包括橫向與豎向遮陽板的應用。

建筑實墻部分的遮陽：建筑實墻部分的保溫雖然可以阻隔室外空氣的熱量，但可達1 000 W/m2的太陽輻射可以把建筑外墻和屋頂外表面的溫度加熱到70 ℃。這時，即使外保溫層性能很好、很厚也只能把外表面的70 ℃降低到內表面的40 ℃，原本應保持25 ℃的室內氣溫就會受到外圍護結構的烘烤，導致空調能耗急劇上升。因此建筑外墻及屋頂也應做遮陽處理。

非透明外圍護結構遮陽措施遮陽設計：本項目采用立面板材遮陽、立面結構層遮陽、連廊遮陽、爬藤綠化遮陽、屋頂光伏板遮陽。在建筑外保溫層之外，還有一層不主體脫離的外遮陽板，能夠很好地降低夏季陽光直射下墻體保溫層的外側溫度；與立面保溫相脫開的磚立面，不僅具有外觀上的作用，同時也能夠降低保溫材料外側的溫度；連廊的設置也起到了遮陽作用；在庭院內側柱廊的基礎上，采用垂直爬藤綠化遮陽，阻擋陽光直射建筑表面；而冬季植物落葉后又不影響建筑太陽得熱，使建筑冬暖夏涼；在屋頂上采用光伏板作為頂蓋，既可以達到遮陽效果，又能將光能轉化為電能為我所用。

通風設計：在平面上，各個建筑體塊錯開布局，有利于穿堂風的形成，促進自然通風。在過渡季節及夏季夜晚，通過輕易地將建筑室內多余的熱量帶出室外降低制冷能耗。

內部結構蓄熱：鋼筋混凝土具有較高的蓄熱作用。在室溫高時吸收熱量，有利于降溫；在室溫低時釋放熱量。

c.用熱措施：

被動式建筑的用熱原則：用熱一般是太陽和建筑內部熱源。把主動供暖、供冷的能耗用量最低，利用自身建筑的熱量收支來“被動”地進行采暖或制冷。

被動式外窗玻璃：本項目采用三玻兩腔充氬氣Low-E鍍膜玻璃。在寒冷季節可以保溫，減輕采暖負荷；在炎熱季節可以減少陽光所傳遞的熱量進入室內，減輕空調負荷。

被動式建筑開窗原則：本項目中南向開窗面積較大，而東、西，尤其是北側開窗較小。

被動式外窗形式：被動式門窗可開啟扇的密閉性要求較高。本項目建筑的東、西立面可以通過設置斜角窗幫，在保留立面大開窗效果的同時，減小實際窗扇寬度。此外，斜切角外側的保溫材料并不起到熱學作用。將其切掉反而有利于將更多陽光進入室內，降低供暖能耗。

熱泵：本項目設計采用地源熱泵作為建筑的冷熱來源。

3 結語

本項目在進行被動房具體設計時，通過采取具體措施，以數據為指導，以能耗目標為約束，同時，借鑒德國被動房設計經驗，通過對建筑方案的優化設計、對保溫隔熱氣密性能的加強、著重對無熱橋設計的關注等，利用可再生能源和高效的暖通空調系統，最終來實現被動式建筑。