被動式超低能耗建筑的相關技術及其發展趨勢

徐舟

中天建設集團有限公司 浙江 杭州 310000

引言

隨著社會的不斷發展，被動式超低能耗建筑作為一種節能建筑類型，可以逐步告別傳統式供暖供冷方式，充分利用建筑最原始的環境和性能，給人們帶來最大的效益，有效地節約各種資源和成本，同時也改善了人們的居住環境。為全面貫徹綠色發展和“雙碳”政策的戰略部署，在綠色、低碳方向上推進新一輪能源變革，各地政府有關部門圍繞綠色建筑的理念，對發展被動式超低能耗建筑作了相關部署。

1 被動式低能耗建筑技術應用基本原理

被動式超低能耗建筑，簡稱為被動式建筑，是一種結合多種被動、可再生能源技術，最大幅度降低能耗的綠色節能建筑，是國際建筑業積極倡導的綠色節能建筑。建筑物節能新理念是在80年代被設計出來的，它結合了環保技術、節能技術和可循環再利用。建筑的能源消耗邊界主要有兩類，第一類是指建筑能量需求邊界；第二類邊界是指能源對于建筑的使用邊界，前者是建筑與室外環境進行能量交換的場所。這些能耗主要產生于對能源的需求，即為建筑物所需要的電力、空調等能源系統提供需要的化石能源。建筑工程這兩種建筑邊界的實質就是利用相關技術來滿足建筑的能量需求，可根據所采用的技術和實施方法來區分被動式低能耗建筑。其主要目的是通過被動式科技手段，使建筑物對能源的需求最小化，使建筑物對能源系統的依賴性降至最低，達到降低總能耗的目的。值得注意的是，這一技術旨在減少能源消費的需求，而非增加能源供給[1]。

2 我國被動式超低能耗建筑發展面臨的問題

當前，我國發展被動式超低能耗建筑尚處于起步階段。工程實例主要集中在政府試點和示范工程建設中，且主要項目在北方嚴寒寒冷地區為主。在管理標準、設計理念、建設制度、運行維護等方面都存在一些不足，在推廣和發展中面臨了不少問題。

2.1 尚未完善的政策制度和標準

第一，我國還沒有建立健全建筑節能法律制度。當前，國家對建筑節能標準的要求還是比較低，而被動建筑則沒有相關制度規定，應完善落實被動式超低能耗建筑相關政策。

第二，尚未形成完整的、被動式超低能耗建筑理論體系和完整的技術體系。中國缺乏被動設計、材料制造、建造、質量控制、操作管理等方面的技術規范和質量監督體系；缺乏適合我國國情和當地氣候條件的被動式超低能耗建筑技術標準體系、監管評價體系和咨詢服務體系。

第三，支持被動式超低能耗建筑發展的激勵機制不健全。在激勵政策上，國家缺乏鼓勵房地產開發企業建設和消費者購買被動房的優惠激勵政策。

2.2 被動式技術及集成技術尚不成熟

國內被動式超低能耗建筑的節能技術和能耗水平相對滯后。有關的理論、材料、技術和產品有待完善。

第一，設計實踐存在困難。受到實際環境條件、技術支持等因素的影響，人們對超低能耗建筑的技術特性知之甚少，還沒有形成系統的被動式建筑設計理論。

第二，超低能耗建筑技術與裝配式建筑技術相結合不緊密。裝配式建筑在我國目前尚處于發展的初級階段。關于材料的制造，如滿足被動式建筑技術要求的建筑材料、門窗、外保溫、新風熱回收等關鍵技術和產品尚未成熟。

第三，產業鏈協同有待深化，尚未形成集研發、設計、施工、產業跟蹤、運營為一體的產業鏈。

2.3 初始建設費用高

被動式超低能耗建筑初始投資比一般建筑物要高不少。在建筑規劃、設計、施工三個階段，采用被動設計技術、保溫隔熱、密封性更好的綠色圍護、設備系統、基于氣候特點的被動式施工方法，都增加了初期建設費用。建筑每平方米需增加600～1000元。房地產業開發過程中，由于初期投資過高，大部分開發商都沒有考慮其整個生命周期的經濟性，不愿采用被動式建筑，這在很大程度上阻礙了被動式超低能耗建筑的發展。

2.4 市場認知誤區

針對被動式超低能耗建筑市場的整體供需狀況，投資者和消費者對其了解不夠，難以推廣應用。在消費者看來，被動式技術要求高、造價高、難度大；消費者認為這種建筑是一種“奢侈品”，高成本抑制了需求。鑒于被動式超低能耗建筑在建筑全壽命周期中的綜合效益，提高社會對建筑的認知度是亟待解決的問題[2]。

3 被動式超低能耗建筑的相關技術分析

3.1 保溫圍護結構

對被動式超低能耗建筑而言，不透光保溫圍護結構的傳熱系數應在0.15W/（m2·K）以內，對于南方非嚴寒地區，可適當放寬。計算圍護結構傳熱系數時，應充分考慮其年冷、熱負荷和能耗。此外，還應考慮通過自然通風、冬季太陽能供暖和各種制冷能耗來增加建筑室內熱量，切實控制建筑能耗?？茖W、合理、經濟的外圍護結構傳熱系數的確定應以保溫材料厚度均勻為基礎。在施工過程中要求施工人員根據實際情況，對建筑物外墻外保溫層使用的多層保溫材料進行適宜的斷熱橋錨栓。避免因出現熱橋效應，而使得保溫層內部出現結露結霜的情況，影響整體保溫性能。

3.2 無熱橋結構

無熱橋結構是被動式超低能耗建筑的關鍵技術之一。在建筑設計過程中，應盡量取消外挑結構，線性熱橋在建筑設計中要與結構層相連接。需要將建筑無熱橋和被動建筑設計理念結合起來，嚴格地控制外立面凹凸。無熱橋結構在被動式超低能耗建筑保溫施工中，應注意與建筑的陰陽角相結合，選擇具有良好保溫性的材料，在所有窗框覆蓋的基礎上，結合錯縫搭接，杜絕通縫問題，提升保溫效果。保溫材料需用對女兒墻進行全包裹，保溫厚度與墻體保溫厚度一致。對于室外流水管、空調機支架等，還要通過隔熱材料與基層墻體做分隔，同時使用密封石膏、專用膠帶等對支架穿保溫層部分的縫隙進行封堵。

3.3 被動式門窗

對于被動式超低能耗建筑，需要設計理念一致的門窗，即被動門窗。此類門窗的傳熱系數不超過1.0W/（m2·K），被動窗玻璃傳熱系數在0.8W/（m2·K）以內，其中太陽得熱系數大于0.45，選擇性透射系數大于1.25，非寒冷地區可適當放寬。這就是說，這種超低能耗門窗必須具有良好的室內采光和通風，超低的建筑能耗和良好的保溫隔熱性能。如果是特殊的超低能耗建筑，則可適當增加南北面的面積，以便冬季盡可能多地得到陽光，減少室內供暖消耗；對于東西向窗戶，需要適當縮小面積。被動式門窗不同于傳統門窗，其安裝方式多采用外懸式，即在建筑物的外圍掛門窗，并用保溫層將窗框完全包覆，既與無熱橋結構要求相符，又能有效提高建筑氣密性。此外，實際安裝門窗框體被動安裝時，還須將門窗框體與洞口間產生的縫隙全部用膨脹密封膠帶封住門窗框體與洞口之間的縫隙，門窗框體內側與外側分別牢固貼防水隔汽膜和防水透氣膜，以進一步提高門窗防水隔熱性能和隔聲性能。

3.4 新風系統

對被動式超低能耗建筑來說，自然透風是不夠的。還要有良好的通風系統。為了有效地控制新風能耗，在具體建設項目中，新風系統的熱能利用率應達到75%以上。具體新風系統的設計應確保各房間送風量相互獨立。在室內設計某處回風氣流組織時，應充分利用門下1～2cm的間隙，避免采用直角彎頭，在簡化管路設計的基礎上，盡量減小系統阻力。另外，還可在新風系統中安裝F7過濾器，提高室內空氣品質。冬天寒冷時，要保證新風的出風口溫度在17℃以上，新風系統也要配備除濕裝置。在被動式超低能耗設計中，應結合實際情況，在降低建筑能耗的同時，真正實現室內環境的生態環保[3]。

4 被動式超低能耗建筑設計發展趨勢

第一，發展被動式超低能耗建筑技術是對現有建筑技術的有效補充。因我國地域遼闊，地區間氣候差異較大，建筑室內環境差異大，使超低能耗建筑難以形成統一的標準。為此，我國應加強對被動超低能耗建筑技術的研究，通過增加人力、物力、資財力，使相關技術更加完善。與此同時，建筑設計者和施工人員也要樹立超低能耗建筑的設計和施工理念，加強對風能、太陽能等清潔能源的利用，靈活使用各種保溫材料，優化建筑保溫圍護性能、加強非熱橋等結構形式，積極利用各種低能耗可再生先進技術，更好地為被動超低能耗建筑設計服務。堅持因地制勢，結合不同地區氣候特點，制定不同的操作規程和操作程，使設計與施工更加規范化以及標準化。

第二，發展改進現有材料的性能。為了有效降低建設成本，今后應大力開發更多高質量、高性能的建筑節能材料。采用原材料就地取材，降低運輸成本，實現施工項目成本的控制。國家鼓勵和認可被動式超低能耗建筑，并引導各類組織、科研機構、施工企業、材料加工企業進行合作，共享資源優勢。堅持先進的材料技術導向，自主開發更多高質量的材料和產品。與此同時，我國還應與國際質量管理體系接軌，建立被動超低能耗建筑材料和相關產品的質量認證體系，確保施工嚴格遵守標準，降低不良后果。

第三，發展被動式超低能耗建筑是響應國家“雙碳”戰略，落實節能減排、可持續發展設計理念的必然要求。被動式超低能耗建筑無論是在建筑設計上，還是材料使用上，或者理念的體現上，都體現了 “雙碳、節能、綠色”的生態可持續建筑新理念，是當下降低能耗改善環境的必然要求，也是建筑行業發展的必然趨勢。對于被動式超低能耗建筑設計進行研究和應用，掌握設計方法和應用技術，把握超低能耗建筑設計發展方向，是一項非常緊迫、具有重要意義的工作。

5 結束語

被動式超低能耗建筑采用高性能保溫圍護、建筑結構、被動門窗、新風系統等諸多技術措施，對降低建筑能耗、改善建筑綠色性能、促進生態節能、可持續發展具有重要意義。雖然此類建筑及相關技術在目前發展中還存在不足，但未來我國還將繼續加大被動式超低能耗建筑技術的研究，不斷提高建筑技術水平，重視加強本土建筑材料質量性能的優化與完善，使被動式超低能耗建筑及其關鍵技術得到更好的發展，可以更好地應用于建筑領域，充分發揮自身的優勢。