【學(xué)員問(wèn)題】被動(dòng)式建筑的最核心技術(shù)是建筑隔熱設計？

【解答】被動(dòng)式建筑（PassiveHouse）是由瑞典隆德大學(xué)的Mr.BoAdamson教授和德國達姆斯塔特房屋與環(huán)境研究所的Mr.WolfgangFeist博士在1988年提出來(lái)的，目標是設計一種不需要“采暖空調主動(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)式建筑在德國達姆斯塔特（Darmstadt）建成。從此，以Mr.WolfgangFeist為首的物理學(xué)家、數學(xué)家、氣候環(huán)境學(xué)家、材料學(xué)家及專(zhuān)業(yè)工程人員組成的科研團隊，對被動(dòng)式建筑進(jìn)行了20年的系統研究與測試，形成了一整套技術(shù)和施工規范。

被動(dòng)式建筑最初并沒(méi)引起人們注意，但隨著(zhù)2005年世界能源價(jià)格大幅上漲，被動(dòng)式建筑的獨特魅力越來(lái)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，進(jìn)入2009年后，被動(dòng)式建筑逐漸成為歐洲主流建筑節能技術(shù)，并被部分歐洲國家確定為國家建筑標準或未來(lái)城市發(fā)展規劃，歐洲議會(huì )也提議歐洲新建建筑要符合“被動(dòng)式住宅”標準，包括美國、中國等各國在內，越來(lái)越多的建筑專(zhuān)家逐漸認識到：“被動(dòng)式建筑”節能技術(shù)是最合理且效果最明顯的建筑節能技術(shù)。被動(dòng)式建筑主要包括四個(gè)方面特點(diǎn)：

（1）建筑外圍護結構采用150-200mm以上厚度的外墻外保溫材料，靠室內一側采用重質(zhì)建筑材料；

（2）圍護結構密閉性好；

（3）良好的通風(fēng)設計；

（4）做好建筑朝向設計，采用三層玻璃窗戶(hù)與遮陽(yáng)，以利于采用太陽(yáng)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)的建筑隔熱計算原理，這也是決定能否發(fā)揮“被動(dòng)式建筑”另幾項技術(shù)成效的最核心技術(shù)�？催^(guò)國內一些“被動(dòng)式建筑節能技術(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：建筑圍護結構室內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“不需要采暖空調主動(dòng)供冷熱”的目標。

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結構，來(lái)抵御冬天室外低溫與夏天太陽(yáng)輻射、室外高溫給室內熱環(huán)境造成的影響；一方面是冬天充分利用太陽(yáng)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結構，主要是用來(lái)抵御冬天室外低溫與夏天太陽(yáng)輻射、室外高溫對室內熱環(huán)境的影響。

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

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

（3）良好的通風(fēng)與高密閉性設計

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

（4）良好的建筑朝向設計與三層玻璃窗戶(hù)及遮陽(yáng)設計

冬天，可充分利用透過(guò)窗戶(hù)的太陽(yáng)輻射給室內供熱，同時(shí)，三層玻璃的良好保溫性能，又減少了窗戶(hù)的傳熱散熱。夏天，通過(guò)良好的遮陽(yáng)設計，遮擋、反射室外太陽(yáng)與高溫輻射。三層玻璃窗戶(hù)及遮陽(yáng)設計，既利用了冬季太陽(yáng)能，又防止夏季太陽(yáng)輻射，還自然采光，這樣，建筑的朝陽(yáng)面圍護結構設計，不但不必拘泥窗墻比，還應該采用比較大的窗戶(hù)。

部分同行將被動(dòng)式建筑的太陽(yáng)能采暖理解為光伏電池取暖，有的通過(guò)光伏電池和地熱來(lái)實(shí)現“零能耗”建筑，這種“零能耗”建筑如果沒(méi)采用150mm以上厚度的外保溫與高蓄熱內墻體，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熱代替了電能，實(shí)際運行成本也很高。

“被動(dòng)式建筑”的建造成本只增加5-10%，運行能耗只相當于普通建筑10-25%.若在“被動(dòng)式建筑”技術(shù)基礎上，再采用光伏電池和地熱“節能”的“零能耗建筑”，才是真正的節能建筑。采用光伏電池，一般適合輸電成本較高的邊遠地區分散建筑，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(guò)室內高蓄熱墻體，將高保溫隔熱性能、高密閉性的建筑圍護結構，與良好的通風(fēng)設計、三層玻璃窗與遮陽(yáng)、建筑朝向設計等節能技術(shù)有機地集合在一起的綜合建筑節能技術(shù)。

如果單從每項節能技術(shù)來(lái)看，德國被動(dòng)式建筑的這些建筑節能技術(shù)，也是國內建筑節能技術(shù)所強調的，但如果外保溫圍護結構內表面墻體缺少高蓄熱性能材料，這時(shí)，單強調保溫、或提高建筑密閉性，不但不能發(fā)揮這些節能技術(shù)的綜合節能效果，有時(shí)甚至適得其反，如果建筑圍護結構出現隔熱設計錯誤，反而可能出現所謂“建筑保溫性能越好，越耗能”“越密閉，越耗能”現象。按照某些建筑節能專(zhuān)家的說(shuō)法，“外保溫材料相當于夏天給建筑穿上了棉襖”，導致建筑室內熱源熱量散發(fā)不出去，而增加建筑能耗。

這是因為國內多采用能耗模擬軟件來(lái)評估建筑圍護結構節能設計，但能耗模擬軟件是針對24小時(shí)連續空調模式建筑開(kāi)發(fā)的，計算的是室內設定溫度條件下的建筑傳熱能耗，只考慮了墻體蓄熱性能對墻體傳熱的影響，未考慮間斷空調模式下，空調關(guān)閉通風(fēng)時(shí)，室內溫度低于空調設定溫度時(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建筑能耗所形成的影響。例如，150mm厚外保溫材料內的重質(zhì)墻體材料，在通風(fēng)作用下，能儲存大量冷負荷，對節約建筑能耗能產(chǎn)生極大影響。但用能耗模擬軟件模擬計算，保溫材料有50mm厚就節能了，再厚就沒(méi)有明顯節能效果了，而有的建筑能耗模擬軟件，甚至會(huì )得出“南方建筑保溫越好，越耗能”的計算結論。

這是因為24小時(shí)連續空調模式下的建筑能耗模擬計算軟件，無(wú)法體現空調關(guān)閉狀態(tài)下，室溫低于空調設定溫度條件下的通風(fēng)，所形成的墻體蓄熱變化對建筑能耗的真實(shí)影響，所以，若用建筑能耗模擬計算軟件指導間斷空調模式下的建筑圍護結構節能設計，能耗偏差非常大。所以，建筑能耗模擬計算只適用于24小時(shí)連續空調模式下建筑節能設計，不適用于每天空調只開(kāi)十幾個(gè)小時(shí)的間斷空調模式建筑節能設計。

依照有的能耗模擬軟件，建筑內部墻體要采用低蓄熱墻體才節能，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結構，對外保溫性能較好的建筑或使用時(shí)間超過(guò)十幾個(gè)小時(shí)的建筑是不適用的。

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

建筑隔熱設計理論主要是針對自然通風(fēng)條件下的建筑圍護結構熱工節能設計，BEED建筑熱工節能設計計算軟件圍護結構隔熱設計計算所體現的建筑節能原理是：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(yáng)光把圍護墻體曬熱，同時(shí)圍護結構內側重質(zhì)建筑墻體導熱性能要越大越好，這樣，在夜晚室外溫度較低時(shí)，通過(guò)建筑室內良好的通風(fēng)散熱，圍護結構內側重質(zhì)墻體導熱率越高，越有利于發(fā)揮建筑內墻蓄熱性能，儲存盡可能多的冷負荷，在白天室外溫度升高時(shí)，關(guān)閉窗戶(hù)，利用室內墻體蓄存的冷負荷，來(lái)吸收室內外熱源散發(fā)的熱能，來(lái)維持室內溫度穩定。

建筑隔熱計算既適用于非空調建筑的夏季隔熱要求，也適用于每天空調只開(kāi)十幾個(gè)小時(shí)的間斷式空調建筑隔熱要求，即使在24小時(shí)連續空調模式下，仍然能發(fā)揮隔熱設計的阻熱蓄冷作用，如在室外溫度低于空調設定溫度，空調自動(dòng)關(guān)閉時(shí)的通風(fēng)散熱，，這時(shí)的室內重質(zhì)墻體仍能起到儲存冷負荷的作用，但能耗模擬軟件卻不能體現空調關(guān)閉，室溫低于空調設定溫度條件下，通過(guò)通風(fēng)降低墻體蓄熱所儲存的冷負荷。

建筑隔熱設計計算則綜合考慮了夏季建筑圍護結構外表面太陽(yáng)輻射吸收系數、建筑圍護結構外保溫設計、建筑墻體內部蓄熱墻體設計、自然通風(fēng)設計的綜合節能技術(shù)。依據建筑隔熱計算，建筑外保溫材料厚度在150mm以?xún)茸兓�，對建筑內表面最高溫度影響都比較大，外保溫材料厚度超過(guò)150mm以上，再繼續提高外保溫材料厚度，對降低建筑內表面最高溫度才越來(lái)越不明顯。但依據建筑能耗模擬計算，建筑外保溫材料厚度在50mm以?xún)茸兓�，對建筑能耗影響較大，超過(guò)50mm以上，對夏季空調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(guò)50mm厚，可能就不劃算了，但如果按照2008年以來(lái)的能源價(jià)格計算，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(lái)能源上漲，這是很有遠見(jiàn)的，因為保溫材料從40mm增加到200mm，增加的建造成本連零頭都不到，但所節約的建筑能耗遠遠大于增加的建造成本。

圍護結構密閉性與良好的通風(fēng)設計是建筑隔熱設計的最基本要求，只有在密閉性建筑里，較厚的建筑保溫與通風(fēng)設計才有意義，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結構重質(zhì)內墻蓄熱，良好的通風(fēng)可使建筑蓄熱內墻儲存更多的冷負荷，或者熱負荷。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冷熱負荷損失。

結論與建議

總之，被動(dòng)式建筑的最核心技術(shù)是建筑圍護結構隔熱設計，一方面要設計150-200mm厚的外墻外保溫材料，另一方面，圍護結構靠室內一側墻體要采用鋼筋混凝土等重質(zhì)高蓄熱墻體材料，通過(guò)外墻外保溫材料與室內高蓄熱墻體，才能將良好的通風(fēng)設計、三層玻璃窗與遮陽(yáng)、建筑朝向設計等建筑節能技術(shù)有機地集合在一起，形成高效、低成本的綜合建筑節能技術(shù)。

建議：在實(shí)施建筑圍護結構設計時(shí)，應將《民用建筑熱工規范》50176-1993規定的最低隔熱指標——建筑內表面最高溫度再降低2℃。然后采用三層玻璃窗戶(hù)與遮陽(yáng)設計，同時(shí)做好適當的配套通風(fēng)設計，核心目的是使建筑圍護結構設計，能適應建筑室內冬季采暖與夏季隔熱的不同設計需要。