被动房设计：全球可持续建筑指南

在一个环保意识日益增强、对可持续解决方案需求日益迫切的时代，被动房标准已成为建筑设计领域的领先方法。本综合指南将探讨被动房设计在全球不同气候和地区的原则、优势及实施。

什么是被动房设计？

被动房（Passive House），德语中也称“Passivhaus”，是一项严格的、自愿性的建筑能效标准，旨在减少建筑的生态足迹。它能建成超低能耗的建筑，仅需极少的能源即可进行空间供暖或制冷。被动房标准不是一个品牌名称，而是一个基于性能的基准，可应用于各种建筑类型和施工方法。

被动房设计的核心理念是通过优化建筑的设计和施工来最大限度地减少能源需求。这通过一系列措施实现，包括：

• 超级保温：显著减少通过建筑围护结构的热量损失和获得。
• 气密性：防止不受控制的空气泄漏，这可能导致穿堂风和能源浪费。
• 高性能门窗：使用具有卓越隔热性能的门窗，以最大限度地减少热传递。
• 带热回收的新风系统：在提供新鲜空气的同时，从排出的空气中回收热量，最大限度地减少能源损失。
• 最大限度地减少热桥：减少通过可作为热桥的结构构件的热流。

被动房设计的五大原则

被动房标准基于五个关键原则：

1. 保温

有效的保温对于在冬季最大限度地减少热量损失和在夏季最大限度地减少热量获得至关重要。被动房建筑通常比传统建筑使用更多的保温材料。所需的具体保温水平会因气候而异，但通常涉及墙壁、屋顶和地板的高R值（或U值）。

例如：在斯堪的纳维亚或加拿大等寒冷气候区，被动房设计可能会采用R值达到R-40或更高的墙体保温材料。在澳大利亚部分地区或地中海等温暖气候区，重点可能是防止太阳热量通过屋顶和墙壁进入，需要使用反射性保温材料和遮阳策略。

2. 气密性

气密性可以防止不受控制的空气泄漏，这可能导致显著的能源损失和穿堂风。被动房建筑经过严格测试，以确保其满足严苛的气密性要求。一个典型的被动房在50帕斯卡压力下的空气泄漏率不应超过每小时0.6次换气（ACH50）。

例如：使用气密膜以及对窗户、门和穿透处（如管道、电线）进行仔细的细节处理对于实现气密性至关重要。通常使用鼓风门测试来测量空气泄漏量并找出需要改进的区域。

3. 高性能门窗

门窗通常是建筑隔热层中的最薄弱环节。被动房建筑使用高性能门窗，这些门窗具有低U值（表示良好的保温性）以及在太阳得热有益的气候下的高太阳得热系数（SHGC）。通常使用三层玻璃窗来达到所需的性能。

例如：在寒冷气候区，低U值和高SHGC的窗户有助于在白天捕捉太阳热量，从而减少供暖需求。在温暖气候区，则首选低U值和低SHGC的窗户，以最大限度地减少太阳热量进入并降低制冷需求。遮阳篷和百叶窗等外部遮阳设备也可用于控制太阳热量的获得。

4. 带热回收的新风系统

被动房建筑使用带热回收的机械通风系统来提供新鲜空气，同时最大限度地减少能源损失。热回收通风机（HRV）或能量回收通风机（ERV）从排出的空气中捕获热量，并将其转移到进入的新鲜空气中，从而减少了加热或冷却进入空气所需的能量。

例如：在寒冷气候下，HRV可以利用排出空气中的热量预热进入的新鲜空气，从而减少供暖系统的负荷。在潮湿气候下，ERV可以去除进入的新鲜空气中的湿气，从而减少空调系统的负荷。

5. 最大限度地减少热桥

热桥是建筑围护结构中热量容易流过的区域，例如角落、阳台以及墙壁和地板之间的连接处。被动房设计通过仔细处理这些区域的细节并使用低导热性的材料来寻求最大限度地减少热桥。

例如：在阳台使用热断桥，在基础周围使用连续保温层，有助于最大限度地减少热桥并减少热量损失。在设计阶段，可以使用计算热模型来识别和解决潜在的热桥问题。

被动房设计的优势

采用被动房原则可带来诸多好处，包括：

• 降低能耗：与传统建筑相比，被动房建筑的供暖和制冷能耗通常减少75-90%。这为建筑业主和使用者节省了大量成本。
• 改善热舒适性：被动房建筑提供恒定舒适的室内温度，温度波动和穿堂风极小。
• 提升室内空气质量：带热回收的机械通风系统确保持续供应新鲜、过滤的空气，改善室内空气质量并降低呼吸系统问题的风险。
• 减少碳足迹：通过显著降低能耗，被动房建筑有助于减少碳足迹并缓解气候变化。
• 提高建筑耐久性：被动房设计对气密性和湿度控制的关注有助于防止霉菌生长和结构损坏，从而提高建筑的耐久性。
• 更高的房产价值：随着能源效率对购房者和租户越来越重要，被动房建筑可能会在房地产市场上获得溢价。

世界各地的被动房：多样的气候与应用

被动房标准适用于广泛的气候和建筑类型。虽然它起源于德国，但已在世界各地不同地区成功实施，从斯堪的纳维亚和加拿大的寒冷气候到东南亚和中东的炎热潮湿气候。有时需要进行调整和修改，以针对特定的当地条件优化设计。

寒冷气候

在寒冷气候中，被动房设计的主要重点是最大限度地减少热量损失。这包括使用高水平的保温材料、气密性施工以及高性能门窗来防止热量从建筑中逸出。在寒冷气候中，太阳得热也很重要，因此窗户通常朝向冬季太阳照射最多的方向。

例如：挪威的Powerhouse Kjørbo是寒冷气候下被动房办公楼的一个著名例子。由于其高效的设计和太阳能电池板的使用，它产生的能量超过其消耗的能量。

温带气候

在温带气候中，被动房设计的重点是平衡供暖和制冷需求。这包括使用保温材料来最大限度地减少冬季的热量损失和夏季的热量获得。遮阳篷和百叶窗等遮阳设备用于控制太阳得热，在气候温和的时期，自然通风可以补充机械通风。

例如：欧洲各地，特别是在德国、奥地利和瑞士，已经建造了许多住宅被动房。这些住宅展示了在各种建筑风格中实现超低能耗性能的可行性。

炎热气候

在炎热气候中，被动房设计的主要重点是最大限度地减少热量获得。这包括使用高水平的保温材料、反射性屋顶材料和遮阳设备来防止太阳热量进入建筑。自然通风和蒸发冷却也可用于减少制冷需求。

例如：位于美国亚利桑那州的“沙漠中的被动房”是一个示范项目，展示了被动房设计在炎热干旱气候中的潜力。它结合使用保温、遮阳和蒸发冷却来实现超低能耗性能。

潮湿气候

潮湿气候对被动房设计提出了独特的挑战，因为湿度控制对于防止霉菌生长和结构损坏至关重要。在潮湿气候下的被动房建筑通常使用除湿系统和防潮层来控制湿度水平。还需特别注意通风，以确保室内空气干燥清新。

例如：在东南亚和加勒比地区的被动房项目已经证明了将该标准应用于炎热潮湿条件的可行性。这些项目通常采用本地采购的材料和施工技术来降低成本和环境影响。

实施被动房设计：分步指南

实施被动房设计需要建筑师、工程师、建筑商和房主之间的通力合作。以下步骤提供了一个通用指南：

1. 设定性能目标：确定建筑所需的能源性能和舒适度水平。
2. 气候分析：分析当地气候，以了解供暖、制冷和湿度要求。
3. 设计优化：通过朝向、遮阳和自然通风等被动策略来优化建筑设计，以最大限度地减少能源需求。
4. 材料选择：选择具有良好保温、气密性和耐久性的高性能材料。
5. 详细设计：制定详细的施工图和规范，解决热桥、气密性和通风问题。
6. 施工质量控制：在施工过程中实施严格的质量控制措施，以确保建筑符合被动房标准。
7. 测试与认证：进行测试以验证建筑是否满足被动房的性能要求。从公认的被动房认证机构获得认证。

挑战与注意事项

虽然被动房设计提供了许多好处，但也存在一些需要牢记的挑战和注意事项：

• 较高的前期成本：由于使用高性能材料和更复杂的施工技术，被动房建筑的前期成本通常高于传统建筑。然而，这些成本可以通过建筑生命周期内较低的能源账单来抵消。
• 复杂性：被动房设计需要高水平的技术专长和对细节的关注。与熟悉被动房标准的经验丰富的建筑师、工程师和建筑商合作非常重要。
• 材料可用性：在某些地区，可能难以找到符合被动房要求的高性能材料。可能需要从其他地区采购材料或使用当地可用的材料开发替代解决方案。
• 使用者行为：被动房建筑的能源性能取决于使用者的行为。教育使用者如何高效地操作建筑非常重要，例如正确使用通风系统和避免过度的能源消耗。

被动房的未来

随着世界越来越关注可持续性，被动房标准有望在建筑行业中扮演越来越重要的角色。凭借其在降低能耗和改善建筑性能方面的良好记录，被动房设计是实现更可持续未来的关键策略。

正在进行的研究和开发工作集中于降低被动房的建造成本，提高被动房材料的性能，以及使该标准适应更广泛的气候和建筑类型。随着这些努力的继续，被动房设计可能会变得更加普及和易于实现。

结论

被动房设计代表了我们对待建筑施工方式的范式转变。通过优先考虑能源效率、热舒适性和室内空气质量，被动房建筑为更可持续、更舒适的未来提供了一个引人注目的愿景。虽然需要克服一些挑战，但被动房设计的益处是不可否认的，其广泛采用对于缓解气候变化和创造更健康的建筑环境至关重要。

无论您是建筑师、工程师、建筑商、房主，还是仅仅对可持续建筑感兴趣的人，了解被动房设计的原则对于为更可持续的未来做出贡献都至关重要。通过拥抱被动房标准，我们不仅可以建造节能舒适的建筑，还可以为子孙后代创造一个更健康的地球。

可行的见解：

• 自我教育：通过在线资源、研讨会和会议，了解更多关于被动房标准及其原则。
• 寻求专家建议：咨询经验丰富的被动房专业人士，以获得设计和建造被动房项目的指导。
• 考虑认证：为您的建筑项目寻求被动房认证，以确保其达到能源效率和性能的最高标准。
• 推广被动房：倡导在建筑规范和政策中采用被动房原则，以鼓励建造更多可持续的建筑。
• 分享您的知识：与他人分享您的知识和经验，以帮助传播对被动房设计及其益处的认识。