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摘要：随着能源消费的增加，对能源的有效利用显得尤为重要，节能减排越来越受到重视。在建筑行业领域，被动房是被首推的项目。被动房可以在保证居住舒适性的基础上，极大提高能源的利用效率。在本文中，介绍了被动房在我国的发展历程及其组成，讨论了被动房的一些关键技术问题及其在中国的发展前景，以便于为在国内开发被动房提供一些帮助。
关键词：被动房建设；问题；发展
1.前言
世界上保温结构的发展主要分为两类，第一类是加拿大和美国等国家利用木质结构的保温结构，这些国家林业资源丰富，土地广，人数少，由于木材的导热系数为0.1W/（m•K）至0.2W/（m•K），中间层为岩棉保温材料，可达到良好的保温效果。其优点是木材作为可再生材料，将会不造成其它的污染；缺点是低层建筑适宜使用，而高层建筑不易使用。另外一类是德国和其他欧洲国家的外墙保温系统，这些国家资源紧缺，建筑材料大多数是采用不可再生资源，但能源消耗相对低，我国的节能建筑形势与其类似。
这种类型的住房的主体建筑设计是绝热外壳，没有与室外发生温度转移，这种住宅使用超厚绝热的节能门窗，并使用人体、太阳能和电气设备释放的热量，减少或不使用主动的能源供应，即使是需要提供能源，也要尽可能使用清洁和可再生能源，确保生活、办公舒适度，提高能源的使用效率，能源消耗低并且尽可能零能耗。这种类型的住房在我国被称作被动房。
被动建筑起源于德国的法兰克福市，1990年代，法兰克福市是著名的金融中心，1991年，德国物理学家沃尔夫冈建造了第一个座“被动房屋”，由于技术条件和社会意识的限制，“被动房屋”发展受到制约。至到近年来，建筑能耗日益突出，这一建筑逐渐受到各国关注。在德国，被动住房的建筑成本只比传统住房要多5％~7％，中央通风系统紧凑，进气管和排气管平行放置，冷热空气清洁，换热效率可达到75％~90％。被动房屋不仅通过太阳加热，甚至可以把家用电器或居住者的热量进行利用。在保证隔热的前提下，确保空气质量要求，热力学舒适度依靠新鲜空气的流动，经过后加热或制冷后就可实现。
2.被动房的发展历程及组成
2.1被动房的发展历程
被动住房在中国建筑节能领域是一个比较新的课题。这个概念最早是由阿达姆森教授和菲斯特博士在1988年提出的，不使用传统的采暖和空调系统，借助外墙自身优良的密闭性，保持室内环境舒适，有效地利用可再生能源。此后，菲斯特博士于1996年9月建立了被动住房研究所，研究被动住房标准。到2013年，德国已建成40000多个被动住房，每年增加3000个。在其他欧洲的国家，被动住房的发展也很快。目前，世界采用的性能耗评估参数包括：一次能耗（小于120 kWh/（m2•a）），换气次数（≤0.6次/h），热桥损失系数（≤0.01W/mk），超温频率（≤0.1），实际制冷需求（≤15kWh/（m2•a）），供热需求（≤15kWh/（m2•a））。
为了实现节能高效的目标，中国住房和城市建设部科技发展促进中心从2008年开始系统研究被动住房标准和技术，并探讨其在中国的可行性，为建设适合中国气候特点和建筑形式的被动房屋提供了技术基础。
在我国，从第一部住宅建筑节能标准入手，通过“三步节能”，新建采暖住宅建筑在1986、1995和2005年分别改善30％，50％和65％。除了建筑节能设计标准外，还引进了《绿色建筑评估标准》促进中国绿色建筑的发展。可持续绿色建筑评估相当于欧洲评估指标，除了能效评估外，还涉及到土地、材料、节约用水等，反映了建筑与生态环境保护以及资源节约之间的紧密关系，但绿色建筑不一定是超低能耗建筑。
2.2被动房的组成
（1）外墙及屋面保温
被动房要求尽可能地防止热量交换，这需要一个厚的隔热层，并且需要减少由现场热桥引起的额外的热损失，以减少热负荷和加热负载。建筑外墙和屋顶是最重要的部分。目前被动建筑中，墙体和屋顶保温材料采用阻燃模塑和挤塑聚苯板，部分使用岩棉板，当绝缘厚度足够时，通过外围护结构的能量损失便能达到最低。
（2）新风系统
新风系统主要是为了提高居住者的热舒适度。人们对室内空气温度，建筑构件周围环境的表面温度，空气的相对湿度，通风类型和热量持续时间等感到舒适，与建筑部件密切相关。这是由于人体与周围环境之间持续地热交换。Pettenkofer在一百年前引进了通风良好的标准，良好的空气质量要求二氧化碳在空气中小于0.1％。
被动房的通风不仅节约能量，还能确保通风的卫生。通过过滤器进入房间的新鲜空气质量优良，对过敏者有重要保护意义。相对湿度维持40％到60％，给人最清爽舒适的感觉。因为建筑部件可以用外界的露水，防止室内组件具有较高的表面温度，可以避免真菌侵入造成污染和建筑物损坏。
（3）外窗
被动房屋的玻璃窗的一般要求是导热面积的热量所得大于所有窗户区域的热量损失，这要求窗口实现以下三点：透明区域的热损失保持小，玻璃不仅要高能量穿透值，而且还要传热系数（U值）低；窗户周围的热损失应小，玻璃边缘和窗框边缘的热损失会明显增加；应考虑将太阳能收集到透明区域（冬季最为理想的是南部），没有阴影，引入悬臂支撑的外墙表面遮挡阳光，假如玻璃不能发挥太阳能收集的作用就会增加热损失。
3.被动房的技术问题
3.1外部围护结构的保温技术
必须采用保温材料提高外墙和屋顶的保温性能，常见的保温材料包括玻璃棉，聚苯乙烯板，矿棉，木材绝缘材料，主欧洲使用XPS挤出聚苯板和岩棉。采用建筑绝热材料，保温材料的厚度要大于200mm，从而才能控制结构的传热系数小于1.5W/（m2•K）。
为了提高被动房外窗的隔热性能，还要求玻璃和窗框的形式。双层中空玻璃和破碎的铝合金窗框是良好的外窗和窗框形式。传热系数2.4W/（m2•K）远大于被动房对传热系数<0.8W/（m2•K）的要求。因此，被动房采用三层填充有惰性气体的中空Low-e玻璃，反射层涂在玻璃上，窗框主要是塑料框架和多腔木框架。
3.2可再生资源的利用技术
被动房屋依靠有效利用可再生能源来实现室内的舒适。有效利用可再生能源是被动房间的关键。光伏产业的不断发展，太阳能可再生能源（太阳能光伏，生物质能源技术和地面热泵技术）逐渐发展，通过开发和应用这些技术，可再生资源的有效利用就能得到最大化。
4.被动房的发展前景
为了减少对传统采暖系统的依赖，被动房屋必须采用有效的隔热材料，以通过使用密闭的外墙和有效利用可再生资源来减少对传统采暖系统的依赖。同时，还有其他可再生能源技术和设备，这将不可避免地导致成本变高。但传统采暖设备的减少和后期运行的消失将大大降低施工成本。
随着国家节能标准体系的不断完善，被动住房和相关低能耗建筑物具有了技术标准。同时，通过对现有国产节能建筑材料和设备的调查，可以发现中国所需的被动住房产品和技术，大部分产品和技术已经实现了本土化，这也降低了施工成本。
5.结语
从中国现阶段建筑节能政策法规，规划设计，建筑和建材研发的发展状况来看，我国已经有一定的生产基础，在经济发达或开发的前线城市建设“被动房”完全有可能实现，被动房节约能源的设计理念必将使其发展前景变得广阔。
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[4]郑洁颖.无源房屋[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.
论文作者:曹亮1,熊杰2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/7
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