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被动式低能耗建筑的研究与实践一、一般建筑设计应包含的内容：居住建筑：（1）相关规范及设计标准《民用建筑设计通则》、《住宅设计规范》、《住宅建筑规范》、《高层民用建筑设计防火规范》、《建筑工程建筑面积设计规范》、居住建筑节能设计标准、《外墙外保温应用技术规程》、《民用建筑热工设计规范》、《外墙外保温工程技术规程》、《地下工程防水技术规程》、《屋面工程技术规范》、《建筑内部装修设计防火规范》、《建筑玻璃应用技术规程》、《建筑工程设计文件编制深度规定》、《无障碍设计规范》、《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（2）经批准的本工程方案文件，及建设单位对本工程的设计要求。（3）政府批文（4）设计标高（5）防火设计①建筑分类和耐火等级②防火间距和消防车道③防火分区④安全疏散⑤防火建筑构造（6）墙体工程（7）地下室防水工程（8）屋面工程——防水等级、屋面做法、设备基础和透气管的防水构造（9）门窗工程（10）内装修工程（11）太阳能热水一体化设计（12）外装修工程（13）油漆涂料工程（14）玻璃幕墙（15）建筑设备、设施工程——电梯、厨房烟道、卫生器具、空调（16）无障碍建筑设计公共建筑：（1）设计依据①甲方提供的相关设计要求；②当地规划局批准的设计方案；③当地规划局提供的电子规划图以及用地红线；④通过审查的本工程设计文件；⑤现行的国家及地方相关规范、规程、标准。（2）工程概况（3）图纸标高及标注（4）引用图集（5）墙体工程（6）防水工程（7）门窗工程（8）幕墙工程（9）节能设计（10）防火设计（11）外装修工程（12）内装修工程（13）油漆涂料工程（14）室外工程（15）建筑设备设施（16）无障碍建筑设计（17）太阳能设计（18）其他注意事项二、被动式房屋（PASSIVEHOUSE）设计应考虑的因素（1）概念：采用各种节能技术构造最佳的建筑围护结构，极大限度地提高建筑保温隔热性能和气密性，使建筑对采暖和制冷需求降到最低。在此基础上，通过各种被动式建筑手段，如自然通风、自然采光、太阳能辐射得热等来尽可能实现室内舒适的热湿环境和采光环境，最大限度降低对主动式的机械采暖和制冷系统的依赖或完全取消这类设施。（2）基本设计原则遵守被动式房屋的基本设计原则时实现被动式房屋的基础。被动式房屋要符合紧凑型设计、自然通风要求、自然采光要求、充分利用太阳能、气密层设置和房屋使用节能产品的基本要求。热工性能和能耗指标——外围护结构的限值；新风量；隔热设计；防潮设计。特点：外围护结构传热系数≤0.15W/(m2.k)，增加外墙外保温；超级节能窗，其传热系数≤0.8W/(m2.k)；建筑结构无热桥；良好的密封；换气系统；（3）计算项目忽视建筑热工计算，往往会造成设计方案本身发生结露、室内温度不均衡和夏季自然通风状态下室内温度过高和能耗超标等问题。计算类别：a）热工计算——冷凝防潮计算和隔热计算；b）采暖与制冷负荷和能耗计算——采暖需求及其一次能源计算、采暖负荷计算、制冷需求及其一次能源计算、制冷负荷计算；c）总一次能源估算——采暖、制冷、通风、生活热水、照明和家用电器的一次能源需求估算。（4）计算方法a）热工计算方法按照《民用建筑热工设计规范》(GB50176)规定的计算方法验算。包括：内部结露计算；热桥表面温度和结露计算；在房间自然通风的条件下，房屋屋顶和东、西外墙的内表面的最高温度计算。b）采暖与制冷负荷和能耗计算按照现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736)的规定进行。c）对总一次能源需求的计算。包括：采暖；制冷；除湿与通风；生活热水；照明；家用电器。（5）围护结构的设计以及关键节点部位的构造a）围护结构的设计被动式房屋的围护结构在设计时就要满足不同于传统节能建筑的规定。非透明外围护结构传热系数；透明围护结构必须遵从传热系数、玻璃的太阳能总透射比和玻璃的选择性系数的规定等。b）关键节点部位的构造在屋面和外墙保温层靠近室内的一侧宜设置防水隔气膜，在靠近室外的一侧宜设置防水透气膜；外窗宜紧贴结构墙外侧安装，外窗与墙体之间的缝隙应采用耐久性良好的密封材料密封、没有窗墙比要求等等。（6）照明和遮阳设计不同于一般建筑，设计人员在进行被动式房屋设计时要进行采光设计，以充分利用自然光照明，达到降低照明用电的目的。采光设计往往决定了窗户的面积。同时遮阳的设计规定要求设计人员考虑到夏季和冬季的太阳能入射角度，以达到充分利用太阳能而又尽可能避免夏季太阳造成的冷负荷。（7）通风系统的设计与普通建筑不同的是被动式房屋必须要采用高效热回收通风装置。应遵守被动房对通风系统的布局、管路、新风量、热回收率、过滤等级方面的规定。以及对空调系统的功能、室内气流组织、风速、送风温度、能效比、环保工质等一系列规定。（8）关键材料和性能被动式房屋有良好的耐久性，其应用的材料和产品也必须满足较高水平的性能和耐久性要求。应严格遵守标准对关键性材料的性能做出了的明确规定。性能指标要比其它标准中的规定严格。这些材料包括屋面和外墙用防水隔气层的防水隔气膜、外墙外保温系统的各种材料和产品、外围护门窗洞口的密封材料、屋顶金属扣板和窗台金属板的性能指标、地下室顶板天花板保温用岩棉板。特别指出的是，考虑到我国目前节能建筑和建筑节能材料的市场现状，本标准规定了门窗用防水隔气膜和防水透气膜及外墙外保温系统必须由系统的供应商供应。（9）防火设计被动式房屋通常有较厚的保温层。一旦保温材料性能达不到要求，在火灾发生时会产生灾难性后果。应严格遵守标准对防火设计构造材料性能、工法做出了详细的规定，其标准要严于国家标准《建筑设计防火规范》(GB50016)的规定。基本的出发点是，在施工电焊时不会引燃保温材料，房屋在使用过程中一旦发生火灾，不会产生致命毒烟，使火灾可控制在一定范围内。（10）被动式房屋的测试与认定条件采用的方法是对被动式房屋必须进行气密性测试。房屋的气密性必须满足≤0.6/h，即在室内外压差为50Pa条件下，房屋每小时的换气次数。两个示范项目的结果表明，一旦这个测试通过，则室内环境一定能满足设汁要求；如果测试通不过，则一定是材料或是施工中出了问题。这种检测还帮助人们找到建造中的薄弱环节进行整改，提高房屋的整体质量。（11）各种建筑用燃料的CO2排放量的计算方法为了引导人们了解和掌握房屋的CO2排放量的计算方法，引导人们使用清洁能源。标准给出各种建筑用燃料转换成一次能源和CO2排放量的计算方法。包括标准煤、原煤、天然气、液化石油气、人工煤气、汽油、煤油、柴油、木材、固体生物燃料。三、被动房可利用节能技术介绍（1）太阳能发电图3-1太阳能发电系统示意图1图3-2太阳能发电系统示意图2图3-3太阳能发电系统示意图3图3-4太阳能发电系统示意图4太阳能发电，分光热发电和光伏发电两种形式。通常情况下，人们所指的太阳能发电，往往指是太阳能光伏发电。光伏发电，是根据光生伏打效应原理，将太阳光能，直接转化为电能。太阳能光伏发电，最基本元件，是太阳电池(片)，有单晶硅，多晶硅，非晶硅和薄膜电池等多种形式。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池主要是用于一些小系统和计算器辅助电源等。（2）太阳能热水图3-5平板型太阳能集热器示意图平板型太阳能热水系统：内部的热传导介质，一般不是水体，而是具有防冻效果的乙二醇/丙二醇等液体。通过热交换箱罐，并配合电热水器、燃气热水器等，供应生活热水。图3-6太阳能热水系统示意图1图3-7平板型集热器平面图图3-8太阳能热水系统示意图2图3-9太阳能热水系统示意图3图3-10真空管型集热器示意图普通全玻璃真空管太阳能热水器：真空玻璃管吸收太阳热，直接传给未经处理的普通水体-硬水，随着长期使用，真空玻璃管内壁上，会结一层水垢，将会降低太阳能系统的热效率。（3）浅层地表土壤中热量的利用浅层地表，相当于是一个巨大的太阳能集热器，收集了接近一半的太阳能所发出的能量。一般情况下，地下土壤，一定深度范围内，会有一个相对恒定的温度。图3-11浅层地热能图3-12浅层地表温度分布示意图a）地源热泵技术的应用地源热泵，是利用地下水与土壤地能，进行冷热交换，作为热泵的冷热源。冬季，把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季，把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。图3-13地埋管换热系统——水平布置示意图图3-14地埋管换热系统——垂直布置示意图图3-15地下水换热系统示意图图3-16地源热泵工作原理示意图b）室外空气经过地埋管吸入室内被动房的建造，已经采取了比较高效的保温隔热构造措施，其密封性能被大大提高。为了既能保证室内有一个健康清新的环境，又要考虑到减少室内通风换气，造成不必要的大量能源的消耗，人们在如何实施住宅内部的进气和排气的通风问题上，已经做了大量的试验性研究。室外空气，进入室内，不是传统的形式，而是首先通过埋置在住宅外面，地坪下方的土壤中的总的进气管道，在管道内，与管道外面的地下土壤，进行第一次热量交换。炎热的夏季，室外空气温度较高，在经过地下土壤中的降温处理以后，再送入室内的“能量回收通风系统ERV”（Energyrecoveryventilation），进行二次热量交换处理。当然，夏季空气，遇冷之后会产生冷凝水的问题，应安装凝结水收集装置。寒冷的冬天，室外空气温度较低，在经过地下土壤中的升温处理以后，再送入室内的“能量回收通风系统ERV”（Energyrecoveryventilation），进行二次热量交换处理。图3-17地埋管送风三维立体剖切示意图d）围护结构设计①外墙的构造应满足传热系数尽可能低，且外墙有良好的热惰性；②外围护结构传热系数≤0.15W/(m2.k)，增加外墙外保温；超级节能窗，其传热系数≤0.8W/(m2.k)；【节能65%建筑墙体的传热系数为0.45~0.6W/(m2.k)，国家标准的住宅门窗传热系数普遍在2.0~2.8W/(m2.k)】③外窗在传热系数很低的情况下，可以满足自然采光和在冬季有一定的太阳得热；④有高效热回收通风装置，以满足人体每小时30m3新鲜空气的需求；⑤门窗采用密封材料，除新风换气系统外，几乎没有与外界连通的缝隙，开关和插座与外联处用密封胶封住。在室内外大气压差50Pa的情况下，每小时屋内的换气次数不超过0.6次；⑥房间楼板上加5mm厚的隔音垫，其上还有60mm挤塑保温板，达到室内不超过25分贝，客厅小于30分贝；分户墙装有30mm改性酚醛板保温材料，下水道用双层外包隔音保温毯做隔音处理。e）精细施工严格施工步骤、一丝不苟地执行各类标准。四、被动房的建设主要技术手段：a）通过优化建筑体型和朝向利用自然通风、自然采光；b）极大地提高围护结构保温隔热性能，实现无热桥的构造；c）采用高性能的被动房门窗；d）提高建筑气密性；e）采用高效热回收的新风系统；f）利用可再生能源满足辅助供热，生活热水和辅助照明。主要质量保证措施：a）开展被动式低能耗建筑专题技术培训和设计指导，杜绝边设计边施工。b）开展被动式低能耗建筑的施工培训，严格施工监理和过程质量控制。c）加强产品监控，选择高质量的与建筑同寿命的节能产品与配件。d）进行建筑整体的气密性测试，查找施工和产品质量漏洞。e）被动式低能耗建筑必须进行精装修，加强运营阶段的能耗监控及优化运营。五、被动式供冷系统【来自论文《被动式供冷和辐射供冷技术》】（1）减少建筑得热的技术（Gainpreventiontechniques）节能型的建筑是减少空调能耗的重要保证，在进行建筑规划时，适当的建筑选址和建筑形式，减少日光辐射，利用自然风，可以帮助创造适宜的微气候。比如，建筑物的选址最好在绿化好、面临湖泊等湿地的地区或山谷边；在建筑周围和室内种植和布置植物，也可美化环境、净化空气和减少阳光辐射。据报道，一棵树每年提供的冷量相当于消耗1~2.4MJ电力的人工空调发挥的作用。从节能角度看，建筑物的外形以立方体最好，建筑物的方位应取南北为主立面。建筑物外墙颜色与其吸收太阳热辐射的能力密切相关，因此也应充分注意。窗的构造及窗墙面积比直接关系到建筑物的保温性能，遮阳板