德國被動房與中國氣候帶

2021-01-15 綠色建築研習社


被動房以極低的能耗和實惠的成本提供最佳可能的舒適室內環境。這是解決建築領域中氣候保護任務的關鍵。因此特別適用於擁有龐大人口基數和經濟快速發展的中國。目前在中國只有個別的被動房實例。


2016年,PHI發布《被動房在中國氣候帶》的研究報告,為中國所有氣候區提供了系統性的被動房設計基礎。結果顯示,被動房可以建造於中國的任何地方。


《報告》基於一個十層的住宅樓,分別從覆蓋中國的所有氣候區的九個地點進行被動房原理的進一步細化。與按現行標準建造的常規新建建築相比,參考被動房得到的結果是節省了 80%-90%的採暖能源需求和約 50%的製冷和除溼能源需求。


合適的窗戶品質、保溫水平、暖通設備和建築組件結構類型取決於氣候和建築布局。不過在所有的情況中,用的都是相同的原理,所得的結果都是按國際標準認同定義的被動房。



寒冷和嚴寒氣候區


在寒冷和嚴寒氣候區,最重要的性能就是建築必須擁有極好的保溫。傳熱係數 U-值約為 0.1W/(mK),非常好的氣密性,三玻(甚至四玻或者真空)低輻射玻璃,以及高效熱回收通風系統是必要的。


緊湊的熱工圍護結構和南向窗戶是有利的。為了提高冬季室內空氣相對溼度,可以使用能量回收通風系統(ERV,全熱交換系統,即同時回收熱量和溼度的系統)。


在這些氣候區中,要讓建築結構耐久、乾燥,最重要的一點是在牆或者屋頂結構的內側敷設隔汽層(這可以同時就是氣密層),而在外側則要考慮透氣性。外表面同時應該保護結構使其免受雨水的侵入,例如使用不吸收雨水的塗料。保溫層應該敷設在外側以保持結構溫暖和乾燥。


採暖可以通過多種不同方式實現。傳統的系統例如散熱器或者地板採暖依然適用,但是他們所需的設計負荷相比之下就要小得多。被動房的採暖,可以很簡單地通過對送風加熱就能實現。「送風」是通風系統為了提供良好室內空氣品質而輸送的新鮮空氣;加熱時有可能需要加入小量的室內循環風進行補充。


即使是在中國相對寒冷的氣候區,夏季也有持續數周之久的炎熱天氣。高溫可能會伴隨著高溼度,尤其是在東部區域。在某些氣候區,例如北京,為了高舒適度的夏季室內環境,即使是在被動房中也需要主動製冷和除溼。



夏熱冬冷區


在經濟上舉足輕重的夏熱冬冷區,採暖和主動製冷都需要。在冬季和夏季需要良好的保溫,但是相較於寒冷的氣候區其保溫程度相對低一些。夏季在製冷需求峰值條件下,室外的高溼度使得利用夜間通風不可行。


除溼所需能源可以通過使用合理可控的能量回收通風系統(全熱交換新風系統)而顯著減少。冬季可以利用被動太陽能,但在夏季需要有效的活動遮陽避免過熱。


通過送風(有可能需要補充 100%-200%的循環風)來實現溫溼調節,在這些地區尤其具有優勢。因為僅需要一個系統就能同時實現採暖、製冷和除溼。另外,對於低溫的送風,必須要考慮到一些關於風管和風口的技術細節。


此外還有一種價格低廉並且方便易得的替代方案,即在每套住宅的中央房間安裝單個傳統的小型分體式空調機組。這種方案要求房間門在一天當中敞開一段時間。這種方式的熱舒適性比送風製冷就只是稍微差一點。


在潮溼的夏季,需要特別注意除溼是否足夠;為了獲得最佳的舒適度和節能,溼度應該和溫度分開控制。在這些氣區,建築外部結構組件實現徹底溼平衡尤具挑戰性,因為溼傳遞方向在整年中會發生改變。建築外牆和屋面的結構就需要特別慎重地考慮。


用 EPS 作為外保溫時,通常不會有問題。但對於用礦物棉作為保溫的結構,外部抹灰的性能十分重要,例如很低的水蒸氣擴散阻力和很低的吸水性。



夏熱冬暖區


在受熱帶氣候影響的 夏熱冬暖區,對陽光的控制是最重要的因素。窗戶應該用高選擇性遮陽型玻璃,並以固定遮陽裝置避免太陽直射,不過活動遮陽也是可以使用的。外牆和屋面可以通過保溫層降低太陽負荷;或者使用高紅外反射率隔熱塗料也是有效的方法,尤其對於屋面。


除溼需求甚至可以比顯熱製冷需求還高。氣密的圍護結構保護著建築內部免受室外高溼度的影響。能量回收通風系統(全熱交換新風系統)可提供更進一步的保障。


在這一類型的氣候區中,耐久乾燥的牆和屋頂結構需要吸水率特別低但能透氣的外表面。大部分的結構類型在這個前提下都能運行得很好;外保溫如果採用透水蒸氣的材料,例如礦物棉,則需要特別注意溼度。在 溫暖氣候區的製冷設備使用和夏熱冬冷地區相同的原則。



南方溫和的山地氣候區


在中國南方溫和的山地氣候區,陽光充足,氣候溫和,有許多不同的被動房設計方案可以選擇。在這個氣候區,甚至可以建造既不需機械通風也不需三玻玻璃的被動房。


通過研究結果也證實了, 被動房規劃設計軟體包(PHPP)是適用於所有中國氣候區的設計軟體。如果從設計一開始就將 PHPP 計算融入成為設計過程的一部分,那麼可以實現集舒適、節能和經濟為一體的被動房。



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