跟著菲斯特教授學(xué)被動(dòng)房【一】

《德國(guó)被動(dòng)房基礎(chǔ)理論》課程，共8節(jié)，由德國(guó)被動(dòng)房研究所沃爾夫?qū)し扑固亟淌谥v授，沈陽建筑大學(xué)夏曉東講述，柴澤賓翻譯，沈陽建筑大學(xué)建筑節(jié)能技術(shù)研究中心錄制。本課程已獲授權(quán)，轉(zhuǎn)載必究。

第一節(jié)   被動(dòng)房概述

課程PPT及講義

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第一節(jié) 被動(dòng)房概述

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首先，我們來看一個(gè)例子。這是一個(gè)咖啡壺及其加熱裝置，這不是一個(gè)建筑，但是作為研究物理的學(xué)者呢，我們認(rèn)為很多事物可以通過物理學(xué)來解釋，那么這樣一個(gè)咖啡壺和我們的建筑有很多相似之處?？Х葔貎?nèi)咖啡的熱量會(huì)通過壺的外殼向周圍散發(fā)熱量，通常我們的肉眼是看不見這樣的熱量散失的，但是在紅外熱像儀的幫助下，我們可以清晰地看到熱損失。

通過這個(gè)照片呢，就可以解釋為什么我們的咖啡放在室內(nèi)，逐漸會(huì)變涼了?？Х茸儧鍪怯蔁崃可⑹г斐傻模绻Х葲]有熱量散失，咖啡是不會(huì)涼的。為了使咖啡壺內(nèi)的咖啡保持一定的溫度，需要通過加熱裝置在咖啡壺底部進(jìn)行加熱，來彌補(bǔ)咖啡壺外殼的熱量損失。通常我們需要使用電廠發(fā)的電來完成這樣能量補(bǔ)充。如果電廠所發(fā)的電來自于燃煤，那么將排出大量的二氧化碳。那么如何解決咖啡變涼這樣一個(gè)問題呢？一個(gè)非常好的方法就是使用保溫壺，從這張紅外熱成像圖片上呢，我們可以看到，雖然保溫壺仍然有一部分是高于環(huán)境溫度的，但是它的熱損失已經(jīng)非常的低了。

這兩種保持咖啡溫度的方式，一種叫做主動(dòng)式，也就是靠加熱補(bǔ)充熱損失的方式，另一種叫做被動(dòng)式，也就是通過提高容器的保溫性能來維持溫度，這樣保溫壺內(nèi)的咖啡可以保持幾個(gè)小時(shí)的溫度，那么我們認(rèn)為，從某種意義上講，被動(dòng)式是一種非常明智的選擇。那么，我們身邊大約95%的建筑存在上述咖啡壺的現(xiàn)象，也就是說絕大部分建筑的外殼保溫性能不夠好。

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我們來看另外兩個(gè)例子，通常汽車跑100公里大概消耗7升油，這張圖片是德國(guó)研發(fā)的一款超級(jí)節(jié)能的汽車，它的百公里耗油量?jī)H有1升油，他的能效要比普通的車高5倍多，但很遺憾，這輛車買不到，因?yàn)樯a(chǎn)商不準(zhǔn)備生產(chǎn)這種車，因?yàn)樯a(chǎn)商給出的解釋是，現(xiàn)在的車已經(jīng)很節(jié)能了，這種車可能十年以后才開始生產(chǎn)。這就是由于某些商業(yè)的原因，致使我們已經(jīng)知道應(yīng)該怎樣做，或者怎樣做是對(duì)的，但仍然不能馬上就去做。

在德國(guó)北部地區(qū)，普通的建筑能耗大約在10升油左右，這張圖片呢是在1990年的時(shí)候，我和瑞典的阿達(dá)姆森教授建造的第一棟被動(dòng)房，這棟建筑的能耗大約在1升油左右，能效比普通的建筑高了10倍。和上面的汽車相比，我們有一個(gè)好的消息，我們可以買到這樣能效非常高的房子，因?yàn)楸粍?dòng)房的理論全部是公開的，我們甚至可以自己去建一棟這樣的房子。被動(dòng)房并沒有那么神秘，我可以告訴大家怎樣建造這樣的房子。

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這張圖是歐洲能源消耗的比例圖，它是以百分比的形式反映出來的，我們可以看到，大約三分之一的能源消耗在了交通中，大家可以想象一下，如果汽車生產(chǎn)商能夠生產(chǎn)上面那種百公里1升油的汽車，那么交通的能源消耗將會(huì)減少多少，但是汽車生產(chǎn)商總是說十年以后再生產(chǎn)，遺憾的是我們等了30年也沒有等到這種汽車面世。另外三分之一的能源消耗是用來給建筑供暖的，在中國(guó)采暖的能耗大約在20%左右，但是近年來隨著中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的新建建筑被建造出來，而這些建筑并不是很節(jié)能的建筑，因此近年來中國(guó)的建筑能耗呈極速的上升趨勢(shì)，而在中國(guó)，大部分的采暖能耗來自于燃煤，這也造成在冬季會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的空氣污染問題。

在全球范圍內(nèi)，污染問題和碳排放問題導(dǎo)致了地球平均溫度的上升，如果任由這種趨勢(shì)蔓延20-30年，那么我們的子孫將會(huì)面臨一種非常艱難的生存環(huán)境。但可喜的是，目前與汽車生產(chǎn)商相比，至少我們可以通過降低建筑能耗來大幅度降低碳排放，從而為環(huán)境的改善做一點(diǎn)貢獻(xiàn)。

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讓我們來詳細(xì)看一下德國(guó)建筑的能量消耗，圖中縱坐標(biāo)為單位面積的一次能源消耗量，也就是每平方米消耗多少千瓦時(shí)。紅顏色的是建筑的采暖能耗，黃色的是通風(fēng)能耗，藍(lán)色的是生活熱水能耗。

最左邊的一列是德國(guó)1980年之前的老建筑，他的能耗非常的高，采暖能耗接近250千瓦時(shí)每平方米，德國(guó)政府不斷的提高新建建筑的能效標(biāo)準(zhǔn)，從降低20%、50%、到降低75%，盡管新建建筑的能耗在不斷降低，但與最右面一列被動(dòng)房的建筑能耗相比，仍然還是很高。

從圖中可以看出，被動(dòng)房比75%標(biāo)準(zhǔn)的建筑能耗還要節(jié)約70%的采暖能耗，只有把能耗降低到被動(dòng)房這樣的標(biāo)準(zhǔn)，才能使通過可再生能源為建筑提供采暖能源成為可能。在這里我們先不討論怎樣通過可再生能源為建筑供能，我們著重討論怎樣使建筑的能耗節(jié)約下來。在德國(guó)已經(jīng)開始對(duì)老建筑進(jìn)行節(jié)能改造，那對(duì)老建筑進(jìn)行改造的成本呢，會(huì)比按照被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)新建的建筑的成本要高很多。

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改造成為被動(dòng)房遠(yuǎn)比新建被動(dòng)房昂貴的多，讓我們看幾個(gè)例子。幾乎大部分的建筑都可以建造成被動(dòng)房。這是德國(guó)的家庭住宅，左上角這張是德國(guó)北部地區(qū)的磚砌被動(dòng)房建筑，右上角這張呢是在德國(guó)中部地區(qū)的預(yù)制混凝土被動(dòng)房建筑，左下角的這張是預(yù)制木結(jié)構(gòu)的被動(dòng)房，右下角這張也是木結(jié)構(gòu)的被動(dòng)房，它采用的保溫材料是回收紙，我們?cè)诤竺鏁?huì)講到這棟建筑。說到這里呢，我們想說被動(dòng)房可以適宜各類建筑結(jié)構(gòu)形式、各種建筑外觀形式和不同的施工方式。

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這里我們看一看在德國(guó)的多高層建筑案例，所有項(xiàng)目均是得到被動(dòng)房認(rèn)證的項(xiàng)目，也是不同的風(fēng)格，大部分的建筑都是混凝土結(jié)構(gòu)的建筑。

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這是中國(guó)河北高碑店由龍湖地產(chǎn)開發(fā)的列車新城被動(dòng)房項(xiàng)目，這是一棟30層的高層居住建筑案例，這也是經(jīng)過被動(dòng)房研究所認(rèn)證過的項(xiàng)目。

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這是中國(guó)山東青島中德生態(tài)園的一個(gè)被動(dòng)房項(xiàng)目，這是中國(guó)第一棟獲得被動(dòng)房研究所認(rèn)證的被動(dòng)式辦公建筑，這棟建筑監(jiān)測(cè)了近兩年的數(shù)據(jù)，也證明了被動(dòng)房技術(shù)在辦公建筑中同樣適用。

【P10】

但是在歐洲我們遇到了不同的問題，在歐洲沒有大量的新建建筑，每年新建的建筑大概占比僅有1%左右，既有存量的老建筑不得不面臨改造問題，這些圖片是改造后的一些建筑，有一些改造后看上去像是新建建筑，而也有一些建筑改造后仍然保持了原貌。改造后的能效是改造前的5倍左右，同樣改造要比新建建筑成本高很多。目前中國(guó)大量建造的高能耗的新建建筑將會(huì)在20年后面臨同樣的改造問題，但那時(shí)可能會(huì)更貴，因?yàn)閺牡聡?guó)的經(jīng)驗(yàn)來看，在上世紀(jì)八十年代沒人知道可以有更節(jié)能的技術(shù)和方式來建造建筑，但是現(xiàn)在我們都知道有更加節(jié)能的建筑技術(shù)，但是遺憾的是受多方面因素的影響，我們依然在建造大量的不節(jié)能的建筑。

在這里，我想套用任正非的一句話來解釋既有建筑改造的問題，任正非說“存量改造永遠(yuǎn)是最重大的機(jī)會(huì)，但只有突破了才有改造存量的可能性?！比慰傉f的突破實(shí)際上是對(duì)改造技術(shù)突破了，對(duì)于既有建筑節(jié)能改造來講，如果依然沿用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維和施工方式，必然會(huì)造成改造成本大幅增加。所以，對(duì)建筑節(jié)能改造關(guān)鍵技術(shù)的突破，是我國(guó)建筑節(jié)能事業(yè)將來要面臨的一個(gè)重大課題。

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在本次系列講座中，我們將展示建筑節(jié)能背后的建筑物理問題，因?yàn)橹挥懈玫睦斫饬私ㄖ锢淼某ＷR(shí)，才能在建筑設(shè)計(jì)中達(dá)到事半功倍的效果。那么我們將建筑進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化成這樣一個(gè)圓的形式，在中國(guó)的嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷等地區(qū)，冬季室外溫度很低，而我們需要保持室內(nèi)的舒適溫度，這和剛才講的咖啡壺是一個(gè)道理的，一種方式是依靠主動(dòng)式加熱不斷補(bǔ)充能量，另一種方式是被動(dòng)式的，也就是提高建筑外殼的保溫。

在建筑的熱損失方面，主要的一種形式是熱傳導(dǎo)，熱量會(huì)從高溫一側(cè)通過建筑的外殼流向低溫一側(cè)，建筑的外殼也就是外墻、外窗、屋頂、地面等劃分室內(nèi)外的構(gòu)件，也稱作建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。另外一個(gè)較大的熱損失是空氣流動(dòng)的熱損失，室內(nèi)外的空氣流動(dòng)和交換帶走了室內(nèi)的熱量，不管是開窗、開門或者是建筑中的縫隙等，都會(huì)造成空氣流動(dòng)的熱損失。那么這么多熱損失會(huì)降低室內(nèi)的溫度，這就是為什么建筑需要采暖，如果我們有效地避免這種熱損失的話，我們就有可能會(huì)實(shí)現(xiàn)建筑不需要采暖。

在建筑得熱方面，太陽能得熱是最為直接有效的，尤其是在冬季太陽的熱量是非常寶貴的。我們室內(nèi)的家電設(shè)備和人體也是重要的室內(nèi)熱量來源，因?yàn)槿梭w的體溫要高于環(huán)境溫度，我們使用的電腦等設(shè)備在放熱。這兩種得熱是免費(fèi)的，稱作建筑的免費(fèi)得熱。當(dāng)建筑的免費(fèi)得熱不能彌補(bǔ)建筑熱損失的時(shí)候，就需要補(bǔ)充建筑的采暖能耗。

那么這個(gè)關(guān)系就是建筑的能量平衡，也就是建筑的熱損失和建筑的熱補(bǔ)充是總體平衡的，也就是ΔU=0，這也是我們能夠進(jìn)行能量精確計(jì)算的理論基礎(chǔ)。

【P12】

接下來我們看一個(gè)例子，這是一棟在1929年建造的德國(guó)老建筑，右側(cè)圖表反映出了這棟建筑的能量平衡關(guān)系，總體熱量消耗在220多KWH/m2a。右邊一欄顯示出了太陽能得熱（黃色）、室內(nèi)得熱（橘黃色）和建筑采暖能耗（紅色部分）大約在200KWH/m2a，這些紅色的部分是補(bǔ)充到建筑里面采暖的能量。

左邊一欄我們可以看到這些熱量都是在哪些部位損失的，比如建筑的外窗、外墻、屋頂、地面、通風(fēng)等各占一定的比例。那么這棟建筑這么高的能源消耗，就需要德國(guó)從其他國(guó)家進(jìn)口大量的石油和天然氣才能滿足。

【P13】

下面這張圖片是改造成被動(dòng)房之后的效果，建筑師并沒有改變太多外觀，給建筑加了保溫層，更換了外窗和設(shè)備。右側(cè)圖表顯示了改造后的建筑能耗比例及總量變化，他比改造前節(jié)約了87%。很多人質(zhì)疑這個(gè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，但下面的圖表顯示了冬季（從十月份到第二年五月份）采用PHPP能耗軟件計(jì)算的采暖能耗值，也就是淺藍(lán)色的圖標(biāo)，和實(shí)際能耗監(jiān)測(cè)值，也就是深藍(lán)色的方塊的對(duì)比。這里介紹一下，PHPP軟件是德國(guó)被動(dòng)房研究所開發(fā)的一個(gè)能耗計(jì)算軟件，它是一個(gè)基于EXCEL表格的計(jì)算軟件，用于計(jì)算建筑的能量消耗。監(jiān)測(cè)的結(jié)果顯示出這棟建筑的實(shí)際用能值略少于PHPP能耗軟件計(jì)算值，這是因?yàn)槊恳荒甑氖彝鈿鉁刈兓杂胁煌?，而我們能耗?jì)算中的氣象參數(shù)選擇的是典型氣象年的數(shù)據(jù)，而實(shí)際氣象年與典型氣象年是略有偏差的，但總體來看基本與設(shè)計(jì)值相符。

【P14】

上面我們介紹了被動(dòng)房的基本理念，下面我們來看被動(dòng)房是如何實(shí)現(xiàn)這一理念的。這是一張典型的住宅建筑的剖面圖，這張圖我們會(huì)在后面看到很多次。這里有一層、二層和屋頂空間，起居室、臥室等。

那么我們來看一下達(dá)到被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)都有哪些必要的條件。第一是高性能的建筑保溫隔熱，建筑的保溫應(yīng)該盡可能連續(xù)完整地包裹住建筑的外殼，這樣會(huì)減少不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失；

第二是盡可能地避免熱橋，通俗地講，熱橋就是在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱損失比較大的部位，比如外墻轉(zhuǎn)角、屋頂與外墻交接處、外墻與門窗框交接處等；

第三是高性能的外門窗，高性能的門窗可以降低透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分的熱損失，因?yàn)椴Ａ峭该鞯?，因此我們將外門窗也叫做透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)；

第四是提高建筑的氣密性，提高建筑的氣密性之后，就可以有效控制室內(nèi)外的空氣滲透，使室內(nèi)外的空氣流動(dòng)變得有組織；

第五是帶熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)，因?yàn)闅饷苄蕴岣咧笫覂?nèi)需要新風(fēng)機(jī)提供新鮮空氣，同時(shí)需要排出室內(nèi)的一部分污濁的空氣，那么補(bǔ)充進(jìn)來的新鮮低溫空氣與排出的室內(nèi)高溫空氣需要進(jìn)行熱回收，熱回收效率至少要大于75%，甚至可以更高，這樣就有效地降低了新風(fēng)的能耗。

做到以上五點(diǎn)，就可以基本達(dá)到被動(dòng)房的性能，下面我們進(jìn)一步討論這五點(diǎn)或者是五個(gè)規(guī)則的重要性。

【P15】

第一個(gè)規(guī)則，高性能的建筑保溫隔熱。

這張圖片是不同結(jié)構(gòu)形式的建筑外墻節(jié)點(diǎn)，從左向右依次為，木結(jié)構(gòu)墻體、混凝土墻體、加氣混凝土墻體、磚或砌塊墻體和免拆模的混凝土墻體，不管哪種結(jié)構(gòu)的墻體，都需要非常好的保溫，在沈陽這樣的嚴(yán)寒氣候區(qū)保溫層厚度通常需要在20-30cm左右。

【P16】

下面我們來看一個(gè)改造的項(xiàng)目，這是采用外墻外保溫的做法，保溫板選用了20cm厚的導(dǎo)熱系數(shù)0.035的石墨聚苯板材料。我們看左下角的照片，白色的袋子是裝有保溫板的袋子，灰顏色的板子就是石墨聚苯板保溫板，淺灰色的外墻是原有建筑沒做保溫的墻體。

在右側(cè)的紅外熱成像圖片中可以看到，白色袋子的溫度就是室外環(huán)境溫度，它呈現(xiàn)出深藍(lán)色，那么粘貼了保溫材料的外墻部分，也是藍(lán)色，但比室外環(huán)境溫度略高，因此顏色要淺一些，沒有做保溫的墻面溫度更高呈黃綠色，證明熱量在向外大量的流失。

【P17】

這是節(jié)能改造后的建筑與沒有改造的老建筑的對(duì)比照片，從右下角紅外熱成像照片中可以看到，保溫改造后的建筑墻體呈藍(lán)色，遠(yuǎn)處沒有改造的建筑墻體呈黃綠色，新安裝的外窗呈黃綠色，而老建筑的外窗呈紅色。

很多人看到這張圖片認(rèn)為這棟建筑沒有采暖，因?yàn)闆]有采暖的建筑的熱成像類似于這個(gè)狀態(tài)，但是我們將外窗開了一個(gè)角，這個(gè)紅色的部位溫度是22度。那么通過這張圖片我們證明了，高性能的保溫墻體對(duì)建筑節(jié)能是非常有作用的。那么很多人會(huì)有疑問，做這么好的保溫層到底經(jīng)濟(jì)不經(jīng)濟(jì)呢？

【P18】

這是一個(gè)經(jīng)濟(jì)分析的曲線圖，他的橫軸是建筑外墻的傳熱阻，通俗的講熱阻就是材料對(duì)熱流傳導(dǎo)的阻力，材料的熱阻越大，他的導(dǎo)熱能力越差。

這張圖中橫軸每一個(gè)單位是增加4cm厚的保溫，刻度1就是4cm厚保溫的墻體熱阻值，刻度5就是20cm厚保溫的墻體熱阻值；縱軸是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，單位是歐元/m2·a；這里有一個(gè)0刻度線，0刻度線以下的黃顏色線是保溫板及錨固的投入成本，也就是說保溫板越厚，投入的成本越高。

0刻度線以上的藍(lán)色曲線是節(jié)能效益，我們可以看到隨著保溫層的加厚，節(jié)能效益先是顯著的提升，然后逐漸趨于平緩。白色的曲線是節(jié)能效益減去投入成本這個(gè)值的曲線，也就是藍(lán)色曲線減去黃色曲線，那么最佳的平衡點(diǎn)我們發(fā)現(xiàn)是在大于20cm的這個(gè)位置，它對(duì)應(yīng)的外墻傳熱系數(shù)大概在0.15左右，當(dāng)然，這是在德國(guó)這樣一個(gè)氣候區(qū)，不同的氣候區(qū)會(huì)有不同的值，總體來講是在刻度5-10之間。

【P19】

這是一個(gè)典型的外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)的構(gòu)造圖，EIFS是外墻保溫完成系統(tǒng)的首字母縮寫，左側(cè)是沒有保溫的墻體，中間是保溫17.5cm厚的墻體，右側(cè)是保溫層25cm厚的墻體，我們分別計(jì)算了他們的內(nèi)表面溫度，統(tǒng)計(jì)了造價(jià)情況，可以看出不做保溫層只砌墻體也需要每平方米40歐元，做了保溫的墻體分別需要每平方米73歐元和81歐元，每年每平方米的投資費(fèi)用分別為1.4歐元和1.73歐元，那么我們看一下投資的成本換回來了多少熱量，他們分別是107.4kWh和111.4kWh，最終我們可以得出節(jié)約1kWh的能量所需要的成本。那么通過這個(gè)例子我們可以看出，從建筑的全壽命周期視角來看，做好建筑的保溫對(duì)于建筑節(jié)能和節(jié)約資金是非常劃算的。

這里我們做個(gè)比喻，大家知道家用電器有節(jié)能分級(jí)，一級(jí)的節(jié)能率高，四級(jí)的比較差，差別在哪呢？就是能效比，一級(jí)的能效比高，四級(jí)的能效比低，比如一個(gè)房間內(nèi)的空調(diào)，一級(jí)空調(diào)每天耗電1.3度就可以使室內(nèi)保持26度，四級(jí)空調(diào)可能就需要2度多電，那么從全壽命周期來看，每天多一度乘以時(shí)間，電費(fèi)就是一個(gè)運(yùn)行過程中的成本，四級(jí)空調(diào)是便宜一些，但是后續(xù)的電費(fèi)又給找回來了，這和建筑保溫節(jié)能是一個(gè)道理的。那么實(shí)際上建筑節(jié)能構(gòu)件或設(shè)備使用壽命越長(zhǎng)，就會(huì)越節(jié)約能源。這也是為什么我們首先要優(yōu)先保證建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫，作為第一規(guī)則，因?yàn)閲o(hù)結(jié)構(gòu)的壽命非常的長(zhǎng)，它可以與建筑結(jié)構(gòu)同壽命，而不像設(shè)備5-10年需要更換，而且需要經(jīng)常維護(hù)，這就是做好建筑保溫的重要性。

【P20】

第二個(gè)規(guī)則，盡可能地避免熱橋。

【P21】

這幾張圖片是建筑中沒有處理好的熱橋部位，我們可以觀察到他主要集中在各種構(gòu)件的交接部位，比如屋面與外墻的交接處，外窗與外墻的交接處，由于這些部位的保溫做的不夠好，使這些部位溫度都很低，室內(nèi)空氣中的水份會(huì)在這些位置產(chǎn)生結(jié)露，因此這些位置都很濕，也容易產(chǎn)生發(fā)霉的現(xiàn)象。要想建筑不發(fā)霉，就需要保證建筑墻體等構(gòu)件的內(nèi)表面溫度大于空氣的露點(diǎn)溫度。

【P22】

這是一個(gè)典型的被動(dòng)房建筑空間，室外環(huán)境溫度在-5度，室內(nèi)設(shè)定在了20度，如果想避免結(jié)露現(xiàn)象，經(jīng)計(jì)算，構(gòu)件內(nèi)表面溫度要大于16度。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，溫度較低的位置出現(xiàn)在玻璃與型材的交接處13度，窗框和窗洞口的交接處16度，這也就是上面的圖片中為什么窗附近容易發(fā)生結(jié)露和發(fā)霉現(xiàn)象。

【P23】

這是一個(gè)帶地下室的建筑的外墻墻腳部位的剖面圖和照片，以及他的溫度模擬計(jì)算結(jié)果。地下室是不采暖的，這個(gè)墻腳部位也是典型的熱橋部位，為了減少此處的熱損失，應(yīng)該在地下室頂板下面和地下室外墻內(nèi)側(cè)交角部分做內(nèi)保溫層，并且將外墻外保溫層向下延續(xù)至一定深度，以減少墻腳部位的熱損失，同時(shí)避免轉(zhuǎn)角部位的內(nèi)表面溫度低于露點(diǎn)溫度，也避免造成發(fā)霉問題。

【P24】

第三個(gè)規(guī)則，高性能的門窗。

這是門窗玻璃的構(gòu)造和能量平衡圖表。上面從左向右依次為，單玻、雙玻、雙玻單low-e充氬氣、三玻雙low-e充氬氣的構(gòu)造，第三行是玻璃的傳熱系數(shù)，可以看到隨著選材和精密的構(gòu)造設(shè)計(jì)玻璃的傳熱系數(shù)在依次減小，也就是窗玻璃的保溫性能在越來越好。第四行，保溫性能好會(huì)帶來玻璃內(nèi)表面溫度的升高，窗內(nèi)表面溫度的升高會(huì)使人在窗邊感覺不到外部的溫度變化。第五行，是太陽光透射率，那么他在逐漸降低，也就是玻璃層次越多透射率越低。最后一行是南向外窗的全年能量平衡圖表，藍(lán)色的是熱損失，黃色的是太陽能得熱，紅色的部分是得熱和失熱的差值，也就是凈損失，我們可以看到隨著窗性能的提升，凈損失在大幅減小，最后一種窗他全年還在得熱。這就從得熱是失熱角度，我們?yōu)槭裁催x擇高性能的門窗的原因。

很多人會(huì)問，這幾種窗的價(jià)格是不是也越來越貴？答案是肯定的，確實(shí)隨著性能的增加價(jià)格也在遞增。解決這個(gè)問題呢是需要一個(gè)過程的，那么隨著建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，尤其是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的提升，會(huì)促使產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)，逐漸淘汰落后產(chǎn)能，就像現(xiàn)在在市面上很難找到傳統(tǒng)的鋁合金窗一樣，當(dāng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)到普遍都是高性能窗時(shí)，產(chǎn)量也就上來了，價(jià)格也就降下來了。

【P25】

影響門窗性能的另一個(gè)因素是門窗框，這是德國(guó)被動(dòng)房研究所認(rèn)證的外窗產(chǎn)品情況。到目前已經(jīng)有400多種認(rèn)證了門窗產(chǎn)品，而且逐年呈上升趨勢(shì)。

【P26】

門窗框型材的發(fā)展趨勢(shì)是向型材截面尺寸逐漸減小的方向來發(fā)展的，這樣可以增大外窗玻璃的面積。窗的型材選擇上也都是導(dǎo)熱系數(shù)比較小的材料，尤其近年隨著新材料的不斷突破，新型的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為外窗型材提供了多種選擇，這些材料的導(dǎo)熱系數(shù)都很低，而且強(qiáng)度韌性等力學(xué)性能也都很好。

【P27】

這是一張被動(dòng)房外窗的室內(nèi)側(cè)紅外熱成像圖片，左側(cè)室內(nèi)有一把椅子，墻體內(nèi)表面溫度與椅子接近，這是一個(gè)非常好的建筑保溫所產(chǎn)生的效果，玻璃的內(nèi)表面溫度在19攝氏度以上，窗框的溫度在18攝氏度左右。高性能的外窗能夠保證室內(nèi)的舒適度，甚至在窗邊也感受不到較大的溫度變化。與傳統(tǒng)的老建筑進(jìn)行對(duì)比，這是室內(nèi)20攝氏度，室外溫度-5攝氏度的環(huán)境下的一棟老建筑，它的窗內(nèi)表面溫度在12-14攝氏度左右，和被動(dòng)房建筑相比老建筑的室內(nèi)舒適度很差。

【P28】

第四個(gè)規(guī)則，提高建筑的氣密性。

我們來看一下為什么要提高建筑的氣密性呢？第一就是避免濕氣進(jìn)入圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，造成對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞；第二，是提高室內(nèi)外的隔聲效果，因?yàn)槁曇粼诳諝庵锌梢詡鞑?；第三，是避免室外污染的空氣不受控制地進(jìn)入到室內(nèi)，這個(gè)我們?cè)陟F霾天深有體會(huì)，室外PM2.5濃度300的時(shí)候，氣密性不好的建筑室內(nèi)也有100多；第四，可以提高新風(fēng)系統(tǒng)的功效，這也為有組織地進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)提供條件，是新風(fēng)設(shè)備正常按設(shè)計(jì)運(yùn)行；第五，是節(jié)能和節(jié)省采暖制冷除濕的費(fèi)用。因?yàn)楸粍?dòng)房里的新風(fēng)系統(tǒng)是需要具有熱回收功能的，如果控制不好氣密性，沒有通過新風(fēng)系統(tǒng)的額外風(fēng)量就會(huì)增加，而這種額外的風(fēng)就是冷風(fēng)，沒有熱交換的預(yù)熱。

【P29】

第五個(gè)規(guī)則，帶有熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)。

在建筑保溫做好、氣密性做好之后，我們需要新風(fēng)系統(tǒng)為建筑室內(nèi)提供新鮮空氣，新風(fēng)的送風(fēng)口一般在臥室、起居室等空間，并且還要排出一些室內(nèi)的污濁的空氣，通常在衛(wèi)生間和廚房里加設(shè)排風(fēng)的設(shè)施，一般排風(fēng)量與新風(fēng)量是相等的，新風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際上是機(jī)械通風(fēng)，他的風(fēng)量是可以控制的，也可以加裝過濾網(wǎng)過濾掉PM10、PM2.5等空氣中的顆粒物，還可以加裝熱回收裝置，將室內(nèi)排出的污濁空氣中的熱量回收回來大部分。新風(fēng)機(jī)組實(shí)際是機(jī)械系統(tǒng)，需要用少量的電。

【P30】

這幾張圖片都是新風(fēng)機(jī)組的，六邊形的就是熱回收裝置的熱交換器，這是幾種不同形式的新風(fēng)機(jī)組，通常熱回收率需要達(dá)到75%-90%之間，好的新風(fēng)機(jī)組需要保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)，尺寸盡量小，運(yùn)行要安靜，噪聲要小，并且能效要高，也就是耗電量要少。在一些高濕地區(qū)還應(yīng)該有除濕功能。

【P31】

這是一張全球氣候區(qū)劃圖，深藍(lán)色的區(qū)域是嚴(yán)寒地區(qū)，在這個(gè)地區(qū)的建筑以保溫為主而且需要非常的厚；

淺藍(lán)色地區(qū)是寒冷地區(qū)，氣候條件比嚴(yán)寒地區(qū)要有一定的提升，太陽得熱也有增加；綠色是夏熱冬冷地區(qū)，也就是我們國(guó)家的上海就是在這個(gè)氣候區(qū)域，這個(gè)區(qū)域在夏季濕度非常大，那么就需要很多的能耗用于除濕；淺黃色是溫和地區(qū)，也是非常幸運(yùn)的區(qū)域，這些區(qū)域不冷不熱不濕，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)房非常容易，因?yàn)槭覂?nèi)外的溫差不是很大；

赭石色的區(qū)域是炎熱地區(qū)，在這些地區(qū)的建筑依然需要保溫隔熱層，熟褐色的區(qū)域是極熱地區(qū)。目前，對(duì)被動(dòng)房有一種誤解，人們以為被動(dòng)房是一個(gè)建筑，放在哪個(gè)氣候區(qū)都可以，實(shí)際上并不是這樣，被動(dòng)房是一種理念，或者說是一種方法論，具體在哪個(gè)區(qū)域怎么做需要應(yīng)用設(shè)計(jì)工具因地制宜地開展設(shè)計(jì)。這里再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍，只有物理規(guī)則放之四海皆準(zhǔn)，沒有天下通吃的建筑。除非把建筑做成航天器那樣，既耐低溫，又抗高溫，而且全部是機(jī)械系統(tǒng)。當(dāng)然大家也知道航天器的價(jià)格。

【P32】

這里我們來看幾個(gè)建筑，他們是建在不同氣候區(qū)的被動(dòng)房，有一些是意大利的，大家可以自己查閱一下。

【P33】

在這節(jié)課的最后我們來看一看被動(dòng)房的監(jiān)測(cè)結(jié)果，左上角這張圖片是德國(guó)上世紀(jì)50年代建造的老建筑，一共98戶，左側(cè)的柱狀圖是這98戶的能耗監(jiān)測(cè)情況，盡管建筑形式非常相近，不同的家庭用能情況卻不盡相同，因?yàn)閭€(gè)人的生活方式不同，對(duì)室內(nèi)溫度的需求也不同，老人需要室內(nèi)溫度高些，年輕人不需要太高，也不長(zhǎng)時(shí)間在家，這些都是造成能耗不等的原因。能耗高的達(dá)到近300KWh/m2·a，低的不到100KWh/m2·a，但平均值在158KWh/m2·a。

中間區(qū)域是在德國(guó)的低能耗建筑，通過監(jiān)測(cè)41棟建筑的能耗數(shù)據(jù)，低能耗建筑的能耗平均值在66KWh/m2·a；右側(cè)的建筑是在德國(guó)一些城市的被動(dòng)房建筑，我們監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)了106棟建筑，他們的能耗平均值在13-14KWh/m2·a。

那么通過對(duì)比我們可以發(fā)現(xiàn)，被動(dòng)房比傳統(tǒng)的老建筑節(jié)能90%，這是一個(gè)絕對(duì)的90%，與我國(guó)相對(duì)的節(jié)能率換算方式是不同的。這里我們可以看到，在被動(dòng)房建筑中依然有能耗較高的案例，這就是每個(gè)家庭的生活方式不同所造成的，也可以說，你住在被動(dòng)房中你依然可以沿襲原來的生活方式，但是依然能耗很低。

好，第一節(jié)被動(dòng)房概述就講述到這里，謝謝！

【注：灰色文字為夏曉東增補(bǔ)解釋內(nèi)容】