德国被动房设计与施工的五项原则

被动房被认为是当今设计和建筑行业中最严格的基于能源的自愿标准。
被动式房屋高性能建筑标准比传统建筑消耗的加热和冷却能源减少多达 90%，适用于几乎任何建筑类型或设计，是唯一一个国际公认、经过验证、以科学为基础的建筑能源标准，可提供该水平的表现。
作为这些建筑能源效率的基础，以下五项原则是被动房设计和建造的核心：1) 超绝缘围护结构，2) 气密结构，3) 高性能玻璃，4) 无热桥细节5 ) 热回收通风。
所有这些关键原则在设计中相互关联并相互影响。
任何一项原则都不能被忽视而不会对其他原则产生负面影响。
为了有效地创建被动式房屋建筑，应该从整体上看待设计，以结合所有五项设计原则。
超绝缘密封建筑围护结构将建筑的内部与外部分隔开来；它由外墙、屋顶和地板组成。
在像加拿大这样的寒冷气候中，内部空气被加热以保持建筑物的舒适，其中一些热量会在它通过围护结构时（通过传导过程）损失掉。
为了减少这种热损失，在墙壁和屋顶组件内安装了由低导热材料制成的绝缘材料。
被动式房屋通过对建筑物进行超级隔热来最大限度地利用围护结构，以最大限度地减少热量损失。
对于被动式房屋，其目的是使用具有足够绝缘性的组件，以使耐热性与当前加拿大建筑规范的要求相比提高一倍或三倍。
结果是建筑围护结构预期的热性能显着提高。
被动式房屋的绝缘水平具有更高的隔音效果、更高的耐用性和更大的建筑弹性——包括即使出现电源故障也能长时间保持室内舒适度的能力。
达到被动房的耐热水平不仅与您拥有多少隔热材料有关，还与隔热材料是否得到有效使用有关。
绝缘在包裹建筑物时不受其他材料干扰时最有效，但总会有一些区域无法做到这一点，例如出于结构原因使用的组件周围。
当一种材料绕过绝缘层时，它被称为热桥，会显着降低绝缘层的有效性，特别是如果该材料像金属一样具有很强的导电性。
尽可能减少重复热桥并尽可能实现连续绝缘，如图 1 所示的组件，有助于充分利用建筑围护结构内的绝缘。
图 1. 示例建筑组件（左）外部绝缘钢螺柱墙。
（中）预制绝缘夹芯板。
（右）拉森桁架木框架墙。
气密结构热量也可以通过空气泄漏通过外壳散失。
建筑物的空气屏障是围护结构周围的一层材料（膜、胶带、密封件），可限制空气进出建筑物。
空气屏障中的间隙会使空气不受控制地进出建筑物；当施工过程中没有足够的细节，空气屏障中有许多管道或其他穿透，或者施工质量普遍较差时，就会出现这种情况。
与外部的大量不受控制的空气交换会导致一系列问题，包括因必须反复重新加热空气而增加的能源消耗、墙壁附近冷空气气流带来的不适，以及局部潮湿和冷凝问题。
虽然空气交换对于通风和提供新鲜空气是必要的，但通过收紧外壳和使用机械通风来控制空气交换要有效得多。
被动式房屋项目有严格的设计和施工要求才能获得气密认证。
从数量上看，这意味着在测试时，建筑物需要每小时换气少于 0.6 次 (ACH50) 才能获得被动房认证。
这个严格的值可以与其他高性能建筑标准进行比较，例如 R2000 计划，它允许高达 1.5 ACH50 的空气泄漏。
作为被动房项目在施工期间的额外质量保证，必须至少完成一次现场漏风测试，以证明建筑物符合气密性要求。
要达到这种气密程度，需要在设计阶段进行仔细规划，包括确保空气屏障在图纸上是连续且明显的，使用有效的空气屏障材料，并提供清晰的穿透和端接细节。
从承包商到行业的彻底质量控制的施工质量在空气屏障的安装中至关重要。
整个施工团队都应该意识到气密性在被动房项目中的重要作用。
被动房项目的气密结构将进一步降低空间供暖成本和局部冷凝问题，并将在建筑物内提供更好的舒适度。
在被动式房屋建筑中，这些优势不能通过单独收紧建筑围护结构来实现，而必须与适当的通风策略相结合，以应对建筑中的过多湿度。
高性能玻璃虽然墙壁通常构成建筑物立面的最大面积，但玻璃系统（窗户和玻璃门）在为空间供暖能源做出贡献时可以发挥更大的作用。
由于它们的功能（提供光线和能见度），玻璃系统不能像墙壁一样隔热，导致窗户在热流阻力方面成为围护结构中最薄弱的区域。
因此，使用高性能玻璃系统（例如被动房认证窗户）来尽可能减少热流非常重要。
如图 2 所示，高性能被动式房屋玻璃系统的一些关键特征包括非导电框架或大热断路；绝缘框架；双层或更可能的三层玻璃单元；氩气或氪气填充；多重低辐射涂层；和暖边或非导电垫片。
郭鹏学暖通图 2. 被动式房屋窗户的示例特征重要的是不仅要确保指定高性能窗户，还要仔细考虑如何将它们纳入建筑设计。
被动式房屋设计利用了来自太阳的免费被动加热。
通过适当放置的窗户获得的太阳能热量可以帮助抵消建筑物在寒冷月份所需的热量。
在夏季，这需要通过遮阳来抵消，以防止来自太阳的过多热量进入建筑物，导致过热。
对于每个被动式房屋项目，都会有理想数量的窗户，可以平衡来自太阳的免费热量优势和最大限度地减少窗户过多造成的热量损失。
玻璃系统的最后考虑因素是表面温度。
当冬季室外温度较低时，性能低下的窗户的内表面温度也可能很冷。
由于辐射热损失或温度引起的气流，窗户周围的低温会导致更高的冷凝风险（以及潜在的霉菌生长）并且当您靠近窗户时会感觉更冷。
为了降低这些风险，必须根据卫生和舒适标准对经过认证的窗户进行评估，这些标准设定了窗户周围允许的最低表面温度。
无热桥细节最后一个包络考虑是热桥的最小化。
前面讨论过在一般墙壁和屋顶组件中重复热桥，但被动房设计在建筑界面细节方面也旨在无热桥。
这些是建筑物中不同建筑特征相遇的部分，在施工中需要额外注意。
示例包括窗户如何连接到墙壁、墙壁如何与阳台相接以及墙壁如何在拐角处相接，如图 3 所示。
这些建筑特征的连接方式和设计方式还可以引入并不总是容易实现的热桥认出。
图 3. 示例构建界面详细信息（左）悬臂式阳台。
（中）窗台过渡。
（右）墙角。
界面细节的热桥对建筑性能有很多影响。
对于被动式房屋项目中的高度绝缘围护结构，热桥可以通过允许热量在绝缘材料周围流动并流出建筑物来显着降低超级绝缘的好处，并且还可以产生局部冷点，增加冷凝和霉菌生长的风险围绕这些细节。
避免热桥的最简单方法是更改​建筑设计（在可能的情况下），例如在低层建筑中使用自支撑甲板和檐篷，或者在大型建筑上减少悬臂式阳台和铰接式建筑（很多角落）的数量. 这并不总是现实或可实现的，在这些情况下，需要特别注意这些接口。
减少内部和外部之间的直接导电连接很重要。
示例包括为搁板角安装间歇连接，在基础周围的某些连接前过度绝缘，将绝缘包裹在突出的细节周围，或使用特殊材料，如热断裂。
虽然看起来并不明显，但由窗墙界面引起的热桥会产生非常大的影响。
在某些项目中，所有窗户到墙壁连接的总周长可能长达数公里，因此如何将窗户安装到开口中对于最大限度地减少热流起着重要作用。
减少此连接处的热桥包括将窗户放置在与绝缘层对齐的位置，在框架前面进行过度绝缘，并最大限度地减少封闭防水板穿透粗糙开口的距离，同时仍保持足够的排水路径。
消除或最小化被动式房屋项目的热桥有助于确保围护结构在减少空间供暖能源使用方面的有效性。
热回收通风由于被动房项目是密闭的，因此需要一个通风系统来引入新鲜空气并排出积聚的污染物、气味、二氧化碳和水分。
在冬季，这意味着排出热空气并引入需要再次加热的冷空气，从而增加热能。
被动房通风系统使用热回收通风机 (HRV) 持续去除陈旧或潮湿的空气并输送新鲜空气。
在此过程中，它从废气中提取热量并将其放入进入的空气中，而不会将气流直接混合在一起。
这样，排气中的所有热量都不会完全散失到外面。
对于被动式房屋 HRV，至少需要回收 75% 的热量。
对于温暖的夏季月份，大多数被动房认证的通风系统还具有夏季旁路风门，可将空气转移到热回收核心周围。
这样，系统仍然可以引入新鲜空气，但在不需要时不会回收热量。
在干燥的地方，如草原，冬天没有加湿的建筑物会使室内空间处于低湿度（低于 30% RH），这会导致不适、潜在的健康问题和对室内材料的损坏。
在这些情况下，可以使用能量回收呼吸机 (ERV)。
与仅传递热量的 HRV 不同，ERV 还可以从排出的废气中传递水分，以帮助保持室内空间更舒适的水分含量。
居住者还可以通过打开窗户利用自然通风（使用凉爽的夏季微风）以非机械方式交换陈旧的空气，并鼓励在合理的情况下这样做。
被动房设计利用这两种方法将通风能量降至最低。
虽然被动房项目仍然可以配备供暖系统（例如空气源热泵、总结令人难以置信的全年新鲜的室内空气质量和稳定的温度、能源使用和运营成本的大幅降低以及被动房标准所提供的安静氛围直接归功于这五项原则以及它们融入被动房的方式建造。
通过在任何项目的设计和施工中遵循这五个原则的整体方法，业主、设计师和建筑商可以确信他们可以实现真正的高性能建筑。
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