气密性是实现被动式低能耗建筑的关键因素

气密性是实现被动式低能耗建筑的关键因素

中国建筑科学研究院刘月莉杜争

河南理工大学孟青山摘要：被动式超低能耗建筑的设计理念是最大限度地降低建筑物热损失,致力于降低冬季的供暖能耗。提高建筑围护结构的热工性能和建筑物气密性能,是实现被动式建筑的关键所在。

关键词：被动式建筑气密性能耗

注：本文由北京市科技计划课题《高性能建筑外窗系统产品开发与示范》提供支持。

1、关于被动式低能耗建筑

1.1被动式建筑理念的提出被动式超低能耗建筑的概念是在20世纪80年代德国低能耗建筑的基础上建立起来的,1988年由瑞典隆德大学的阿达姆森教授和德国的菲斯特博士提出,其定义为:不需要设置传统的供暖和空调系统,就能够在冬季

和夏季均实现舒适室内物理环

1.2“被动式建筑”发展的历程

1991年，世界上第一座被动式建筑“春天”在德国达姆施塔特市的克莱你斯坦社区问世（图1）。该建筑在投入使用后的20多年里，一直在10kWh/（m2a）的超低供暖能耗状况下运行，节能效果显著。

1996年，菲斯特博士组建了德国被动式建筑研究所，并在三年后，采用太阳能光热和光电利用技术提供采暖、生活热水和照明用电，建造了建设成本仅为传统建筑的107%且运行成本很低的一幢木结构住宅（每户90㎡/户）。

目前，继被动式办公建筑energon和北美第一个获被动式建筑认证的美国明尼苏达州的Waldsee Biohaus等后，德国、奥地利、瑞士和意大利等欧洲国家投入使用的被动式建筑已有1万幢以上。当前，欧洲许多国家、美国和韩国都制定了被

动式建筑的设计标准。同时，欧盟各国及美国均确定了建筑节能发展目标。各国的被动式建筑发展目标见表1.

表1欧盟各国及美国建筑节能发展目标一览表

1.3被动式建筑在中国

自20世纪80年代中期开始，我国建筑节能工作经历了快读发展，低能耗建筑技术的研究和推广受到了各界的广泛关注。1986年，建设部与瑞典建筑研究委员会签订了中瑞科技合作协议《利用被动太阳能技术开展“节能住宅”设计技术研究》。首次引进了被动式建筑的概念。从20世纪90年代开始至2006年，建筑节

能工作得到了快速发展，全国各气候区的建筑节能设计标准逐步完善，建筑节能的要求不断提高。近年来，结合国情，考虑不同地区的气候特征对供暖、空调和通风的要求，建筑节能技术在工程实践中得到了大量的应用推广。2010年，住房和城乡建设部和德国交通、建设和城市发展部共同签署了《关于建筑节能与低碳生态城市建设技术合作谅解备忘录》，进一步推动了被动式建筑在中国的发展。截止目前，国内已有秦皇岛“在水一方”、哈尔滨“辰能·溪树庭院”、乌鲁木齐“幸福堡”、长兴朗诗布鲁克、廊坊威卢克斯办公楼、汉堡之家和北京“CABR 近零能耗示范楼”等被动式建筑相继落成并运行使用，见图2。

2建筑热工与被动式建筑

2.1被动式建筑的围护结构热工性能

在已建成的被动式建筑中，多数项目的设计理念是最大限度地降低建筑物热损失，主要致力于降低冬季的供暖能耗。目前，在欧洲国家获得被动式建筑的认证，必须满足两个必备条件：建筑物的供暖能耗≤15kwh/（m2a），建筑总能耗（供暖、空调、通风、生活热水、照明和家电等）≤120kwh/（m2a）.同时，对建筑围护结构的保温性能提出更高的要求：外窗传热系数≤0.8W/(m2K),外墙、屋面传热系数≤0.15W/(m2K)，并应消除热桥；建筑物气密性能为在50Pa下，每小时换气次数≤0.6次。另外，全热回收新风系统的效率≥75%。

可见提高建筑围护结构的热工性能，是实现被动式建筑的关键所在。研究结

果表明，我国被动式建筑节能技术发展的核心问题是：如何秉承“被动优先，主动优化，经济实用”的原则，在满足建筑物所在地的气候和自然条件下，通过合理平面布局、科学选择窗墙面积比、天然采光和自然通风良好和太阳能与建筑一体化技术有机集成的基础上，尽可能提高建筑围护结构保温隔热性能和气密性能，采用太阳能光电光热利用技术及室内非供暖热源得热等各种被动式技术手段，实现舒适的室内物理环境。

2.2我国建筑节能设计

目前，我国各气候分区建筑节能设计标准中，均对住宅建筑门窗幕墙的气密性作出了规定，但并未对建筑物整体气密性能提出要求。而建筑物整体气密性关系到室内热环境质量和空气品质，对建筑能耗的影响至关重要。

建筑物整体气密性能以换气次数作为衡量指标，换气次数指每小时室内外的通风换气量与房间体积之比值。建筑物整体气密性能与所采用的外窗自身气密性，施工安全质量以及建筑物的结构形式和建设年代有着密切的关系。如北方地区1986年以前开工建设的居住建筑，外窗基本是木窗和钢窗，气密性很差；框架结构建筑物的粱、柱混凝土进行浇筑在前。围护墙体的保温砌块填充在后，因此，砌块与柱的连接处必然存在缝隙，施工中需认真封堵，才能避免大量的空气渗透热损失。清华大学和中国建筑科学研究院等单位对北方地区既有建筑进行了整体气密性调查。调查结果表明，我国90年代以前建成的建筑由于外窗质量不佳（钢窗变形等），房间密闭性很差，门窗关闭后仍有严重的漏风现象存在，换气次数可达1.5次/时以上。近年来，新建建筑采用节能门窗，气密性得到显著改善，部分建筑物的换气次数可达到0.5次/时以下，见图3.

从图3可以看出，21栋建筑物的气密性能差别较大，在50Pa压差下，2014年建造的住宅楼换气次数为0.68次/h，而1986年建造的住宅楼换气次数高达8.22次/h，基于20世纪80年代的居住建筑整体气密性能普遍较差。整体来看，北方地区既有居住建筑整体气密性能现状不容乐观。

3建筑物气密性对能耗的影响

北方地区之所以要采暖，是因为冬季室外温度低于维持人体生理需要的温度值。当室内外存在温度差时，热量就通过外墙、外窗以及屋顶从室内传递至室外，同时室外的地温控器也会通过围护结构的缝隙渗透到室内。因此，要维持室内的温度，就需要向室内提供热量（包括传热散失和加热新风的热量），即采暖供热量。通过围护结构缝隙渗入到室内来提供所需新风量是不合理的，为了保证室内空气

品质，需要从室外引入新风，但应当是在建筑围护结构气密性能良好的前提下，