零碳达人教你如何设计 Eco房屋、被动房以及零碳建筑！- 大数跨境

PKPM绿色低碳

2022-01-17

您可能已经意识到，建筑业是温室气体排放的最大贡献者之一。由于对气候变化和成本上升的担忧，能源已成为当今建筑设计方式的核心焦点。作为生态房屋建筑师，我们专注于建造和改造房屋以缓解这些问题。好消息是，大多数创新房地产开发商现在都认识到可持续设计的必要性，并实施了解决节能问题的系统。在过去的几年里，世界各地的生态住宅设计和建造呈现出相当大的上升趋势。

减少并最终消除二氧化碳排放是一个全球目标。住房必须在确保实现这一目标方面发挥作用，而生态住宅建筑师是这一重要的两管齐下方法的关键。

一方面，我们必须大力投资和改进可再生能源发电。另一方面，我们还必须确保我们的生活方式保持和保存能源——这就是生态住宅的用武之地。Passivhaus 房屋和零碳房屋可以为我们提供一个构建未来的框架：增加价值、改善环境认证和创造健康、快乐的家园。您想学习如何设计和建造生态房屋、被动式房屋和零碳房屋吗？在不超出预算的情况下，通过生态房屋设计理念探索设计和建造可持续房屋的基础知识。

生态住宅建筑师做什么？

我们星球的资源正在以越来越快的速度被消耗。在不远的将来，人类将面临没有化石燃料的生活，而这场竞赛将继续提供替代品。汽车行业在电动汽车方面取得了长足的进步，其能源消耗仅为汽油和柴油汽车的一小部分，而碳排放量也仅为汽油和柴油汽车的一小部分。有趣的是，许多其他行业开始关注他们的产品对资源的影响，并在房地产行业采取同样的行动。

建造零碳住宅过去在很大程度上是一个不可能的梦想，但由于技术进步，现在可以在不影响美观、安全和舒适的情况下提高新建筑和翻新的能源效率。设计新建生态住宅、改造住宅和通过将节能置于流程核心来改善现有住宅，都是实现可持续住宅的重要步骤。政府现在鼓励家庭将阁楼隔热或填充空心墙。在 2008 年金融危机之后，有一个锅炉报废计划，人们获得现金奖励，以拆除旧的、低效的锅炉并用能源代替有效的替代品。

但还需要做更多的工作。通过在英国设计和建造 Passivhaus 和零碳房屋，生态住宅建筑师现在处于生态住宅运动的前沿。

什么是被动式房屋？

Passivhaus设计是设计和施工的标准。这是可持续住房的代码，旨在以最少的能源使用创造保持舒适温度的房屋。其目的是建造居住舒适的房屋，并使用被动能源（如阳光、人类和电器产生的热量）来显着减少对额外空间供暖的需求。要达到Passivhaus 标准，空间加热能量不得超过 15 kWh/m2。这是通过计算在最低要求的通风率下使用新鲜空气供应可以传递的最大热量来确定的。

因此，Passivhaus 的概念是关于能源消耗和最大限度减少生态足迹的需求，方法是生产低能耗建筑，这些建筑需要最少的能源来进行空间加热或冷却。目标是提供出色的室内空气质量和热舒适性，同时使用很少的能源进行加热和冷却，这是一个理想的场景！

至关重要的是，Passivhaus 的设计理念不会在风格和人体工程学上妥协，并具有自然采光和通风的高端外观。但通过减少能源需求并创建自给自足和可持续的结构，它正在为真正的零碳住宅铺平道路。

从逻辑上讲，Passivhaus 设计是绿色家居设计和建造的最佳方法。在这些标准范围内工作的生态住宅建筑师专注于住宅的大小、形状和方向，并采用良好的保温、气密性、自然通风和热回收系统来显着减少建筑物的年碳排放量。

什么是零碳房屋？

零碳房屋是那些理论上通过最大限度地提高能源效率和可再生能源来产生零甚至负二氧化碳排放的房屋。在零碳房屋中，通过使用节能材料和创新的空间加热和冷却技术（例如太阳能电池板和“允许的异地解决方案”，这是一种碳补偿形式）来减少排放。

零碳住宅还需要高效的机械通风系统。建筑物周围和流出的空气流量将是确定所需额外供暖量的重要因素。生活在零碳住宅中是一种经济有效的方式，可以通过设计消耗更少的能源并释放更少的二氧化碳，而不是满足更高的能源需求。然而，并非所有建筑工地和地点都适合产生和容纳可再生能源。

是否可以在伦敦和英国设计和建造您梦想中的生态住宅？

英国的极端天气对生态住宅建筑师来说是一个挑战！在世界较热的地区，重点是保持建筑物凉爽。在较冷的地区，重点纯粹是保持属性温暖。

此外，像伦敦这样的城市地区经常受到周围环境的多重限制。相邻建筑物的接近可能会排除风力涡轮机，并且相同的建筑物可能会产生阴影，从而损害光伏系统的机会。水力发电在城市中也常常是不现实和不可行的。

但在全球温带地区，整个季节都需要供暖和制冷。因此，我们可以在伦敦和英国建造可持续的房屋，但必须在特定场地限制的同时解决供暖和制冷问题。

那么我们如何设计可持续住宅呢？

这在很大程度上取决于特定地区的气候条件。在英国，这通常涉及非常高水平的绝缘、安装性能极高的绝缘窗户、密封建筑材料、“无热桥”结构、具有高效热回收的机械通风系统和可持续的房屋设计。

（1)保温

建筑围护结构的保温材料对夏季的热量增加和冬季的热量损失有重大影响，从而影响建筑的总能耗。外围护保温也可以用来有效控制能量释放和吸收的时间。

因此，Passivhaus 最重要的原理是在建筑围护结构周围连续施加隔热层，以有效并显着减少热损失。因此，被动式房屋主要由建筑物中已经存在的能量加热，例如人员和家用设备都可以，这意味着它们通常不需要传统的中央供暖系统。

Passivhaus 的保温水平确保冬季的热量损失可以忽略不计，内部表面温度几乎与室内空气温度相同，从而营造出舒适的室内气候。此外，外墙、地面和屋顶的楼板的传热系数应在 0.1 至 0.15 W/m2K 范围内。相关的、成功的施工方法包括砖石结构、轻质结构、预制构件、混凝土模板施工和钢结构的处理，这会带来令人印象深刻的成果！

（2) 高性能窗户

玻璃在能量保持方面不如墙壁，因此能量消耗与玻璃面积成比例增加。玻璃的用量与节能的最佳取向之间有很强的关系，因此必须同时考虑两者。使用良好的设计、定向和技术先进的高性能三层玻璃系统或者真空玻璃可以抵消过多的热量增益和损失。为了从太阳能收益中受益，Passivhaus 需要优化南立面的玻璃，减少北立面的玻璃。三层玻璃的一个好处是窗户表面温度与周围的内表面相似，并减少了建筑物外部的声音传播。

为了在冬季优化太阳能增益，除了良好的定向外，玻璃窗和框架的安装 U 值必须较低（≤ 0.85 W/m²K），以减少热量损失并保持良好的太阳能透射率（g 值 ≥ 0.5）。

可能还需要加入一些外部遮阳，以减少夏季直接获得的太阳能量。适合在 Passivhaus 建筑物中使用的玻璃应已通过 Passivhaus 研究所的独立认证，以验证标准玻璃单元 (1.24 x 1.48m) 的全窗 UW 值≤0.80 W/m²K，并且可以达到 U 值≤0.85 W /m²K 一旦安装。门的玻璃组件必须达到类似的玻璃规格，这是一个复杂的挑战！

（3) 气密性

不需要的空气泄漏会显着增加加热需求并导致不舒服的气流。水分会在建筑材料中积聚，最终会影响性能和使用寿命。Passivhaus 的气密性水平可以消除这些问题，并且需要仔细使用适当的膜，如胶带、湿抹灰和/或蒸汽膜，以形成全面的气密屏障。

通过为建筑物选择合适的形状，也可以减少由于外墙的损失和收益而导致的能源消耗。这可以通过假设墙壁和屋顶的矩形形状和相等的热透射率来实现，通过地面的透射率为零。此外，设计南立面和东立面比例为 1 和 2 的建筑物有助于创造最佳的建筑形状。

通常，高度应等于边长的一半。随着建筑物高度的增加，其能源消耗也随之增加，因为运输人员、制冷、供暖和供水都需要能源，并导致建筑立面与建筑面积的比例变差。

所以气密性是压差为 50 Pa 下由一小时内将被替换的空气的绝对体积除以建筑总外部包络面积 (m3/m2h) 确定的。鼓风机门压力测试必须不低于 0.6 ach在 50 Pa 的压差下。在 Q(100 Pa) ≤ 2.25 m3/hm 的条件下进行测试时，将多个连续气密密封件与坚固的齿轮系统结合使用至关重要，以确保没有空气泄漏。

（4) 无热桥结构

建筑中元件之间的几何结构和连接通常为热损失提供导热旁路，必须减少或消除，这意味着 Passivhaus 结构应该没有热桥。任何线性/二维热桥的 psi (Ψ) 值应≤ 0.01 W/mK。Passivhaus 住宅的一次能源总需求——空间供暖、制冷、生活热水、照明、风扇、泵、白色家电和所有电器——必须不超过 120 kWh/m2yr。这可以通过节能的灯具和电器、精心设计和保温良好的热水供应以及使用低碳能源供应来实现。

还需要仔细的构造细节以确保结不会产生不必要的热损失路径，并且外部保温在减少几何结处的热桥方面提供了主要优势。在结结构细节周围战略性地放置保温有助于减少对流热损失路径。

（5) 机械通风系统

机械通风和热回收 (MVHR) 系统的回收效率超过 75%，并且只需要较低的特定风扇功率。对极其密封的建筑外围护的需求意味着 MVHR 需要通过用新鲜空气替换居住者产生的有害气味、水分和二氧化碳来维持室内空气质量。

窗户仍然可以自由打开和关闭，但要在密闭建筑中获得足够的通风率，居住者必须至少每三个小时打开一次所有窗户，持续 5-10 分钟，即使在夜间也是如此，尤其是在冬季，很显然这是不切实际的。因此MVHR装置连续运行，它们确保所有房间的通风水平正确，并在指定和正确安装时提供出色的室内空气质量。热交换器不会将新鲜空气与废气混合，而是简单地交换热量以减少对实际对流加热的需求。这个时候你不必为开窗二烦恼，因为热交换新风系统带来的室内健康性比开窗还好！

因此，要充分发挥节能战略的潜力，就需要在建筑物的生产和运营寿命期间进行有效的能源管理。

下面讨论一下如何获得 Passivhaus 认证？

德国的Passivhaus 研究所对这个词的使用非常特别。要在国内被归类为 Passivhaus，与标准住宅相比，生活空间的供暖要求必须下降 90%。

这是一个巨大的减少，并说明了为什么设计需要具有创新性和全面性才能获得这种节省。但设计只是构建的一部分。研究表明，当建筑物实际建造时，新建物业的能源效率预测通常会被高出 100%。为确保在经过认证的 Passivhaus 结构中不会出现这种情况，对流程的各个层面都进行了审查。

Passivhaus 建筑师要参与该过程的第一阶段。您的生态住宅建筑师应该对 Passivhaus 设计原则有很好的理解，以制定计划，让开发商有机会建造符合 Passivhaus 认证要求的东西。一旦设计通过审查，施工就成为关注的焦点。

一旦房屋被设计为实现零碳的水平，那么工作就落到了建筑施工商的肩上。有专业的建筑商了解所需的节能材料和技术。他们必须遵循生态住宅建筑师制定的详细计划，以建造一个在页面上看起来可持续但实际上也以相同方式运行的住宅。

重要的是要一丝不苟地遵循构建的工艺，并且使用可持续的设计方法和材料至关重要。只有当所有这些阶段都完全完成后，才能获得Passivhaus 认证，从而保证设计师和建筑商都成功地创建了一个零碳住宅。

设计和建造生态住宅不仅可获得 Passivhaus 认证，还要最终实现可持续的设计满意度。降低各地房产的碳使用量必须是生态住宅建筑师、建筑商和开发商的首要任务。

好处是显而易见的：剩余可用化石燃料的效率更高，热量损失减少到大气中，从而降低能源费用。我们星球的未来取决于各行各业的这种创新。但发达国家普通人的碳足迹太高，无法持续。我们的生活方式需要改变，如果我们能够在地球上移动并以更可持续的方式为我们的家园供暖，未来看起来会更加光明。

【声明】内容源于网络

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依托于PKPM强大的企业实力与丰富项目经验，定期发布国内外绿色建筑资讯、绿色建筑政策与标准信息、节能与绿色建筑设计、绿色建筑软件产品、绿色建材、绿色建筑典型案例与知识等，以期帮助建筑从业人员，并促进绿色建筑行业的快速发展。

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