被动式住宅:如何达到低能耗标准

橡木框架被动式住宅自建阳台
(图片来源:Mark Bolton)

一种是建房子,另一种是建被动屋。这是一项相当艰巨的任务,旨在满足被动式住宅的标准,因为这是一种非常彻底和严格的建造方式,确保你的建筑是密封的,绝缘良好的,节能的。

当然,这是有代价的,而且肯定会增加你在自我建设上的总开支,但被动屋所能提供的好处可能会永远改变你对住在家里的看法。

本指南探讨了建造被动屋的标准意味着什么,同时探讨了利弊,是否值得额外的费用,以及对于这个优质项目有什么生态房屋的替代方案。

什么是被动式建筑?

能源效率专家蒂姆·普伦解释说:“这个由德国人制定的标准已经成为目前能达到的最佳能源效率的旗手。”被动式住宅房屋与按照现行建筑法规标准建造的同等房屋相比,用于空间供暖的能源不足30%。”

被动式住宅是一个完全自愿的建筑性能标准,任何打算建造低能耗住宅的人都可能会感兴趣。它在英国获得了很多关注,它是基于将供暖需求降低到一个非常低的水平的原则织物的第一设计而不是依赖可再生能源。

该标准远远超过了现行的建筑规范,它越来越受欢迎,因为它展示了一种设计低能耗住宅的计算方法。设计师使用一个软件包来预测家庭未来的能源需求。

木质被动式自建屋

伊恩·琼斯和贾斯汀·琼斯与Passiframe孜孜不倦地合作,以仅11.5万英镑的预算将他们的家建成了Passivhaus标准。房子有MVHR系统,三层玻璃窗,空气源热泵和太阳能电池板。 (图片来源:马克·阿什比)

被动屋的概念最初是一个研究项目,目的是找出为什么以前的低能耗建筑,生态房屋都没能实现他们的目标。从这项研究中吸取的教训已经提炼成一套指导方针,指导人们如何正确地使用它。

好消息是,大量的研究和世界各地数以千计的房屋为你提供了它们有效的证据。

被动屋只适用于新建建筑。然而,被动屋研究所有一个单独的认证叫做EnerPHit这可以应用于改造类似的标准。

被动式住宅标准是如何实现的?

“尽早决定被动策略是关键。早期的小变化,如房子的朝向、玻璃和开口的混合以及‘形式因子’(内部地板面积与墙壁和屋顶表面积的比例)是设计是否舒适地满足被动式住宅标准的一个重要因素,”来自的建筑师Craig Alexander建议道Oakwrights(在新标签页打开)

被动式住宅计划包的创始人Tara Gbolade补充说:“PHPP是被动屋研究所开发的一种建模软件,用于设计家庭和建筑的能源效率,以计算其运行能源消耗和碳排放。Gbolade设计工作室(在新标签页打开)

要使用这个复杂的电子表格设计被动式房屋,需要输入所有相关的建筑细节,包括:

  • 绝缘深度
  • 窗口大小和方向
  • 连接细节。

这为您提供了一个预测的空间供暖需求(以kWh/m²/年表示)。你不断调整设计,直到你的结果符合标准。

Craig Alexander总结道:“在施工前阶段有更详细的设计投资,确保所有的细节,如避免热桥和最大限度地提高房屋的气密性,都可以在建造时在现场实现。”

自建被动式住宅与木材覆层

建筑师马丁·麦克雷(Martin McCrae)纸屋(在新标签页打开))以25万英镑的预算,自己动手建造了他的被动式小屋。 (图片来源:David Barbour)

被动式住宅设计的关键原则是什么?

被动式住宅几乎可以用任何材料建造建设系统.然而,也有一些普遍的特点,包括:

  • 取暖需求低:小于15kWh/m²/年的空间采暖需求。这意味着被动式住宅的供暖能耗比普通住宅低90%,比普通新建住宅低75%。
  • 高绝缘水平:外墙的u值应小于0.15,并采用隔热设计,以尽量减少热桥。
  • 高性能的窗户: u值小于0.8。
  • 密封性:在50Pa(帕斯卡)下小于0.6次换气/小时。这比标准结构密闭性强20倍。
  • 通风:通风排风热回收80%以上。带热回收的机械通风(MVHR)提供恒定的新鲜空气,并在室内保留热量。
  • 优化太阳能增益:房子保留了阳光和居住者活动的热量

被动式住宅的注释图

这张带注释的图表展示了被动式房屋建筑的关键原理。 (图片来源:绿色建筑商店)

英国有多少个被动屋?

截至2020年11月,英国有1300多所住宅获得了被动屋认证“信任(在新标签页打开)全球超过6万。

而根据“研究所(在新标签页打开)在美国,至少有这个数量的公司‘正在筹备中’。”

然而,并不是所有按照被动屋标准建造的房屋都经过认证过程。

建造被动式房屋需要多少钱?

建筑师克雷格·亚历山大说:“一般的经验法则是,被动屋建筑的成本比‘传统’建筑高出5%到10%。”然而,另一种估计可能会将此成本放在构建成本的10%到25%之间,这在很大程度上受到是否需要认证的影响。

Passipedia(在新标签页打开)对2015年在德国建造的149平方米被动式住宅进行了详细的分析。它得出的结论是,额外的成本为14,000欧元,每年的运营成本净节省585欧元,其中包括更高的建筑成本带来的额外抵押贷款成本。

在伦敦,伊丽莎白·夏普花了25万英镑建造了她的被动屋(见下图)。Richard Dudzicki (RDA建筑师(在新标签页打开)项目设计师)说:“展望未来,伊丽莎白可以在未来20多年的运行成本上节省大量费用(她预计2018年的能源账单约为300英镑)。这座房子的能耗等级大约是普通房子的十分之一。”

砖砌的小被动式房屋

(图片来源:Simon Maxwell)
被动式住宅成本分解

35%:三层玻璃门窗。
30%:达到所要求的密封性。
35%:包括隔热、机械通风、遮阳和设计成本。

其他研究给出了截然不同的数字,从房子寿命期间超过10万英镑的“利润”到超过建造成本30%的额外投资。

请记住,额外的成本是开发规模的一个因素(被动式房屋的每套房屋的成本低于单个房屋的成本)和正在建造的房屋的质量。建造成本超过2000英镑/平方米的高质量房屋的额外成本比例低于质量较低的房屋。

我需要证明被动式房屋吗?

被动式屋研究所是一个培训和认证中心。认证费用约为1500英镑生态家园,尽管这不是强制性的。

选择经过认证的被动屋的好处是可以获得质量控制的措施。设计被检查,看看它是否真的符合被动屋的标准,房子也被测试,以确保它符合设计。

然而,如果建筑符合“被动式住宅标准”,就不强制要求完成这些测试。大多数按照被动式住宅标准建造的房屋都没有得到该研究所的认证。

单层自建被动式住宅

LEAP建筑事务所使用交叉层压木材建造了这座单层住宅,被称为英国最密封的住宅。房主说,“被动式住宅有时被描绘成可怕的困难。然而,我发现这只是在设计阶段仔细考虑细节并仔细执行的问题。) (图片来源:c/o LEAP Architects)

住在被动屋有什么好处?

正如被动屋顾问亚历克斯·克利福德(Alex Clifford)解释的那样,住在被动屋建筑中还有其他关键优势:

  • 由于通过MVHR系统的预热空气相对湿度较低,英国被动式住宅的空气比标准住宅的空气更干燥。这消除了霉菌生长和窗户内部凝结的机会,并且有一个额外的好处,当衣服挂在里面时,很快就会变干。
  • 被动式住宅内的空气质量更清洁、更健康,在热交换器中使用从厨房和浴室提取的湿热空气预加热的新鲜过滤空气。
  • 由于非常低的加热和冷却要求,更低的能源账单和更低的碳排放。
  • 温暖舒适的房间,温度恒定,冬天没有穿堂风,也没有冷点,夏天更凉爽。地板空间一直到通高的窗户都可以全年使用,因为三层玻璃没有寒冷。
  • 低维护成本,因为不需要复杂的加热或冷却与高科技控制。
  • 当窗户关上时,宁静祥和。三层玻璃窗和厚隔热层在隔绝噪音方面非常出色。

被动式健康屋室内设计

通过结合极端能源效率和天然无毒材料的使用,Chrissie和Nick Lloyd在布里斯托尔建造了一个住宅- Phabb住宅(被动式住宅和被动式住宅的首字母缩写)构建生物学(在新标签页打开)). (图片来源:马克·阿什比)

被动式汽车的缺点是什么?

被动屋这个想法对某些人来说效果更好。在建造之前,有一定的生活在被动屋需要知道的事情.你需要学习如何“驾驶”一个这样设计的家,例如,知道:

  • 何时打开窗户有助于防止过热
  • 何时加强通风系统(如果需要)
  • 何时更换过滤器

你必须开始把你的家想象成一个居住的机器。你不能一开始就乱敲,到处加新东西。

事实上,这可能是被动屋的主要批评之一——它不容易适应。即使是为卫星天线安装电缆这样的事情也会损害建筑物的结构。所以,如果你不尊重被动屋的完整性,建造被动屋就会遇到很多麻烦。

然而,被动式住宅最大的优点是它是有效的,并且已经在大量建筑上被证明是有效的。

橡木框架被动式住宅自建阳台

Andrew和Linda Burnett的橡木框架被动式住宅(由Oakwrights设计和提供)有两个朝南的山墙末端,配有三层玻璃。多亏了地源热泵、MVHR系统和高度绝缘的框架,这对夫妇的账单现在大大降低了。 (图片来源:Mark Bolton)

被动式住宅的通风:你能打开窗户吗?

在被动式房屋建筑中不应该打开窗户,这有点谬论,但你可以把它看作是更好地控制你的房屋通风。

“在供暖季节,你的通风主要来自一个MVHR系统,它有来自外部的预热新鲜空气,但在夏天,这可能主要是自然通风被动屋的顾问亚历克斯·克利福德建议道Clifford设计(在新标签页打开)

“冬天开着窗户对供暖成本的影响很小,而且可以控制,不像建筑结构的泄漏会受到风和天气的影响。”

为了降低过热的风险,在夏天,特别是连续炎热的日子里,可能需要打开门窗,但在冬天(实际上是全年),住在被动屋建筑里的人不太可能会觉得需要打开窗户,因为室内空气更新鲜,温度也能得到更好的控制。

如何加热被动式房屋?

Oakwrights的Craig Alexander解释说:“被动式住宅的定义是‘仅通过对新鲜空气团的后加热或后冷却来实现热舒适的建筑’,这意味着需要很少的加热,例如只加热进入的空气,而不需要一个完整的传统加热系统。”

“这是因为建筑的设计是:a)损失很少的热量;b)充分利用太阳和内部占用的热量,如烹饪、洗涤和日常活动产生的热量。

“实际上,在英国,大多数国内被动式住宅项目都包含一些加热元素,如散热器(例如,你可能仍然想在浴室中使用加热毛巾散热器)。

“作为参考,我参与了一个200平方米的独立式被动式住宅的设计,它的供暖需求相当于一个2千瓦的电风扇加热器,在传统的房子里(当然是一个古老的英国住宅的例子),很难保持一个房间的温暖!”

被动式住宅的供暖成本是多少?

被动式住宅标准旨在将空间供暖要求降低到如此低的水平,以至于您不再需要传统的供暖系统。

该水平被设定为15kWh/m2/yr,这是被动屋的关键目标。这意味着,如果你按照被动式住宅的标准建造一座160平方米的房子,全年只需要2400千瓦时的能源。这大约是一个典型的英国家庭消耗的十分之一,是许多所谓的生态住宅消耗的三分之一。

但这并不是完全没有热量——这可以表示为0kWh/m2/年。

没有一个固定的方法为被动式住宅提供空间供暖。最流行的似乎是在通风系统中添加一个小型加热元件,将其变成暖风加热系统。这些机组的额定功率一般不超过3kW,只有在外部温度接近零度时才会启动。

你还必须提供生活热水,所以某种形式的锅炉是有用的。

另一个例子是,按照建筑规范标准建造的200平方米的房子将需要11000千瓦时的能源用于空间供暖。假设这所房子有一个燃气锅炉,每年将花费大约600英镑。

建筑法规还要求考虑过热问题,因此冷却需求可能与被动式住宅相同。它还可以使用同样的LED灯和高效电器。

200平方米的被动式住宅,需求仅为15千瓦时/平方米/年,将只需要3000千瓦时的空间供暖,可以安全地假设至少一半将由室内活动和被动式太阳能获得提供。这意味着取暖费可能在90英镑左右(假设这些热量是由一家公司提供的)热泵).

在英国按照被动式住宅标准建设是否值得?

热效率高、面料优先的建筑理念越来越受欢迎,这在很大程度上归功于被动式住宅标准的影响。

可以说,极端天气在英国的罕见性并不值得所有的投资;而门窗等“被动式住宅标准”项目的价格只对制造商有吸引力。此外,调整标准以适应英国的气候也可以节省开支。这就是面料的起源。

纯粹主义者可能会争辩说,将房屋的能源需求降至最低水平对房主和地球都有好处。但这远远超出了被动屋对空间供暖的高度关注。

谷仓式的被动屋

这个被动式住宅Gresford建筑师(在新标签页打开)在现场使用预制木框架建造,然后在两周内安装到密封阶段。 (图片来源:Gresford Architects)

实用主义者可能会说,我们的气候是温暖潮湿的海洋性气候,可再生能源现在很便宜,不给发电厂带来不必要的麻烦对双方都有好处。

你需要决定是否建造一个经过认证的被动屋,或者可能节省建造成本,建造接近被动屋的水平。

在玻璃和气密性上有所让步会带来很大的不同,有可能节省高达50%的投资。经过深思熟虑和精心设计,可以实现25kWh/m2/年的空间供暖需求,而额外成本为8%至10%。

被动屋建筑标准的低能耗替代方案

对于任何低能耗建筑,设定一个“低能耗”或“绿色”的目标是很重要的,因为这为建筑师、建筑商和客户提供了一个衡量的目标。

Passivhaus顾问Alex Clifford解释说:“这可能是为了达到EPC 'A'评级或比建筑规范提高%。”

“AECB引入了一项新标准,该标准使用了被动式房间的原理和设计模型,但其目标没有被动式房间那么严格,一些客户或承包商可能认为被动式房间过于繁重。它不需要第三方认证,而是可以由被动式房屋顾问认证,与被动式房屋相比,降低了成本。”

零碳住宅的标准比被动式住宅标准要低得多,独立式住宅通常为46kWh/m²/年。这仍然是一个苛刻的目标,但远没有被动屋15kWh/m²/年的标准那么难满足。“零碳”部分然后由现场的混合物组成可再生能源还有碳抵消。

相比之下,虽然可再生能源可以添加到被动式住宅中,但这都是为了节约能源,而不是产生能源。

木材覆层的现代被动式自建项目

在他们自己的研究之后,Ringmer House的自助建造者发现HMY建筑师(在新标签页打开)通过被动式屋信托网站(在新标签页打开) (图片来源:Andy Stagg for HMY Architects)

蒂姆是可持续建筑方法和住宅能源效率方面的专家,并为杂志和全国性报纸撰写相关文章。他是……的作者可持续建筑圣经简单的可持续住宅和厌氧消化-制造沼气-制造能源:地球扫描专家指南。


他对可再生能源和可持续性的兴趣最初是受到参观皇家节日大厅热泵和埃德蒙顿废物热项目的启发。1979年

最初的热情爆发导致他尝试(失败了)在肯特郡的一个烘焙场建造一个沼气池,将猪粪转化为燃料,这是他的第一个转化项目。


2002年,他搬到了南威尔士的一个小农场,那里可以获得更广泛的自然资源,这激发了他对可持续发展的热情。他继续在这处房产安装可再生能源技术,包括生物质锅炉和风力涡轮机。


他正式经营能源效率咨询公司WeatherWorks,并在全国各地的住宅建筑和装修展上担任演讲者和专家。