【低成本多层被动式住宅】第四课
与不供暖房间、室外空气或与地表的相邻部位，特别容易影响整个建筑物的热能耗与热负荷，建筑物各个部分的U值决定了一个建筑外壳的隔热性能。规定的U值为0.10W/m2K。
对于被动式标准的多层建筑，设计者可为保温层的厚度按下面预估值作为预选。
表二 被动式建筑标准的多层居住建筑的保温层厚度【S&P】
表三 Utendorfgasse公寓项目的U值【S&P】
以下为Utendorfgasse公寓项目中几项U值和保温材料厚度：
每平方米参考面积的热损耗随着建筑物体积的增加会越来越小。国家标准和补贴政策认可的差值——例如通过输入由体形系数决定的限值——由于下列原因，这项物理现象对于被动式建筑并不适用：
· 采暖能耗限值≤15kWh/m2EBF∙a和热负荷≤10W/m2EBF不是随意得出的，而是来自于被动式建筑的核心概念——新风的可加热性。无关乎建筑紧凑性，单位面积的热负荷一旦超过上述临界值，即不能满足整个建筑物所需的热供应了。
· 综上可知，一个建筑物的体积越小、紧凑性越差，就越难以使其满足被动式建筑的要求。
在此特别需要注意的是，一个建筑的紧凑性需要满足以下几个参数：
· 体积：体积越大，紧凑性越高
· 形状：越接近正方体（最好是球体），紧凑性越高
· 表面积：越少的额外表面积（边角、凸出门厅，顶部凸起）紧凑性越高
以下的计算实例可以解释这个规律。下图中的变式表达了计算的基本原则。
独户住宅：
· 形式1：无地下室的一层独户住宅
· 形式2：无地下室的二层独户住宅，与形式1拥有同样的用地面积
· 形式3：有地下室的二层独户住宅，与形式1拥有同样的用地面积（地表面上）
多家庭住宅：
· 形式4：典型的中间位多家庭住宅
· 形式5：典型的大体积多家庭住宅
紧凑性的计算以及长度特征系数lc
lc＝V/A
V..........备输入体积
A..........条件性的建筑物外表面积
独户住宅建筑：
· 形式1：单层的独户住宅建筑，无地下室：
A＝4×12.25×4.0+12.25×12.25×2＝约496m2
à lc＝V/A＝600m3/496m2＝1.21m
à 体型系数A/V＝0.83
· 形式2：二层的独户住宅建筑，无地下室，地上建筑面积与形式1相同：
A＝4×8.65×8.0+8.65×8.65×2＝约426m2
à lc＝V/A＝600m3/426m2＝1.41m
à 体型系数A/V＝0.71
· 形式3：二层的独户住宅建筑，有地下室，地上建筑面积与形式1相同：
A＝4×8.65×12.0+8.65×8.65×2＝约565m2
à lc＝V/A＝900m3/565m2＝1.59m
à 体型系数A/V＝0.63
多家庭住宅建筑：
· 形式4：典型的多家庭住宅建筑：
A＝（2×12.50+2×18.00）×16.0+12.50×18.00×2＝约1426m2
à lc＝V/A＝3600m3/1426m2＝2.52m
à 体型系数A/V＝0.40
· 形式5：典型的大体量多家庭住宅建筑：
A＝4×25.00×20.0+（25.00×12.50+12.50×12.50）×2＝约2938m2
à lc＝V/A＝9380m3/2938m2＝3.19m
à 体型系数A/V＝0.31
下面是据上述体形系数计算得出的U值和相对应的保温层厚度。典型U值是摘自指示记录第29号优质隔热的屋顶结构[RWE04 in FEI05]
独户住宅建筑：
· 形式1:：单层的独户住宅建筑，无地下室：
à 体型系数A/V＝0.83
à U＝约0.05~0.11W/m2K
à 中间值＝0.08W/m2K≈在20cm的钢筋混凝土外墙上约39cm的WLG032(100%)保温
· 形式2：二层的独户住宅建筑，无地下室且与形式1拥有相同的体表面积：
à 体型系数A/V＝0.71
à U＝约0.05~0.13W/m2K
à 中间值＝0.09W/m2K≈在20cm的钢筋混凝土外墙上约35cm的WLG032(90%)保温
· 形式3：二层的独户住宅建筑，包括地下室且与形式1拥有相同的体表面积：
à 体型系数A/V＝0.63
à U＝约0.05~0.13（0.14）W/m2K
à 中间值＝0.09（0.10）W/m2K≈在20cm的钢筋混凝土外墙上约35cm（31cm）的WLG032(90-79%)保温
多家庭住宅建筑：
· 形式4：典型的多家庭住宅建筑：
à 体型系数A/V＝0.40
à U＝约0.05-0.15W/m2K
à 中间值＝0.10W/m2K≈在20cm厚的钢筋混凝土外墙上约30cm的WLG032(77%)保温
· 形式5:典型的大体量的多家庭住宅建筑：
à 体型系数A/V＝0.31
à U＝约0.05-0.15W/m2K
à 中间值＝0.10W/m2K≈在20cm厚的钢筋混凝土外墙上约30cm的WLG032(77%)保温
表四 不同体型系数的典型U值和保温厚度【S&P】
由以上所列出的各项要求的U值可以看出，一个建筑物的紧凑性对于达到被动式建筑所要求的U值具有重要的影响。
在常规甚至是低能耗节能建筑中，热桥现象是作为一个统一概率来计算，其数值为与外界空气接触建筑部件热传导值的10%，然而被动式建筑的热损失极小，为实现其功能，尽可能的避免热桥现象并不是一个辅助，而是必要条件。换言之，对于一个好的被动式建筑设计来说10%的热桥计算误差过高，忽视了被动式建筑外表面积的高隔热质量。
最基本的要求是，保温外表应该完美无缝的将整个建筑物包裹起来，直至达到在任意的一个剖面，用一支笔可以将整个隔热层完整的画出一条不间断的线。
由于静力学的原因，这并不容易完全做到，如在地下室墙体上的外墙。对于界面清晰的特殊部位允许将保温层适量减少。
通常应遵循以下规则：
· 避免规则：尽可能的避免保温层不交圈；
· 穿透规则：如果在保温层上的不连续是不可避免的，则充当实际隔热层的建筑部件的隔热阻应取尽可能高的值。如，使用轻质混凝土或XPS代替砖瓦或钢筋混凝土；
· 结合规则：保温层在部件交接位无缝结合——连接所有表面；
· 几何规则：尽可能的选择在边角部位采用钝角。
图六对建筑物产生热桥的位置进行了简要说明
为达到被动式建筑要求的无热桥目标，在窗和阳台处的连接、特别是承重墙的“基座部分”，要着重注意减少隔热表皮的热损耗。例如在内、外承重墙与地下室顶板的节点就是一个典型的热桥。因为此处墙外侧的保温与地下室顶板的保温无法交圈，所以在地下室延续的墙体产生了一个显而易见的热桥。
减少热桥可引起附加成本，而通过明智的处理方式却可以节约成本，在之后的章节中会有对节点细节的处理描述，且当其热损耗系数Ψ为＜0.01W/mK时，直线热桥可视为无热桥现象。负热桥现象亦有可能产生。当然这不是向建筑物内部输送热量，而是在热桥计算范围条件下产生的纯计算数值。
图六 热桥总览[ENFK04]
不采暖地下室或者地下车库的建筑重量必需透过隔热层导入地基。在多层住宅建筑中会存在少量热桥，无法满足无热桥目标。因而在此会产生大量附加的必要规定，如在地下室的承重墙顶部区域搭建保温延伸部分等。不可避免的热桥能够在整体建筑良好隔热中被完全平衡是必要的，此外在构造上必须避免可以导致损坏的冷凝现象出现。
本文摘自建学丛书增刊《低成本多层被动式住宅》，绿色建筑研习社已取得本书连载授权，转载必究。建学建筑与工程设计所有限公司致力于绿建及超低能耗建筑设计，现已建成和在建PHI认证标准项目共4项。
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