
随着国际被动房标准从德国传播到世界各地,关于该标准在与德国凉爽温带气候不同的气候中适用性的问题不可避免地出现。被动房研究所(PHI)对此问题进行了大量研究,并在必要时进行了调整,例如将经典的PH标准适应于潮湿气候中对除湿的额外需求。许多其他机构和组织也为不同气候类型的超低能耗建筑的设计和施工贡献了大量研究。在几个国家,针对国际PH标准的气候特异性问题,开发了量身定制的被动房要求。
尽管存在这些担忧,理解被动房原则——这些原则扎根于建筑物理学——对于高性能建筑的建造或改造至关重要。实际上,随着PH方法在全球的传播,它改变了关于高性能外壳可以实现什么的讨论。在不同气候类型中建造的被动房建筑——特别是那些经过监测并且结果已发布的建筑——提供了这一方法成功的确凿证据。尽管如此,几乎任何PH项目——尤其是那些由新手PH从业者设计的项目——在某种程度上都可以被视为建筑科学实验,而在特定气候中经验最丰富的从业者为新设计师提供了宝贵的见解。
地中海气候解决方案
来自西班牙巴塞罗那的认证被动房设计师Micheel Wassouf在2015年国际被动房会议上展示了他所在地区两处被动房住宅的监测结果,以解决关于被动房在地中海夏季适用性的疑虑。其中一个项目是对一座最初建于1918年的小型排屋进行改造,该房屋位于巴塞罗那北部。该改造项目由Calderon Folch Sarsanedas的建筑师规划和领导,涉及在墙壁、屋顶和地板上增加绝缘材料,并安装新的高性能、低排放窗户,包括一个朝西南方向的天窗,以增加冬季的太阳能收益。供暖需求从171 kWh/m²a大幅下降至仅17.5 kWh/m²a;值得注意的是,该房屋没有空调,但仍保持舒适的温度。
建筑师Josep Bunyesc和Silvia Prieto在2015年PHI会议上报告了他们对西班牙东北部五处被动房住宅的监测结果——其中两处位于莱里达,三处位于比利牛斯山脉。他们得出结论,对于新建和改造项目,被动房应该是强制性的,或者至少是客户为其舒适、经济利益和地球福祉所要求的标准。作为自2009年以来采用被动房方法并见证其显著成果的建筑师,他们表示,回归其他设计方法在道德上是不可能的。
适应混合湿润气候
亚当·科恩(Adam Cohen),一位经验丰富的被动房设计师和建筑师,位于弗吉尼亚州,一直处于将被动房原则适应混合湿润气候的前沿。他在美国取得了许多被动房的首次成就,包括设计和建造一个大型集会建筑,内部设有商业厨房,并且最近还建造了一个牙科诊所。
根据科恩的说法,在这些气候中,最关键的考虑是限制直接的太阳辐射,特别是在过渡季节,当过热可能成为一个重大问题时。安装能量回收通风机(ERV)以减少进入建筑的湿气是必不可少的,同时在ERV上安装预冷和预除湿循环,以降低进入的潜在和显热负荷。最后,建筑的使用者需要接受教育,以便在最热的月份管理室内热增益,通过激活非自动化的遮阳系统,并可能限制长时间的烹饪或插电负载,因为被动房建筑会保留热量,而在湿润气候中,夜间降温通常并不实用。
温和气候考虑
在温和气候中,通过被动房外壳可以最小化空间调节负荷,但会出现不同的挑战。将通风和空间调节分配系统结合起来可以创造节省空间的优势。然而,由于空间调节通常需要比通风更高的空气流量,这一策略带来了固有的挑战。
One Sky Homes是一家加利福尼亚的设计/建筑公司,已经尝试了一些创新解决方案。在他们的Sunnyvale房屋改造中,他们安装了热回收通风机(HRV)和迷你分体式热泵,这两者共同为公共区域提供新鲜空气和调节空气。与其为任一设备安装管道,不如让走廊作为供气室来将空气输送到卧室。持续运行的低流量排气风扇配备高效的电子调速电机(ECMs)有助于将新鲜的调节空气引入卧室。对室内空气质量和能源使用的监测证实了这一策略的有效性。
湿气管理在多雨地区
在多雨地区,例如美国的太平洋西北地区,建筑物的水分管理成为所有建筑物(包括被动房)的关键问题。通风雨幕墙提供了一个渠道,使大量湿气能够排出或蒸发,位于外部护墙板的内侧,是这些地区的一个关键细节。被动房的从业者已经善于将这一特性与所需的外部绝缘材料结合起来。
这些地区常见的外墙结构包括,从外到内,外部护墙板、由木条创建的通风雨幕墙间隙,这些木条固定在外部绝缘材料上的耐候屏障,最后是龙骨墙。一些建筑商使用了浸蜡的外部护墙板,因为它在接缝完全密封时,可以同时作为耐候屏障和空气屏障。
气候特定的机械通风
机械通风系统必须根据当地气候进行设计。在寒冷气候中,热回收通风(HRV)的热回收效率应至少为80%,而在凉爽的温带气候中,最低效率可以降至75%。此外,在寒冷气候中,使用能量回收通风(ERV)可能是必要的,以在冬季保持可接受的室内湿度水平,因为新鲜的户外空气通常湿度非常低。
在气候非常温和的地区,窗户几乎可以全年保持开启,关于机械通风的必要性有时会引发疑问。最近在新西兰温和气候地区的一项研究考察了这个问题,涉及15栋房屋,分布在三个气候区。这些建筑物进行了气密性和室内污染物水平的测试。研究结果显示,即使是非常漏气的房屋也不能保证良好的室内空气质量,因为污染物水平显著依赖于每日的风况。这项研究证实了许多其他研究的观察结果:建筑外壳中的随机泄漏并不能保证健康的室内空气质量。
室内空气质量考虑
在所有气候中,室内空气质量必须积极应对。即使在被动房结构中,通过持续的机械通风引入新鲜空气,所有室内空气质量问题也可能无法解决。在密闭的住宅中,使用低毒性的建筑材料变得越来越重要,特别是对于那些室内表面积最大的材料,例如整个住宅的地板。
在使用工程木材时,考虑选择低甲醛或无甲醛的产品,适用于地板和橱柜。加利福尼亚空气资源委员会(CARB)维护着符合标准的木材产品清单;研究表明,选择这些产品可以将室内甲醛水平降低超过40%。
厨房通风在被动房住宅中面临特别的挑战。虽然被动房方法假设从厨房区域抽取空气,但并不一定指定使用油烟机。然而,研究表明,这种方法可能导致室内空气质量不佳,具体取决于机械系统的设计以及炉灶是燃气、电子还是电磁炉。
为了最佳地抽取与烹饪相关的污染物——包括燃烧副产品以及在任何烹饪过程中产生的颗粒和化学物质——建议在炉灶上方中心安装一个油烟机,覆盖所有燃烧器,并提供每分钟100到200立方英尺(2.83–5.66 m³)的定向通风。与更锥形设计相比,平底油烟机在捕捉污染物烟雾方面效果较差。安装后对通风系统进行调试并定期维护对于确保其正常运作至关重要,居住者通常需要接受关于系统操作的教育。
无论气候类型如何,全球范围内现在都有成功实施被动房原则的例子。这些原则的全球采用持续增长,证明只要适当调整并理解当地条件,被动房设计可以在地球上几乎任何气候中提供卓越的舒适性、健康益处和能源效率。