引言：“做出重大改变的道德责任是不可避免的”

正如戈尔在《难以忽视的真相》中所说的那样。今天的主角他们致力于建造世界上最大和最高的被动房建筑，这就是建设者对这一变革呼吁的回应。尽管用于建造这些超节能建筑的技术和系统早在 1980 年代就已经存在，但没有人建造过如此规模和密度的项目。正如被动房的名称所表明的那样，它最初是为单户住宅开发的，并已有效地用于欧洲的低层和中层建筑。但在 26 层楼和 352 套住房中，肯定没有像康奈尔理工学院这样的房子以前建造过。

仅在纽约市，每年就有近 3600 万吨二氧化碳当量排放到建筑物中。想象一下，如果所有新旧建筑都符合被动房标准，碳排放量会减少 60％ 到 80％。

这是一个非常值得进行的挑战。Passive House 改变了未来所有建筑的设计方式。作为目前最严格的能源效率设计协议，被动房通常用于试图实现净零能源目标的项目。被动房结构用于加热和冷却的能源消耗极低——比类似大小和用途的典型建筑少 60％ 到 80％。家庭和商业建筑使用的能源中约有一半用于温度控制。在建筑物的整个生命周期中，被动房设计可以显着减少其碳足迹，同时提供更健康、更舒适的室内环境。The House at Cornell Tech 也有望获得 LEED for Homes Midrise v2010 Platinum 认证，LEED 计划中可用的最高级别。大多数 LEED 分数来自能源与大气信用类别，该建筑的设计性能比 ASHRAE 90.1 2007 标准高 30％。

为了设计和建造这座开创性的建筑，项目的团队研究并监督了大量新产品、程序和创新细节的实施。显示重叠蒸汽屏障、胶带方法、保温连续性和金属热分离的草图成为施工现场的新常态。保持项目按时按预算完成需要我们进行重大协调——在代理机构、承包商、19 名顾问和 3 名客户之间沟通被动房需求和技术。在这个简短的概述中，我们将分享我们的一些策略和经验，为那些正在考虑将被动房用于其项目的人展示一条更清晰的道路。

技术的大跃进

每一座重要建筑的背后都有一个有远见的客户。当康奈尔大学赢得了在纽约市罗斯福岛建造科技园区的激烈竞争时，其提案的基石是尽可能建造最环保、最节能的建筑。康奈尔大学资本项目和规划总监安德鲁·温特斯说：“整个可持续发展项目的雄心壮志与康奈尔大学开拓新技术的使命完全一致。”

值得注意的是，康奈尔理工学院的住宅塔楼没有合同要求是被动房——项目的客户哈德逊公司和相关开发公司自愿选择追求它。Hudson 已于 2011 年为多户中高层住宅建造了首个白金级 LEED，并认真考虑将被动房用于早期的市场价格项目。他们的经验，再加上相关公司在可持续设计方面的专业知识，使他们对这两个绿色建筑计划有了深入的了解。“被动房是真正的交易，”哈德森总裁大卫克莱默说。“很多 LEED 并没有那么有影响力——你会因为靠近地铁站而获得分数，但这并不意味着你的建筑就更好了。”

因此，当康奈尔大学于 2012 年底发布创新住宅高层的 RFP 时，项目的团队已经在考虑被动式住宅。Hudson and Related 与公司 Handel Architects 以及布鲁克林的建筑商 Monadnock Construction 合作。项目团队之前曾在新校区附近的一座名为 Riverwalk Point 的高层住宅楼上合作过。这种经验和对纽约住宅高层设计的深刻理解，再加上建设者根据可用资金创造一个不断提高可持续设计特征水平的提议，是团队选择该项目的关键。

当然，建筑在财务上的可行性是至关重要的。对于之前的市场利率项目，哈德森计算出被动房的风险太大。“当你第一次做事时，有一个风险回报方程，”克莱默解释说。“我们在最后一秒眨了眨眼，因为我们知道我们会支付建筑成本的溢价，并且不认为我们能够获得更高的租金。而且我们不确定是否可以通过节省运营成本来弥补。” 但是对于康奈尔理工学院的 The House 来说，该项目的结构是大学和开发商之间的合作；康奈尔大学持有该建筑的大量股权，以减轻开发商的风险并让学生负担得起租金。

被动房建筑背后的基本理论很简单。它们具有高度隔热、密封的建筑围护结构，结合节能机械设备，可显着降低供暖、制冷和通风所需的能源。建筑的这三个方面——围护结构、通风系统和加热和冷却系统——是最难设计和正确建造的。为了最大限度地降低项目的成本和复杂性，设计师尽可能地保留了其他一切：建筑本身是现浇混凝土结构，内部采用标准材料和饰面。需要注意的是，被动房设计通常只需要现成的技术；它是精确的组装，细节，正确选择系统是成功满足其性能要求的关键。为了创造建筑物的高性能表皮，设计师将玻璃的数量减少到 23％，并设计了一个高度保温的墙，其 R 值范围从 R-5 到 R-40，整体平均为 R-19。建设者选择使用预制金属面板系统，在商店中插入并密封窗户。这些面板有几个优点：成本效益高、工厂质量控制更好、现场施工速度更快。从概念上讲，与单元式幕墙相比，镶板墙本身在建筑物周边的接缝更少，因此更容易实现气密性。那是理论，至少。但魔鬼在细节中。

“让该面板系统达到我们所需的性能水平极具挑战性，”Steven Winter Associates 被动房服务总监 Lois Arena 说。“我们的想法是创造连续的保温，但在实践中，金属边缘会遇到金属边缘。回想起来，我们会以不同的方式设计面板，在最后进行隔热，以尽量减少现场必须做的事情。”

事实上，在被动式房屋中，消除热桥（一种由金属或混凝土制成的外露元件将热量或冷气传导到/从建筑物内部传导的情况）与气密性一样重要。在开发细节以满足严格的热桥标准的过程中，事实证明，让建筑物按设计运行的一个关键部件是一小块塑料，由外墙承包商专门设计，将外部热隔离从内部开始的立面层。
 

立面是由 Eastern Exterior Wall Systems 的 Mega Panel 创建的：每个面板都有一层高，30 到 36 英尺宽。窗框用三层玻璃热破。窗户安装在商店的 Mega Panel 中以确保气密性。巨型面板通过塔式起重机吊到建筑物上并固定在锚上。

许多现成的产品可用于减轻热桥接和空气渗透

保持在能源预算内

在可持续建筑项目中独一无二，被动式房屋对建筑每平方英尺可以使用多少能源有一个绝对的门槛，不仅用于制冷和供暖，而且还用于整个建筑。这包括运行设备、照明、电梯和电器的电源。这个限制使得该计划在减少能源使用方面非常有效，因为建筑物必须具有内在的效率——例如，不可能安装大量风扇来循环空气或安装一组泵来循环水并且仍然满足能源需求预算。一些潜在的解决方案不得不立即被拒绝，因为它们需要太多的能量。“建筑设计就像一座雕塑，根据被动房的标准和计算不断塑造，”哈德森建筑总监艾伦·哈特勒 (Alan Hajtler) 说。建筑物的密度——每 550 平方英尺一个人——加剧了这一挑战。“我们一直在与总能源预算作斗争，”Arena 说。“每平方英尺的人越多，就越难。” （目前，被动房不考虑建筑物使用或居住人数的差异。）

团队花了几个月的时间来确定哪种通风和加热/冷却系统最适合该项目。在被动房中，能量回收通风机 (ERV) 从废气中提取热能和冷能，并用它来处理新鲜送风。但是，如何在不破坏能源预算的情况下使如此大的建筑物中的每个空间进出空气是一项重大挑战。在较小的 PH 建筑中常见的一种选择是在每间公寓内安装单独的 ERV，从而实现自给自足的通风系统。项目组确定，由于建筑高度和水平管道系统的增加，这种“单元化”方法将额外花费 150 万美元。此外，很快就清楚地看到，352 辆小型 ERV 的维护工作将成为大楼管理部门的一大负担。

被动房为总能源使用量以及热量、冷却和空气渗透设定了最大阈值。能源使用的总体节省是巨大的：比传统建筑少 60％ 到 80％。

项目的团队决定了替代方案：“集中式”系统。在这种情况下，每间公寓都有垂直的送风和排气竖井，这些竖井为空气提供了一条通道，让空气进入位于建筑物屋顶的两个能量回收通风机之一。找到足够大且适合该项目的 ERV 是一项挑战。最初的概念设想了四个 ERV，但这些成本高昂、空间密集且能源预算紧张。通过 Related 团队的足智多谋，业主能够采购两个定制的大型单元来满足项目的通风需求。

对于加热和冷却，设计师选择了低能量可变制冷剂流量 (VRF) 系统。处理制冷剂以进行加热和冷却的冷凝器位于建筑物侧面的热破阳台上，每个冷凝器将制冷剂推到两个半层以提高效率（北部的地板可能需要加热，而南部的地板可能需要冷却）。Buro Happold 的工程师与 Related 的战略和产品负责人 Luke Falk 共同确定，由于每间公寓都有如此高性能的墙和相对较小的空调空间，单个蒸发器只需要具有四分之一吨的容量. 然而，市场上没有低于一吨冷却能力的产品。尽管涉及的数量（超过 500 个蒸发器），现有供应商不准备提供定制单元。建造者希望市场在不久的将来以较小的容量单位做出回应。

美国和欧洲的许多被动房项目采用“穿墙式”ERV，它们占用的空间非常小，可为公寓或家庭提供通风系统。但是，每个单元都需要一个需要定期更换的空气过滤器。在一栋 26 层高的高层建筑中，住户超过 500 人且租约不规则，更换如此多的单个过滤器的维护成本将高得令人望而却步。

The House at Cornell Tech 的中央空气分配系统在屋顶 ERV 中只有少量空气过滤器：易于维护且不会打扰租户。

组合式通风系统

中央通风系统

可变制冷剂流量 (VRF) 系统类似于典型的空调，但可以双向工作：它可以在凉爽的月份从外部空气中提取热量以提供热量，或者在温暖的月份从内部空气中提取热量。通过围绕建筑物周边连续循环的室外冷凝器，制冷剂流体被输送到公寓蒸发器，为每个房间提供暖空气或冷空气。这些空间充满了来自 ERV 的经过预处理的新鲜空气，从而最大限度地减少了加热或冷却单个房间所需的电力。

取得进展

获得这座建筑的城市批准肯定比常规项目更复杂。存在技术问题，被动房的要求和城市建筑规范发生冲突。在一个例子中，规范、被动房、LEED 和能源之星要求的通风量都不同，必须进行协调。“有一种观点认为过度通风是不好的，因为它会导致空气极度干燥，如果你不断地加热和冷却如此多的空气，你就无法满足能源预算，”Arena 说。幸运的是，尽管被动房由于建筑物的密封性而要求较低的连续流量，但每小时换气率较高，即使不符合规范也符合规范的意图。

但更大的障碍是通过公共设计审查过程，这是康奈尔理工学院所有项目的条件，位于城市拥有的土地上。该市公共设计委员会认为该建筑应该有一个全玻璃外墙，基于它应该更加透明的预设。温特斯说：“让设计委员会参与一项偏离曼哈顿公寓楼标准剧本的事情是整个过程中最具挑战性的部分。”“这些不是最容易进行的对话。”必须解释为什么墙需要大部分是不透明的才能满足被动房的要求，而带有深挤压或凹痕的外墙效率会较低。PDC 最终认可了设计师在美学和潜在可持续设计使命方面的立场。

场地位置和方向特别有利于实现被动房的目标。紧凑的形状，最小的东/西暴露，当与角落处的斜角相结合时，有利于被动控制热传输。

为了满足被动式房屋的要求，我们必须建造一堵厚厚的隔热墙，以覆盖建筑物的整个高度。项目的立面概念，设计师称之为“包裹”，是一个连续的平面，环绕着建筑物，并在多个位置弯曲，以减少塔的四四方方。它只在两个位置被切开：在冷凝器阳台垂直，将视线吸引到前入口；水平方向，在地面大堂俯瞰我们称之为“门廊”。

即时修理东西

进入项目时，我们知道即使设计在纸上完美运行，在施工过程中也可能出现许多未知数。虽然设计师试图提前解决所有问题，但在施工前计划的许多细节最终都在现场更改。“无论设计团队在早期如何努力开发细节，都很难涵盖所有条件来完成密闭建筑，”位于布鲁克林的 Monadnock Construction 的高级项目主管 Louis Schwartz 说。“你真的需要让交易参与进来，让那些真正在做工作的人参与进来，并对他们进行教育和培训。”负责施工管理的助理 Ryan Lobello 与 外墙顾问 Vidaris 密切合作，SWA， Monadnock 的施工管理团队不遗余力地了解被动房。整个团队都接受了严格的被动房承包商认证培训，最终建造了一个 10 × 20 英尺的模型，该模型有一个窗户和一个门，作为鼓风机门测试的一部分。Monadnock Construction 的副总裁兼项目主管 Aleksandr Yelizarov 说：“它符合被动房标准，但我们可以看到每个针孔都在冒烟。”主要挑战之一是与习惯于以某种方式建造高层建筑的建筑团队合作，使建筑密闭。在被动房中，保持蒸汽屏障的完整性至关重要；而不是填缝，胶带用于密封窗户和其他细节的开口。“我听到‘这不是我们通常做事的方式’的次数呈指数级增长，”Arena 说。Monadnock 提前聘请了一名顾问来培训所有分包商如何正确使用胶带。

面板系统的优点是工厂质量控制、交货速度和需要密封的外部接缝更少。但是每个面板都必须固定在地板上，并且每个连接点都需要在空气屏障处密封。每层有123多个支撑，整栋建筑有3000多个支撑。最初的策略是在工厂制造连接到面板的自密封瓣，然后在现场应用。事实证明，这比在现场安装屏障的下半部分效率低，每个面板夹上都有单独的补丁。

在测试之前， 必须向被动房研究所提交各种空气屏障文件，包括这张图表。这些文件用于验证所有位置的详细信息是否正确，并且所有外表面，包括建筑物下方的板和屋顶，都经过彻底分析。

为了测试空气泄漏并确认其满足 50 帕斯卡/分钟或更低的关键被动房要求，整个建筑必须加压。这需要事先考虑在何处密封开口，包括电梯井、ERV 进气口等。然后安装压力风扇进行测试。

该公司还为建筑工地制定了规则，警告不要将建筑材料靠在墙上，并提醒工作人员在气密屏障被意外刺破时立即通知主管。“设计师告诉他们，他们不会去被动式房屋监狱，但如果他们犯了错误，让他们知道这样我们就可以修复它是多么重要，”施瓦茨说。

由叶利扎罗夫 (Yelizarov) 领导的施工团队还想出了解决可能会破坏进度的重大危机的方法。在前十层楼已经上升后，工厂安装的蒸汽屏障开始从面板上脱落。为了使项目按计划进行，承包商制定了在现场为面板重新安装新蒸汽屏障的程序。该团队还发现了效率并在安装面板时解决了安装问题，从而产生了一座超密的建筑，它英勇地通过了 Passive House 非常困难的鼓风机门测试，结果比要求的好四倍。

终点线

该建筑于 2017 年 6 月竣工，提前并在计划范围内。7 月 20 日，整个团队在屋顶庆祝。“感觉很棒——它安静而舒适，尽管我们的人数可能比它的额定值要多，”Arena 说。在过去的三年里，康奈尔理工学院的房子引起了当地和海外建筑商、其他教育机构和市政当局的广泛关注。它一直是变革的重要催化剂，既可以作为创造显着能源效率的范例，也可以在扩大到这种尺寸和高度时对被动房的功效敞开心扉。

事实上，被动房协议正被纳入纽约市周围的重要私人和公共项目。今年早些时候，Handel Architects 是住房和保护部指定的团队的一员，负责交付第一个100％的经济适用房项目，该项目需要通过城市赞助的竞赛获得被动房认证。目前在设计中， 预计东哈莱姆区的这个开发项目将表明，显着的能源效率和可负担性可以是收敛的目标。希望这个项目能够进一步推进被动房可以而且应该在建筑物中普遍使用的想法，无论它们的用途或大小如何。

东哈莱姆区的 Sendero Verde 是一座三栋建筑，占地 760，000 平方英尺，拥有 650 套经济实惠的公寓，全部按照被动房标准设计， 它将成为世界上最大的完全负担得起的被动房建筑。