Passivhaus （被动房）是国际公认的高质量可持续建筑标准，它提供具有最高空气质量和热舒适体验的弹性低能耗设计，以及性能无间隙设计。虽然 Passivhaus 为用户提供了多种环境和运营优势，但它也带来了一系列挑战，包括增加的设计和资本成本、更长的项目以及对熟练劳动力的需求。

Bryden Wood 独特的 Passivhaus 10 步设计方法，以及我们采用的制造和装配平台设计 (P-DfMA)，有助于实现严格的 Passivhaus 性能目标，创造完美的响应以降低施工成本和计划，同时应对劳动力技能短缺。同时，我们的创新方法促进了良好集成的设计，通过高质量的制造解决了 Passivhaus 的复杂性。

什么是被动房？

Passivhaus 是一项公认的国际建筑性能标准，可提供具有弹性的超低能耗建筑，同时保持最高水平的乘员热舒适度和空气质量体验。

这是通过强烈关注织物优先方法来实现的，该方法旨在减少空间供暖需求，这可以通过有用的太阳能收益、内部收益或通过现代、高效和低碳的供暖系统来满足。

Passivhaus 建筑的立面性能远远超出了现行的英国建筑法规，尽管高度隔热墙、高性能窗户的组合以及确保窗户、门和连接处周围的“热桥”尽可能减少到接近于零。这与传统建筑形成鲜明对比，在传统建筑中，这些元素占建筑物热损失的 10％ 以上。

设计必须达到以下目标才能获得 Passivhaus 认证：

• < 15 kWh/m²/yr 的热能需求或 10 W/m2 的最大所需热功率
• 避免过热或冷却系统要求 < 15 kWh/m2/yr
• 达到 ≤ 0.6 换气次数/小时 @ n50 的气密性

建筑设计还需要实现低一次能源和可再生能源需求。这是一个综合目标，基于建筑系统消耗的能源和建筑安装的风能、光伏或太阳能热系统产生的可再生能源。

由于上述原因，Passivhaus 是寻求完善的可持续性标准的客户和开发商的合适标准，以交付具有最高建筑质量的低能耗建筑，并渴望在运营中实现净零碳。

Bryden Wood 的 Passivhaus 建筑设计和施工的 10 步方法

虽然 Passivhaus 没有固定的公式，但 Bryden Wood 建议通过以下 10 个步骤实现上述目标，这些步骤与设计决策和施工规范有关，以提高可持续性：

1. 外形紧凑，建筑围护结构体积比低。
2. 建筑方向以受益于有用的太阳能收益。
3. 优化窗户尺寸，以利用有用的太阳能收益，减少热损失，并为建筑物提供堪称典范的自然光。
4. 高度绝缘的墙壁、地板和屋顶。
5. 特定地点的阴影可以减轻夏季的过热，同时允许冬季获得太阳能热量。
6. 高性能三层玻璃，具有无热桥的封头、卡纸和窗台。
7. 通过详细的连接处设计和清晰且易于建造的空气密封线，实现无热桥的建筑，以提供指定的透气性。
8. 具有热回收 (MVHR) 和低压损失管道系统的机械通风，可最大限度地减少供暖需求。
9. 用于供暖和 DHW 的高性能空气源热泵。
10. 可再生技术，包括安装在建筑物上的光伏发电、太阳热能或小型发电机，并考虑使用电池存储来改善安装在建筑物上的可再生能源的投资回收期。

图 1. 实现 Passivhaus 性能的推荐设计措施

采用 Passivhaus 有哪些好处和挑战？

这些是采用 Passivhaus 标准的主要好处：

• 公认的质量标志：Passivhaus 是公认的国际可持续设计标准，专业人士和非专业人士都认为它保证了远远超过国家标准的环境卓越水平。

• 性能差距降至最低：其包罗万象的能源评估方法和定制设计软件（被动房规划包）为以合规为重点的英国能源建模提供了不同的方法，从而在很大程度上避免了性能差距。

• 超低能耗/碳排放和更低的运营成本：Passivhaus 设计实现了低能耗。快速的电网脱碳和高效热泵的使用导致碳排放量极低，并为客户提供了通过使用额外的光伏或绿色电力关税实现净零运营的选择。当与安装在建筑物上的可再生能源相结合时，它可以为居住者提供低至不存在的能源费用，其中一些设计能够在一年中实现负成本。

• 出色的乘员体验：Passivhaus 和 Bryden Wood 都认为，环保性能不应以牺牲乘员体验为代价。这反映在针对 Passivhaus 热舒适标准和 CIBSE TM 59 的设计中，这确保了足够的热性能。

• 弹性和适应不同的气候条件：Passivhaus 还通过采用基于被动设计策略的设计以及易于升级、翻新和更换的技术解决方案来提供额外的弹性。虽然 Passivhaus 最初是为德国的住宅建筑开发的，但该标准及其原则可用于各种建筑类型、地点和气候情景，并应对全球变暖的影响。

然而，采用 Passivhaus 面临四个重要挑战：

• 增加的设计成本和复杂性：它需要对围护结构进行具体的详细说明、高质量的施工和特定的性能测试才能使建筑获得认证。

• 增加的资本成本：在最乐观的情况下（Passivhaus 建设成本——2019 年 10 月），额外的建设资本成本可能会增加 8％，最高可达 25％。

• 增加计划：交付 Passivhaus 建筑可能需要更长的时间。现场质量控制极其重要，气密性策略需要仔细排序和临时测试，并且工艺技能需要具有最高质量。

• 技能短缺和理解。缺乏可以交付Passivhaus建筑的大型建筑商。这些项目可以看作是定制的并且更昂贵。

Bryden Wood 对 Passivhaus 挑战的回应

Bryden Wood 是采用基于平台的制造和装配设计 (P-DfMA) 的行业领导者，并且一直对采用最新和更先进的可持续性认证计划（例如 Passivhaus）表现出浓厚的兴趣。

我们的经验表明，P-DfMA 的标准化过程可以成为平衡上述 Passivhaus 挑战的合适方法，如下所示：

降低设计成本和复杂性：标准化过程减少了建筑元素的数量，这反过来又大大减少了元素和潜在热桥的数量，使设计更简单，更具成本效益。重复使用相同的细节可显着降低设计成本和复杂性，并有助于实现 Passivhaus 的无热桥设计理念。

能够在现场交付 Passivhaus 细节需要复杂的协调、材料和组件的重叠以及准确性，以实现指定的最终性能和认证。P-DfMA 方法可确保最高质量，同时降低公差，符合 Passivhaus 要求。

降低资本成本：标准化过程减少了材料的体积和建筑元素的数量，从而降低了项目的资本成本。大规模重复组件可以降低标准化元素的成本。

Platforms 数字工作流程为采购流程带来了巨大的改进。将所有数据集中在 BIM 模型中可以即时访问项目组件的成本和可用性，并与供应链建立更直接的关系，从而降低交易成本。

缩减计划：每个组件和连接点的设计都可以预先测试，并在被包含在任何设计中之前单独根据 Passivhaus 标准进行认证。这种方法有利于组件、镶板系统、建筑系统的热/湿热/气密性能的预认证，减少设计时间和程序。

项目之间的细节重复意味着为未来的项目保留预认证组件的设计库，使设计过程更高效、更快捷。

实现 Passivhaus 性能可能需要迭代设计过程，以确保在施工检查和测试的最后阶段实现性能。使用 BIM 集成和数字双胞胎可以缩短此迭代过程，它们本质上是 DfMA 方法的一部分。

增加技能/知识/准备：我们的经验表明，P-DfMA 流程的自动化和设计简化了构建，并简化了对熟练工作组及其准备工作的需求。它还减少了现场人数，由于减少了高空作业而提高了安全性，降低了资本成本并提高了施工速度。

Passivhaus 和净零碳挑战

建筑行业在运营和隐含碳方面设计净零碳建筑的压力越来越大。在此背景下，伦敦能源转型倡议 (LETI)、RIBA、GLA 和 UKGBC 等机构制定了隐含碳指导文件，其中包括在 2050 年之前实现净零碳的具体目标和路线图。根据 LETI 气候应急设计指南，典型的中型住宅建筑含碳量占总碳量的 33％，而运营碳量约为 67％。然而，对于像 Passivhaus 这样的超低能耗建筑，具体故障占 77％，运行占 23％，随着电网脱碳，这种平衡可能会得到进一步加强。这意味着隐含碳正成为建筑可持续设计的一个更重要的焦点。

图 2. 标准建筑（左）和超低能耗建筑的中等规模住宅的典型运营和隐含碳分解

Passivhaus 标准一直专注于运营能源，直到最近几年，重点才发展到运营碳排放和建筑物内的隐含碳。

可持续建筑设计中的运营碳

从运营碳的角度来看，Passivhaus 的低能源目标意味着住宅可能会实现非常低的碳排放。因此，通过使用安装在建筑物上的可再生技术来抵消任何碳排放在技术上和财务上都是可行的。这意味着对于某些类型的住宅建筑，无需 PPA 即可实现净零运营碳。然而，对于非住宅建筑，PPA 仍然是必要的。由于能源需求低，任何与 PPA 或抵消相关的价格上涨都可以负担得起，实现净零碳。

这与符合英国 L1a 部分标准的建筑形成对比，后者要实现净零排放，就需要一个大于屋顶可用面积的光伏阵列。在多住宅开发项目中安装足够的光伏发电的难度将更大。这些住宅实现净零排放的唯一直接途径是投资零碳 PPA 或碳抵消计划，这两者都会显着增加购买电力的成本。

可持续建筑设计中的隐含碳

一方面，Passivhaus 建筑需要三层玻璃、额外的隔热材料和气密膜。热泵可能包含具有高全球变暖潜能值的制冷剂，而 MVHR 单元将需要绝缘管道系统。其中大部分可能由含碳量高的材料制成，例如铝或吹塑塑料。这种额外的材料体积变成了额外的隐含碳。

另一方面，Passivhaus 设计往往是更紧凑的形状，因此使用的材料更少。由于其更高效的围护结构性能，Passivhaus 建筑需要一个小型供暖系统，并且由于其能源需求减少，它需要一个更小的光伏阵列。这些特性，再加上专注于采购低隐含碳材料和设备，可以提供客观的低隐含碳设计，尽管材料体积增加。

基于以上所述，可以观察到，Passivhaus 的一些固有特性增加了隐含碳，而另一些则减少了隐含碳。以 200 平方米的房屋（10 mx 10 mx 2 层，40 ％ WWR）为例，Bryden Wood 粗略估计了 Passivhaus 独特策略对隐含碳的影响：

• 添加三层玻璃而不是双层玻璃会在其生命周期内增加约 6 kgCO2/m2 的碳

• 添加 MVHR 和管道系统会使碳增加 6.5 kgCO2/m2

• 添加热泵将使碳增加 3.5 kgCO2/m2

• 在 150 毫米至 250 毫米的岩棉墙壁中增加绝缘（岩棉）厚度会使碳增加 3.6 千克二氧化碳/平方米

• 在地板和天花板中增加绝缘（岩棉）厚度，从 190 毫米增加到 370 毫米岩棉将使碳增加 6 千克二氧化碳/平方米

• 将锅炉尺寸从 15kw 的电锅炉减小到 3kw 的锅炉将减少 1.69 kgCO2/m2 的碳排放

• 将散热器的数量从 10 个减少到一个，可以减少 10.7 kgCO2/m2 的碳排放

• 将光伏阵列的尺寸从 24 个减少到 12 个，可以减少 12 kgCO2/m2 的碳排放

上述所有项目加在一起仅意味着减少约 4.7 kgCO2/m2，主要是由于供暖和光伏系统的简化。与总含碳量为 675 kgCO2/m2 的住宅 LETI 2020（Band C）目标建筑 (AC) 相比，这相当于仅减少 0.7％ 的碳排放。

图 3. 基于 LETI Band C 的基准住宅建筑与具有 Passivhaus 特性的同一建筑

之间隐含碳 (AC) 的比较与标准住宅建筑相比，采用上述 Passivhaus 标准对隐含碳没有实质性影响。Passivhaus 的采用并不妨碍采用额外的策略来减少隐含碳，并且所有设计都保留了实现低隐含碳性能的潜力，如果它是设计意图的一部分的话。

Passivhaus 的进一步潜在好处来自紧凑的形状和木材的使用，尽管需要全生命周期分析来量化这一点。紧凑的形状预计会减少材料的绝对数量，而木材是一种低隐含碳的材料，根据其报废处理，木材的含碳量可能会超低。

如果木材可以在建筑物生命周期结束时不断重复使用，那么它就会发挥最大的潜力。如果将其燃烧或送往垃圾填埋场，它会向大气中释放二氧化碳和甲烷，从而失去其作为散热器的特性。为了使木材能够被不断重复利用，建筑应该被设计成可解构的。大多数 Passivhaus 建筑都不是为解构而设计的，部分原因是连接处的复杂性以及实现所需的重叠和气密性的需要。然而，通过 DfMA 的实施，这是可能的，它可以设计满足严格的包络性能要求并且也可以拆卸的组件。 

结论

Passivhaus 是一种可持续建筑认证标准，可在最小性能差距的情况下减少运营能源和碳排放，并实现高水平的热舒适性和空气质量。

Bryden Wood 的 P-DfMA 建筑设计方法提供了与 Passivhaus 的多重协同作用，因为它能够减少施工计划、成本和设计/施工的复杂性，以及劳动力技能，这些都是采用 Passivhaus 的一些固有挑战。

虽然 Passivhaus 方法侧重于运营能源/碳，但业界一直对了解该标准是否有利于或惩罚隐含碳有着浓厚的兴趣。Bryden Wood 的分析表明，采用 Passivhaus 系统对隐含碳的影响最小。