[编者注:本文最初发表于建筑科学网站“被动式房屋(被动式房屋)标准-与其他寒冷气候低能耗房屋的比较。”GBA将Straube的文章作为两篇赞成/反对的文章之一。马克·罗森鲍姆和大卫·怀特的回应是这样的"为被动式房屋标准辩护"］

约翰·斯特劳布著

被动式住宅(PH)标准是一套针对超低能耗家庭的自愿性标准。该标准最初由德国开发，用于住宅和低层多单元住宅，现已应用于一系列其他国家的住宅和商业建筑。被动屋标准中最有趣的方面可能是它的强制性要求相对较少，从而提供了设计的灵活性，并且它只关注能源消耗。然而，PH计划中的许多建议对寒冷气候(美国能源部气候区5-7)的北美住房不太可能是好的决定，有些建议非常不切实际，对环境或房主几乎没有好处。

PH标准的独特焦点是对通过建筑围护结构的传导和空气泄漏造成的热量损失的特别关注，并且在其建议中完全不考虑气候区。高绝缘值，高性能窗户，气密性比任何地方的其他建筑方案都好，这是正常的结果。为了达到能源消耗目标，实际上还需要非常高效的电器。

尽管它们的名字叫被动屋，但按照被动屋标准建造的房屋并不“被动”。所有被动式房屋必须有一个主动的机械通风系统，所有都有某种类型的主动加热系统，尽管是非常小的系统。使用被动式太阳能设计原则是推荐的，但不是强制性的。

被动屋的概念是由沃尔夫冈·费斯特博士和博·亚当森教授在20世纪80年代末提出的，并于20世纪90年代在研究中实施。根据Feist的说法，PH项目的灵感来自William Shurcliff(太阳能住宅的先驱)和Harold Orr(萨斯喀彻温省住宅的超级绝缘住宅先驱)的住宅。

需求

被动式住宅的主要目标标准是:

• 总冷暖需求<15 kwh>
• 总一次(即源)能量<120 kwh>
• 密封性0.6(电子邮件保护)Pa或less

甚至这些要求中的一些实际上可能不是强制性的:在2008年的一次采访中能源设计更新费斯特自己说，供暖需求数字可以是任何东西。在这次采访中，费斯特还说:“只要你建造的房子可以使用通风系统来提供加热和冷却，它就可以被认为是被动式住宅。”根据后一种定义，成千上万的使用供暖和制冷系统来提供通风的美国建筑房屋都是被动式房屋!当然，如果要求是一个非循环供暖系统，那么这是相当有限制的，对寒冷气候的住房不是很有利。

其他通常推荐的(或者，取决于你阅读的内容)措施包括:

• 峰值供暖需求应低于10 W/m2 (3.2 Btu/ft2)
• 站点总能量<42 kwh>
• 窗口u值<0.8 W/m2K (0.15 Btu/ ft2/F, R-7.1)
• 高效热回收(80%以上)

建筑面积是通过覆盖层内的总调节面积来衡量的。(PHPP 2007第37页指出，“PHPP中使用的尺寸总是外部尺寸。因此，最外层的热包络层将进入。”然而，由于楼梯井和墙壁被减去，面积进一步减少了约20%，因为这是标准的德国面积计算方法)。地下室只被认为是其实际面积的60%，因为它不被认为是德国标准的居住空间。为什么，我不明白;也许德国人建造的地下室不像北美的现代地下室那样适合你居住。

典型的被动屋方法

典型的被动式住宅方法几乎完全专注于减少空间供暖负荷，而将照明、热水、冷却、电器和杂项电气负荷置于“总初级”要求之下。然而，人们普遍认为，在大多数情况下，必须使用非常高效的电器和照明来达到主要/源能源目标。

几乎所有的被动屋都依赖:

• 非常重的绝缘，R-40至R-60的墙壁，R-50至R-90的屋顶，通常是R-30至50的次板绝缘，三层玻璃低辐射窗，并特别避免热桥(木框架除外)，
• 超密闭结构(<0.6(电子邮件保护))，加上r值要求，通常会导致设计师需要选择更简单的形状，
• 通过将房子朝向南方，并使用大约0.5的窗户SHGC(如果可能的话，或更高)，被动太阳能获得部分供暖，
• 热回收，在过去用的是地管，最近用的是双核hrv达到80%到90%的效率，但本质上总是用供应空气到每个空间有回风通道，还有
• 虽然许多家庭使用辐射地板、墙壁、天花板和散热器，但通过加热通风空气来提供空间供暖。

然而，解决方案的多样性很大，可以被认为是该计划的一个优势。有使用燃气锅炉提供供暖的被动式房屋，还有那些包括太阳能热水和/或光伏，以及木材炉灶。另一方面，冷却是罕见的，这主要是因为该项目在地理区域得到了更广泛的采用。

绝缘性和气密性

被动式住宅墙体的隔热等级一般在R-40至R-60之间，屋顶为R-60至R-90，楼板为R-30至50。也许同样重要的是，热桥在计算方法中是相当精确的。

窗口规格要求也很高。对于窗户，常见的规格是U=0.15 (0.8 W/m2 K)或更低。目前尚不清楚如何将这些值转化为北美，因为与欧洲标准相比，NFRC的测试方法通常会导致相同窗口的热流增加约10%。然而，为了达到这些目标，窗户当然需要有不导电的框架(乙烯基，木材或玻璃纤维)和三层玻璃，低e涂层和气体。事实上，很难找到能达到这些规格的商用可操作窗户，据报道，进口ph认证窗户的价格大约是更容易获得的三层玻璃纤维窗户的两倍(每平方英尺90-100美元)(R6价格为50美元/平方英尺)。

气密性等级<0.6(电子邮件保护)也是非凡的。在北美，它是由极少数的家庭实现的，并且总是被建造成特殊的定制房屋，通常具有非常简单的平面形式和简单的屋顶线条。一家瑞典预制房屋出口商[2]表示，除了单层农场外，它不建议在任何房屋计划中使用被动式房屋标准，因为它的经验是，除了最简单的建筑形状之外，很难可靠地满足严格的气密性目标。通风及供暖

虽然建议峰值供暖需求保持在10 W/m2 (3.2 Btu/ft2)以下，但这不是强制性的，而是基于仅使用通风空气为房屋供暖的愿望。然而，根据我们在BSC的分析，这一建议在寒冷气候下(使用标准计算方法)很难实现，而且对于实现低年能耗是不必要的。通过使用极端绝缘和消除安全因素，如热质量和内部增益，有可能达到这种低热量需求。

在欧洲，通常规定更高的通风速率，可能是因为提供机械通风的历史不长，过去的系统并没有将空气分配到每个房间。2007年被动式房屋规划包(PHPP 2007)建议为30立方米/小时，即17.5 cfm/人，而ASHRAE 62.2要求为7.5 cfm/人+0.01 cfm/ft2。PHPP 2007还指出，“平均换气率不应低于0.3 ACH。”对于一个2000平方英尺的三居室单户住宅，这导致PH值通风速率为80 cfm，而ASHRAE 62.2-2007为50 cfm(25升/秒)。尽管60%的差异不算太大，但PHPP 2007(第81页，第14.1节)警告用户不要过度通风。

PHPP 2007还规定空气输送的最高温度低于52°C(126°F)。这限制了热传递速率约60 Btu/hr每cfm气流(126供应少70 F返回乘以1.08 Btu/hr/cfm/F = 60)。如果从2000平方英尺的房子里的50立方英尺的通风空气被加热到最高126°F(52°C)，它可以提供的最大总数为3000 Btu/小时，或大约比标准小炉少15倍的热量!计算出来的热量仅为1.4 Btu/ft2 (4.3 W/m2)。要在通风空气下提供PH值最大10 W/m2 (3.2 Btu/ft2)的加热强度，需要115 cfm (60 l/s)的通风量，这是ASHRAE 62通风量的2.3倍!

如果采用这种方法，过度通风将对低能耗房屋造成非常严重的能量损失，因为这相当于使用机械系统来造成空气泄漏。这可能是由于这个原因，被动式住宅研究所推荐非常高效(例如75-85%)的热回收呼吸机与高效风扇。虽然欧洲测量HRV效率的标准与北美不同，但应该清楚的是，一个标准的65%效率HRV(北美的典型规格)在50 cfm和0.6 W/cfm下运行，将比一个非常昂贵的75%效率HRV在80 cfm和0.75 W/cfm下运行消耗的能源更少。因此，北美房屋通风符合ASHRAE 62.2，具有标准效率(>60%)HRV和高效风扇电机(>1.5 cfm/W)，将比大多数passivhaus批准的通风系统消耗更少的能源。这样的HRV/ERV装置已经安装在许多建筑美国、能源之星、R2000和更好的住宅中。相对于中央风机集成通风系统(即fancycler)， HRV节省的能源很少，但对于寒冷气候下的低能耗建筑，具有上述推荐规格的HRV通常可以减少一次能源消耗。

需要注意的是，许多北美hrv会消耗过多的电能，应该避免使用。“能源之星”将很快限制hrv的电能消耗，但这些要求在几年内不会生效。有许多合适尺寸的hrv(符合ASHRAE 62.2)，配有高效风扇(即0.5至0.75 W/ cfm)，价格为500至700美元。在更温和的气候条件下，中央风扇集成通风系统(即，没有热回收)只比高性能HRV消耗非常少的额外能量，但以一小部分的资本成本提供同等质量的通风。

考虑到标准通风率以及美国和加拿大部分地区设计温度为0°F(-18°C)或更低的情况，增加通风率以允许使用通风空气作为唯一的供暖手段，最好的情况是对设计的高度限制，最坏的情况是不切实际的，与低能耗房屋背道而驰。

似乎还有一种几乎教条的避免使用辐射地板或空气加热与再循环气流(两种最常用的供暖系统在北美大部分地区)。

虽然辐射地板在低能耗的房子里提供了“太多”的热量，但从舒适的角度来看，它们可能是可取的，特别是如果它们应用在家里的小区域(例如，浴室和厨房的瓷砖地板下)。也就是说，辐射地板很少是成本最低的空间供暖方式。

被动式空调的建议之一是风管风速保持在3米/秒(588 fpm)以下。在我们的所有项目中，BSC建议主干速度应保持在500 - 750英尺/分钟之间，跳动/分支管道速度应低于500英尺/分钟。这些限制节省了风扇的能量并降低了噪音。

被动式房屋和BSC建筑美国房屋的另一个共同建议是要求明确的回风通道和转移格栅的规范。PassivHaus描述的目标压降为1pa，而BSC允许格栅上的压降高达3pa。被动式房屋标准没有提到外壳外的管道，因为这种冒险的做法在欧洲几乎是未知的。

典型的BSC BA低耗能房屋

许多bsc设计的美国建筑原型住宅已经建造在寒冷的气候条件下(5区及以上)，在一次/源能源消耗方面与被动式住宅标准相比很好。也就是说，它们比被动式房屋多消耗40%到60%的能量，但性价比更高。通常，这些房子使用至少R-5 (U=0.2)的窗户(三层玻璃，低e涂层，暖边间隔)，R-10次板隔热和R-20墙隔热，在有条件的地下室，R-40以上的墙壁和R-60天花板(“5/10/20/40/60”方法)。这些BSC房屋中的所有热桥都是通过在框架外部使用绝缘来控制的。这些r值是相当的，如果在低端，PH使用的范围。

气密性等级3级(电子邮件保护)如果对气密性细节进行测试，并进行一些培训和气密性测试，生产施工人员可以定期达到Pa。根据我们和其他人的经验，气密性等级为1.5(电子邮件保护)如果在气密性的设计细节上付出了巨大的努力，并采用了持续的培训、测试和检查，Pa就可以可靠地实现。根据“建设美国”和加拿大R2000项目的经验，这样的密封性水平是可以达到的，但需要付出一些努力。实现更低漏风的最大障碍可能是建筑形状的复杂性。考虑到国家对空气壁垒和贸易技能的实践，得到0.6(电子邮件保护)PH值要求的水平对于生产住宅来说太难达到了(尽管在定制住宅中是可以达到的)，而且在任何情况下都很难证明这一点，因为它对能源、空气质量或耐久性的增量效益很小。

BA计划花费了大量的努力，以确保BA房屋比同等房屋更耐用和更健康。在PH标准中基本上没有讨论耐久性，也很少讨论室内空气质量:当保温水平上升到所使用的水平时，对外部建筑材料耐久性的影响没有进行讨论，也没有讨论提高雨水控制要求的必要性，尽管破坏性的空气泄漏凝结可能由非常低的可接受空气泄漏控制。

能源消耗比较

测量结果(不是美国建筑基准的假设)表明，在一个中等规模的典型家庭中，每户每年用于电器和杂项负荷的电量可以保持在3000-4000千瓦时。这可以通过非常高效的电器、特殊的照明和更好的控制来进一步减少。被动式住宅的报告值往往较低，在2500至3000千瓦时/年的范围内。这些较低的水平可以在北美家庭中实现，但取决于居住者以低能源的方式操作和维护家庭。

在美国家庭中，家庭热水的能源消耗大约是3000 - 4000千瓦时/年很大程度上取决于居住者的生活方式，但这种能源使用在被动式住宅中似乎是相似的。如果有地下室，通过排水热回收可以减少能源消耗(可能减少10-20%)，通过选择最低热水使用设备可以减少能源消耗(可能减少10-20%)。居住者的行为同样至关重要:一对退休夫妇可能会使用一半的能源，而一个有十几岁孩子的五口之家可以多使用50%。价格合理的双层平板太阳能热水系统，即使在寒冷的气候下，也可为家庭热水设备提供约2000千瓦时/年的预热水。

在美国能源部气候区5-7中，按照上述低能源标准建造的房屋，其空间调节和通风能源需求往往是10000至15000千瓦时(54至80千瓦时/平方米/年)，居住空间为2000平方英尺。从双层玻璃升级到三层玻璃(R3.3到R5或R6)，加上高效的HRV，这些值将降低2000-3000千瓦时/年，如果有朝南的暴露太阳能用地，则可以再降低1000-2000千瓦时。因此，通过某些地块上可用的某些组合措施(通常不能完全朝南)，可以将空间热能值降低到7000-11000千瓦时/年的范围内，并且在某些情况下可能具有成本效益(三层玻璃窗户并不总是具有成本效益)。

使用站点到源(使用PH值来表示站点到一次能源)将天然气转换为3(大约是德国2.7值和美国能源部给出的3.365值之间的中间值)，可以为一个25乘40英尺的带完整地下室的高架牧场住宅开发以下一般能源使用情况(例如，一个拥有2000平方英尺的有条件的可用空间的住宅)。

该表[见下表1 -点击图片放大]取能源消耗的中间值，并将这种能源需求转换为一次(源)能源使用。它假设最小的可用标准冷凝天然气两级炉与ECM电机(如Goodman GMH95)，冷凝密封燃烧热水加热器(如AO Smith Vertex, Navien, Quietside，或菲斯曼VitoDens)，高效HRV(如Fantech VHR704与AirCycler控制器)，能源之星电器和所有节能灯照明。

可以看出，源能耗在158 kWh/m2/yr时，超过了被动式住宅120 kWh/m2/yr的要求(由于德国的建筑面积计算方法与北美不同，整栋房子的比较更准确为29300 kWh vs 17800 kWh)。然而，对于低于20000美元的进一步无补贴投资，可以安装2.5千瓦的光伏阵列(可以产生3250千瓦时/年)，减少一次能源消耗9750千瓦时，以接近任意(和值得称赞的)被动式住宅的能源目标。在这种情况下选择PV是因为它是实现目标的成本最低的方法。在许多情况下，三层玻璃和ERV(在4000-5000美元的费用下，这些措施可以节省2000-3000 kWh/年)与2.0 kW阵列结合可能是一种较便宜的方法。光伏是目前最昂贵的无补贴形式或可再生能源，成本通常为每千瓦时50至70美分。许多可再生和/或无碳电力来源(如风能、生物量、潮汐等)的生产成本可以达到这一成本的1/2至1/3(另见BSI-026)。

一些PH值建议要求设计师花费更有限的资源进行节能，这甚至比以当前光伏价格的非常高的标准生产能源更昂贵。例如，在6000 HDD F的气候中，从0.6 W/cfm, 63%效率的Fantech HRV切换到ph认证的80%效率，0.75 W/cfm HRV，即使使用相同的ASHRAE 62.2 50 cfm通风率，每年节省11美元的热能，1.65美元/热燃气和15美分/千瓦时的价格。即使天然气和电力价格在未来十年内上涨三倍，ph认证的HRV所要求的1000- 1200美元的溢价也不可能得到补偿。将200平方英尺(占楼面面积的10%)的R6窗户(如内联玻璃纤维与氩气填充双低e涂层)升级为R7.1 ph认证的窗户(性能优越)，在6000硬盘的气候下可能节省250-400千瓦时/年，但按当前价格计算需要额外支付10000美元。将副板绝缘的r值从R20提高到R40是另一项非常昂贵的措施。

将拟议住宅的隔热水平提高一倍(即将规格改为R-10窗户，R-80墙壁，R-120屋顶，0.6(电子邮件保护)， HRV为100%)和增加气密性并不一定会减少一次能源需求，足以满足PH能源目标。将隔热、窗户和气密性值提高到这些水平不仅非常昂贵，而且在建筑上受到很大的限制，例如，天窗、凸窗等都成为合并和保持低表面体积比的挑战。即使采取所有措施将供暖能源需求减半，一次能源需求强度也将勉强降至120千瓦时/平方米/年(PH值能源目标)以下。

在美国能源部气候区6或7，极端R-10/R-80/R-120规格的供热需求峰值将保持在PH值推荐值10W/m2 (3.2 Btu/ft2或6400 Btu/hr)以上，而不依赖于居住者产生的平均热量(如不低于平均热量，家中一人)和热质量，50 cfm的通风气流不足以在设计的0°F或-10°F夜间提供空间供暖(即:热量损失需降低至3000英热单位/小时，以便通风以提供加热)。由于一个高效炉(如上所述)的安装成本不到2500美元(加上管道系统，无论如何都需要很大程度上用于通风)，而较小容量的炉的成本也不低，因此减少空间加热能源需求基本上没有节省资本成本

从资本的明智使用的角度来看，北美寒冷气候地区的被动式住宅方法可能会导致更昂贵，建筑灵活性更低，甚至可能比更灵活的方法更能源密集型的房子，而更灵活的方法只关注最低成本，最持久的方式来实现单位面积一次能源使用目量值。也许PH值标准对北美低能耗住房最重要的贡献是，人们不能像太多净零住宅那样，简单地购买价值20万美元的光伏电池板来达到目标。

结论

位于寒冷气候地区(DOE区5-7)的住宅，采用:

• 最小R-5:10:20:40:60
• 1.5(电子邮件保护)密封性或更好，
• 冷凝(>95%)煤气炉，ECM风扇电机，
• 合适尺寸(ASHRAE 62.2)高效(> 65%，<0.6 W/cfm) hrv
• 冷凝式(>92%)热水天然气热水器
• 在能源之星排名前10%的电器与节能灯相结合

在寒冷的气候条件下，提供接近被动屋标准的总能源和环境性能。这种房屋在相对较小的方面与标准的北美建筑不同，适应更广泛的建筑风格，可以很容易地根据不同的气候区进行修改，甚至可以由生产建筑商建造。

实现被动式住宅现场供暖能源使用15千瓦时/平方米/年的具体目标，导致的材料和资金投资往往会超过其他成本更低且对环境有影响的解决方案。实现同样任意的120千瓦时/平方米/年比供热目标有更直接的环境效益，但最好是使用一些现场或可再生的场外发电(即成本和环境破坏最小)。

随着新的清洁、本地和可再生能源在未来25年内投入使用，并变得比目前的光伏价格更实惠，被动式住宅为满足特定要求而采取的极端节能措施不太可能被认为是寒冷气候住房的最佳资源配置。

阅读对本文的回应马克·罗森鲍姆和大卫·怀特。

参考文献

《沃尔夫冈·费斯特访谈》能源设计更新，阿斯彭出版社，第28卷，第1期，2008年1月。

被动式房屋规划包2007/1- e，被动式房屋研究所，德国达姆施塔特，2007。

被动式房屋质量认证:住宅被动式房屋标准，2007年6月18日，Passivhaus Dienstleistung GmbH。

最好的信息来源是被动式住宅研究所的官方网站，www.passiv.de和www.Passivhaus-info.de

脚注

1.能源设计更新。《沃尔夫冈·费斯特访谈》，阿斯彭出版社，第28卷，第1期，2008年1月。

2.斯堪的纳维亚之家访问www.scanhome.ie 2009.0717

3.本文使用kWh作为能量的单位。1kwh = 3412 Btu。一温气体= 29.3千瓦时。

4.欧洲质量的锅炉供暖系统有很大的不同，因为典型的安装成本超过2万美元，因此避免使用它们是一个主要的资本成本节省。