被動式超低能耗建筑的消耗情況應低于2016年我國建筑節能設計標準的1/2以上;而近零能耗對消耗能耗水平要求更高，應低于2016年我國建筑節能設計標準的2/3以上。超低能耗以及零能耗建筑需要盡量利用建筑自身能源或可再生能源，當建筑年度消耗能源小于或等于可再生能源年度消耗時，說明實現了零能耗建筑，大量技術支持是實現被動式超低能耗建筑低能源消耗的基礎。
被動式超低能耗建筑依據建筑所在地理位置與氣候條件，對建筑外圍護結構采取一系列隔熱保溫措施，有效降低能耗，提升建筑外圍護結構的隔熱保溫性能，對居住舒適性同樣有所提升。建筑節能要求以及外圍護結構隔熱保溫性能受到人們極大的重視[2]。建筑外圍護結構傳熱損失是被動式超低能耗建筑中消耗最高的，因此，研究被動式超低能耗建筑外圍護結構的隔熱保溫方法具有重要意義。
1 被動式超低能耗建筑能量體系
建筑能量需求邊界與建筑能源使用邊界是建筑能耗的2種邊界。室外環境與建筑物通過建筑能量需求邊界交換能量，例如，太陽輻射與室內溫度交換、室外環境與外圍護結構交換均通過建筑能源使用邊界交換，建筑能量需求邊界利用負荷計量，即建筑能量需求邊界為實現建筑所需功能與維持室內環境所需要供給的熱能、冷能、電能等能量負荷。建筑所需要能量通過建筑能源使用邊界利用建筑的電力、空調和供暖等能源系統提供[3]，被動式超低能耗建筑能量邊界劃分如圖1所示。
圖1 被動式超低能耗建筑能量體系邊界劃分
由圖1可知，建筑的超低能耗可通過建筑能量需求邊界與建筑能源使用邊界2方面采取隔熱保溫技術措施實現。隨著科學技術不斷發展，越來越多節能措施應用于各類型建筑中，采用不同節能措施的建筑，具有差異的低能耗建筑概念特點。被動式超低能耗建筑將節能技術措施應用于建筑能量需求邊界中，將建筑能量需求降至最低[4]，不過度利用建筑能源系統提供建筑能源，降低建筑能源消耗實現超低能耗需求。被動式超低能耗建筑為起源于德國被動房概念的新型建筑類型，被動式超低能耗建筑秉持降低建筑能源需求即降低能源消耗的觀點，通過這一理念實現低能源供應。
2 被動式超低能耗建筑特征
利用被動式超低能耗建筑能量體系邊界的劃分，研究其建筑特征，該被動式超低能耗建筑具有高隔熱保溫性、高保溫性門窗、高氣密性、熱回收新風系統以及無熱橋設計5個特征。隨著被動式超低能耗建筑不斷發展，可再生能源的充分利用也是被動式超低能耗建筑的重要特征[5]。被動式超低能耗建筑以超低能耗實現居住人員的舒適與健康，高性能的隔熱保溫結構是降低被動式超低能耗建筑能耗的核心。被動式超低能耗建筑示意如圖2所示。
圖2 被動式超低能耗建筑示意
被動式超低能耗建筑實現超低能耗的主要技術是以建筑能耗作為約束條件，設置優良隔熱保溫性能的外圍護結構。被動優先、主動優化是實現被動式超低能耗建筑的技術原則，充分利用可再生能源是被動式超低能耗建筑設計的基本路線[6]。被動式超低能耗建筑由合理的設計、高科技技術以及精細施工組成，三者缺一不可，其本質是建筑利用有效設計方法實現高質量被動式超低能耗建筑。
被動式超低能耗建筑實現的難點是如何集成新風熱回收、可調遮陽、高性能圍護結構等多種高科技建筑技術，需要一個系統的解決方案。太陽光、風力、植被等自然條件均屬于可再生能源，應大力應用于被動式超低能耗建筑中，盡量降低建筑能耗，實現建筑保暖、采光要求，提高居住舒適性。同時有效降低能耗，提升室內環境性能[7]。科學合理地設計被動式超低能耗建筑，各專業相互配合，設計科學有效的建筑方案，利用高技術設計方法提升建筑科技含量，維持被動式超低能耗建筑的可再生性能。
3 建筑外圍護結構隔熱保溫措施
3.1 高性能隔熱保溫材料
被動式超低能耗建筑對外圍護結構的熱工性能要求高于我國普通建筑的隔熱保溫要求，被動式超低能耗建筑應以緊湊為設計原則，體形系數應小于0.5，被動式超低能耗建筑的窗墻比對于外圍護結構熱傳遞影響較大。被動式超低能耗建筑的傳熱系數與我國現行節能建筑傳熱系數對比如表1所示。
表1 被動式超低能耗建筑與節能建筑傳熱系數對比
由表1可以看出，被動式超低能耗建筑對屋面和外墻等外圍護結構的傳熱系數要求小于0.16W(/m·K)，而節能居住建筑屋面和外墻的傳熱系數是被動式超低能耗建筑的2.6倍左右。通過對比結果可知，只有采用導熱系數低的外圍護結構隔熱保溫材料，才能滿足被動式超低能耗建筑高質量隔熱保溫性能要求。
典型的被動式超低能耗建筑外圍護結構材料構成如圖3所示。
圖3 被動式超低能耗建筑外圍護結構材料構成
由圖3可以看出，被動式超低能耗建筑采取了膠粉聚苯顆粒保溫隔熱灰漿作為保溫隔熱層，提升建筑隔熱保溫性能。常用于被動式超低能耗建筑的保溫材料有聚氨酯、泡沫玻璃、真空絕熱板、礦物纖維保溫材料等，常應用于被動式超低能耗建筑的保溫材料導熱系數如表2所示。
表2 被動式超低能耗建筑常用保溫材料的導熱系數
通過被動式超低能耗建筑所處地理位置、氣候區和外圍護結構形式，選取合適的外圍護結構保溫材料，高性能外圍護結構是實現超低能耗的重要指標[8]，具有優良性能的保溫材料才可實現被動式超低能耗建筑外圍護結構最優性能。
3.2 被動式超低能耗建筑外圍護結構無熱橋設計
被動式超低能耗建筑外圍護結構保溫層需連續完整，避免形成結構性熱橋，增加能耗。被動式超低能耗建筑外圍護保溫系統連接錨栓應設置阻斷熱橋措施。
建筑的熱橋會造成外圍護結構熱負荷或冷負荷，并使建筑外圍護結構內表面冷凝發霉現象概率增加，因此設置被動式超低能耗建筑的無熱橋設計對于實現超低能耗甚至近零能耗具有重要意義[9]。被動式超低能耗建筑要求熱橋限值為線熱橋≤0.01W(m·K)。
無熱橋設計在施工時要求較高，被動式超低能耗建筑的無熱橋設計施工過程中需實現不間斷保溫，施工手段要極為嚴謹，保證保溫層無穿透現象。被動式超低能耗建筑外圍護結構典型的無熱橋安裝方式如圖4所示。
圖4 被動式超低能耗建筑外圍護結構無熱橋安裝方式
由圖4可以看出，外圍護結構的連接件與墻體之間采用了防潮保溫墊塊，可有效防止形成冷熱橋。選取專業防水透氣膜及隔汽膜，將復粘法應用于建筑角落部位與連接部分，提高被動式超低能耗建筑外圍護結構門窗縫隙的氣密性，增強保溫效果[10]，具有節能意義。
被動式超低能耗建筑的外墻保溫主要包括單層保溫和雙層保溫，無熱橋設計施工時應依據保溫形式選擇不同連接方式，單層保溫可采用鎖扣連接，雙層保溫可采用錯縫粘結。無熱橋設計施工時，外墻保溫系統性熱橋應降低與建筑拉結情況。
外墻墻角應選取成型保溫構件避免出現結露情況;選取斷熱橋錨栓可有效避免被動式超低能耗建筑出現系統性熱橋;建筑陽臺板與主體結構設計時應斷開，有效降低外圍護結構產生熱橋情況，且陽臺板需利用保溫材料全部包裹提升保溫性能;管道穿過外圍護結構時，需預設置套管，且管道周圍需選取合適保溫材料密實封閉。
3.3 被動式超低能耗建筑外圍護結構高氣密性設計
建筑的滲透熱損失是建筑主要能量消耗之一，因此優良的氣密性對于被動式超低能耗建筑節能具有重要意義。被動式超低能耗建筑要求氣密性限值需≤0.6h-1，氣密性限值指基準壓差為50Pa時，建筑內部體積除50Pa時的平均空氣滲透量獲取的換氣次數。利用鼓風門法可獲取被動式超低能耗建筑氣密性限值，利用氣密性限值可有效評估建筑的氣密性。提升建筑氣密性是降低能耗的重要方法，還可提高室內人員居住舒適性[11]，保證室內人員處于健康環境中。被動式超低能耗建筑典型的氣密性構造設計如圖5所示。
由圖5可見，對被動式超低能耗建筑角落位置采取粘貼密封膠帶處理，可提升建筑氣密性。利用良好的設計、高質量材料以及精密施工可使被動式超低能耗建筑換氣次數實現限值要求。被動式超低能耗建筑高氣密性施工過程中應防止外圍護結構氣密層被破壞[12]，若發現被破壞情況，需采取被動式超低能耗建筑專用氣密性材料封堵被破壞點，若破壞地點為外圍護結構窗框處，密封處理應更加精細。
3.4 被動式超低能耗建筑外圍護結構門窗設計
被動式超低能耗建筑外圍護結構門窗設計需滿足穿過玻璃窗戶熱量高于透過玻璃窗戶造成的熱損失，且門窗遮陽措施是被動式超低能耗建筑的重要部分，要求所設計遮陽措施可有效降低因夏天直射造成的冷負荷。鋁包木框和PVC型材是被動型超低能耗建筑窗戶的常用材料，需填充保溫材料于窗戶內部，門窗玻璃的最低要求為雙Low-E三玻兩腔中空玻璃，采用該材料可有效降低窗戶熱量損失，提升被動式超低能耗建筑高保溫與高氣密性[13]。被動型超低能耗建筑中典型的被動式窗戶如圖6所示。
圖5 被動式超低能耗建筑典型的氣密性構造設計
圖6 典型的被動式窗戶
被動式超低能耗建筑外門窗玻璃部分傳熱系數應小于0.8W(/ m·K);太陽能總透射比應大于等于0;選擇性系數應盡量高。被動式超低能耗建筑外窗應選取具有持久性密封材料至少3道;外門窗應具有極好的水密、氣密以及抗風壓性能，外門窗的水密性、氣密性和抗風壓性能應分別≥6級、≥8級和≥9級。被動式超低能耗建筑外窗需安裝在外墻外側，采用此種安裝方式可降低建筑約1/5的熱損失，利用防水透氣膜、密封膠和防水隔氣膜形成的密封連接系統連接外窗與墻體。
被動式超低能耗建筑對于施工精細化要求較高，選擇正確窗戶朝向可提升遮陽保溫性能，外門窗安裝位置具有阻斷熱橋作用，外圍護結構材料需選取高性能水密、氣密材料，提升被動式超低能耗建筑外圍護結構的遮陽保溫性能。
3.5 建筑外圍護結構防水隔汽系統設計
為避免外圍護保溫材料因潮濕降低性能，外圍護保溫材料的上側與下側需分別設置防水層和蒸汽阻攔層，可有效避免外圍護結構材料潮濕，提升被動式超低能耗建筑的節能性能。被動式超低能耗建筑外圍護結構具有屋面保溫系統和外墻保溫系統厚度大、門窗系統傳熱系數低且氣密性高的特點，利用以上特點實現超低能耗建筑的節能設計[14]。被動式超低能耗建筑外圍護結構應全部選取高性能材料，維持材料干燥是建筑外圍護保溫材料發揮優良性能的必要條件。
3.6 建筑外圍護結構遮陽設計
建筑受太陽輻射影響可有效降低冬季供暖能耗，但夏季太陽光過度照射，空調能耗有所增大，為提升被動式超低能耗建筑的節能效果，建筑的東、西、南方向外窗應設置遮陽措施。可調節外遮陽技術是應用于被動式超低能耗建筑較為廣泛應用的遮陽措施，利用可調節外遮陽技術可有效阻擋夏季來自太陽光輻射的熱量，冬天通過可調節外遮陽技術營造適合人類長時間居住的照明環境。可調節外遮陽技術可依據太陽光照強度不斷調節遮陽卷簾，獲取最理想的遮陽效果。遮陽設計時，應考慮自然采光與遮陽效果2個方面，不斷模擬自然采光，獲取最適宜被動式超低能耗建筑實現節能目的的開窗大小和遮陽效果。
4 被動式超低能耗建筑外圍護結構隔熱保溫結果討論
被動式超低能耗建筑是基于節能理念的新型建筑，具有提升居住人員舒適度、營造健康環境的特點，在崇尚健康與節能理念的現代社會，將逐漸普及到城鎮建設中。被動式超低能耗建筑以科學理念為基礎，以建筑新概念為核心，受到政府大力支持，將會具有廣闊發展空間。
被動式超低能耗建筑不僅可應用于低度供暖需求的南方，具有高度供暖需求的北方地區節能效果更具優勢。有研究表明[15]，居住建筑在經濟與技術2方面更容易實現節能目標，被動式超低能耗建筑應先重視發展北方和居住建筑，在技術成熟情況下全面發展南方地區以及公共建筑。被動式超低能耗建筑作為超低能耗甚至零能耗領路者，為我國建筑行業做出貢獻，科學合理標準是維持建筑行業穩定發展的先決條件。越來越多的專家學者致力于研究被動式超低能耗建筑，開發被動式超低能耗建筑評估工具，研究更適用于被動式超低能耗建筑的技術以及保溫材料，研發眾多可提升被動式超低能耗建筑設備，為我國建筑節能發展提供有效依據。
5 結論
被動式超低能耗結構采用外護結構蓄熱和自然通風，降低室外溫度波動，圍護結構內表面溫度控制在人體可接受溫度范圍內。因此，提出被動式超低能耗建筑外圍護結構隔熱保溫方法。首先確定被動式超低能耗建筑能量體系的2種邊界為建筑能量需求邊界和建筑能源使用邊界，然后通過能量體系分析被動式超低能耗建筑的5個特征，即具有高保溫隔熱性、高氣密性、熱回收新風系統、高保溫性門窗和無熱橋設計。研究被動式超低能耗建筑外圍護結構隔熱保溫方法，得出結論如下：
(1)提升被動式超低能耗建筑氣密性可增加室內人員居住舒適性，保證室內人員處于健康環境中。
(2)設置被動式超低能耗建筑的無熱橋設計對于實現被動式超低能耗建筑的超低能耗甚至近零能耗具有重要意義。
(3)高氣密性設計可有效提升被動式超低能耗建筑節能效果。
(4)被動式超低能耗建筑外圍護結構門窗設計遮陽措施可有效降低因夏天直射造成的冷負荷，營造適合人類長時間居住的照明環境，獲取理想的遮陽效果。
(5)建筑外圍護結構防水隔汽系統可避免外圍護保溫材料因潮濕而降低保溫性能。
