装配式建筑因建设周期短、施工污染小、节省现场劳动力等优势，受到政策的支持。被动房，是指通过良好的保温系统和气密性，充分利用太阳能、自由得热及热回收系统，在保证舒适度的前提下，降低一次能源消耗量至相应标准的房屋。被动房以节能环保、品质舒适著称，但目前仍以传统湿作业为主。装配式技术与被动式超低能耗技术，均是实现全生命周期绿色建筑的重要措施。目前，将二者结合的实际建造经验尚少，仍存在诸多技术盲点有待摸索，可供印证效果的实际运营数据也相对有限。本文以海淀永丰产业园项目为例，从建筑设计的角度，探讨北方寒冷地区被动式超低能耗装配式居住建筑的设计难点与解决思路。

装配式建筑以工厂预制、现场拼接为宗旨，以求实现高效、精确的批量化建造模式。这种预制—组装的建构方式，决定了建筑构件间的缝隙不可避免，对房屋气密性存在不利影响。被动房力求以最大限度利用自然得热，减少因保温或气密性不足造成的冷热损失，实现低能耗投入。因此，被动房力求提高围护系统的气密性，做到“全方位包裹”，二者之间存在矛盾。预制构件间的缝隙处理，成为装配式被动建筑设计的难点之一。

装配式建筑提倡采用由内叶板、夹心保温、外叶板组成的预制夹芯板，实现结构、保温、装饰一体化。特别是本项目所在的北京地区，结构、保温、装饰一体化外墙板受到大力推行。夹芯墙板将装饰外叶板以拉结件固定于内叶板上，拉结件多为强度较大的金属材质，传热系数远大于保温材料，易形成冷桥。而寒冷地区的被动房保温层厚度相对普通建筑更大，可达200mm以上，大大增加了对拉结件的强度要求。更粗或更密的拉结件加重了冷桥的形成，使得结构、保温、装饰一体化的外围护体系难以在被动式建筑中推广。

海淀永丰产业园项目位于北京市海淀区北五环外的永丰产业基地，属自持式居住项目。地上部分装配式建筑比例为100%，预制率不低于65%，全装修比例为100%。其中，被动房位于西地块南侧的0062地块内，由西侧的A2#、西北侧的A5#、东北侧的A4#组成（图1,2）。三栋均为6层居住建筑，总建筑面积约占西地块总住宅建筑面积的10%。除A4#、A5#底层的商业、配套功能外，其余地上部分均按被动式超低能耗建筑要求进行设计。

本项目中，针对以上三栋装配式被动居住建筑进行施工图设计，主要难点包括：

(1）装配式技术与被动式超低能耗技术本身均具有较高的设计难度，将两者结合并应用于北方寒冷地区的居住建筑，使此项目更具挑战性。

(2）三栋建筑同时涵盖南北向与东西向，需在设计阶段研究不同朝向对被动房设计的影响，并通过对运营节点的实时监控，尽可能全面地搜集各单体的各项参数指标。

(3）为提高住宅品质与舒适度，本项目采用了飘窗；立面与屋顶的造型、线脚丰富，不可简单套用被动房的常用设计手法，因此立面效果的实现成为施工图设计的难点（图3）。

被动式超低能耗建筑设计中强调“五指原则”，即：良好的保温系统、完整的气密性、无冷热桥设计、被动式门窗系统、新风系统。针对以上设计原则，本项目具体应对方案如下。

被动房需要最大限度减少建筑的冷热损失，控制围护结构内表面温度与室内温差不超过3℃，采暖能耗需求不超过15 kW·h/m^[2]年。良好的保温系统可以显著减少建筑换热，控制房屋的供热制冷能耗，使室内温度均匀，减少冷热辐射，提高住宅舒适度，避免冬季结露。

根据标准图集《被动式低能耗建筑—严寒和寒冷地区居住建筑》（16J908-8），寒冷地区被动房为保障能耗与舒适性要求，需满足外墙、屋顶传热系数≤0.15W/（m²·K）；地面及地下室外墙传热系数≤0.18W/（m²·K）；外门窗传热系数≤1.00W/（m²·K）。

在外墙保温材料的选择上，本项目考虑了硬质聚氨酯、挤塑聚苯板、石墨聚苯板以及新型材料——真空绝热板。除真空绝热板导热系数可达到0.01W/（m·K）以下外，其余几种保温材料的导热系数在0.03W/（m·K）左右。

本项目中，同时含有南北朝向与东西朝向的楼栋，经过初步节能计算，真空绝热板厚度可控制在100mm以下，其余三种材料所需保温厚度在200～300mm之间，远大于普通居住建筑的外墙保温厚度。若采用夹心保温板，传统保温材料厚度大，外叶板与内叶板相距较远，对拉结件的强度要求显著提升，需要更多高强度的拉结件进行固定，加剧冷桥形成。若采用厚度较薄的真空绝热板，拉结件可能刺破保温层，使其绝热能力大幅下降。因此，本项目最终选择了预制单板外墙加外保温的技术体系。

由于硬质聚氨酯抵抗变形能力较弱，在对比过市面上几种挤塑聚苯板后，传热系数低于石墨聚苯板的种类较少。综合考虑成本与施工、维护难度，本项目决定选用石墨聚苯板（表1）。

经过节能计算，三栋楼保温厚度分别为：A2#楼280mm（东西向）、A4#楼220mm（南北向部分）与260mm（东西向部分）、A5#楼220mm（南北向）。施工时，采用双层错缝式排布避免通缝，减少保温层的弱点。

由于本项目位于寒冷地区，冬季采暖压力较大，被动房对于采暖能耗的限制提高了对外墙保温的要求。若项目位于其他地区，保温厚度适宜时，仍可采用夹心保温板，实现结构、保温、装饰一体化，对此本文暂不多做探讨。

被动房外墙保温厚度较大，须确保固定方式的可靠性。本项目立面装饰材料主要采用真石漆，小型装饰线脚以粘贴小型保温块的形式实现，突出墙面的“壁柱”造型以陶板或石材幕墙的形式实现。飘窗间以陶板格栅“填平”，幕墙与窗台交界处统筹处理，确保整个立面风格的统一。

本项目同时涵盖了坡屋面与平屋面。经节能计算，三栋楼屋面保温厚度需做到300mm。

坡屋面采用金属屋面，依靠自然坡度将雨水排向屋面边缘的天沟内。天沟处出现保温厚度局部不足300mm的情况，但是由于坡屋面下方设有闷顶，可以起到一定保温作用，因此天沟保证保温最薄处厚度不少于100mm，尚可相互权衡。飘窗上方局部进行挑檐，用以固定天沟和金属屋面龙骨。挑檐板上下全部以保温材料填充，起到阻断冷桥的作用。

平屋面两侧高起的山墙，为保证保温效果与立面平整，以立面保温厚度进行包裹。对于高度较矮、不便以相同厚度包裹的女儿墙，控制最薄弱处保温厚度不低于100mm。女儿墙高度需结合立面效果与构造需求确定，既要满足防水收头的高度要求，又要保证包裹100mm厚的保温材料后不影响立面整体效果。

被动房要求气密性通过风门试验，满足N50≤0.6/h，即50Pa气压差下，每小时换气不超过0.6次。气密性不足不仅会增加冷热负荷，还会产生结露风险，严重影响保温层作用。

保证气密性的普通做法，是以完整的抹灰层覆盖房屋内部。装配式建筑存在大量板缝，均为建筑气密性薄弱的部位，需增加气密性胶带密封。例如叠合楼板的现浇层与上层外墙板之间连接处，虽以砂浆封堵，但仍存在气密性隐患。本项目中，在内侧墙角处粘贴气密性胶带，再做抹灰等内装饰面层做法，可有效增强外墙的整体气密性（图4）。

对于屋顶部分，需在保温层内侧设置连续气密层，防止冷凝。门窗及管道等洞口四周的缝隙，需在外侧粘贴防水透气膜，内侧粘贴防水隔汽膜，消除洞口附近的冷凝隐患（图5）。设备安装时，应注意避免破坏抹灰层。

本项目中，可能出现冷热桥的部位主要有以下几类。

本项目采取外保温系统，以外圈保温包围整栋房屋，层间楼板未采取特殊保温措施。因此，只需处理好与非被动房部分之间的楼板或地坪即可。

三栋建筑中，A2#从地上1层起为被动房，A4#、A5#从地上二层起为被动房。其中，A2#以150mm厚岩棉满铺地下室顶板下表面，并沿地下室外墙内侧，从顶部向下延伸1m高。地坪处的外墙保温层，以被动房外墙保温厚度，向地下延伸1m后，再转为普通地下室外墙做法。A4#、A5#在一层楼板下方满铺100mm厚岩棉保温，保证被动房区域保温系统的完整性。

本项目无室外阳台，悬挑结构主要出现在飘窗、屋顶挑檐和空调板处。

飘窗顶板、底板的保温材料厚度会影响上下层飘窗间的空间高度，进而影响建筑立面效果。在综合权衡保温效果与建筑形象后，本项目将飘窗顶板、底板处的保温厚度定为200mm。

飘窗上方与支撑天沟的悬挑板之间以保温材料填充，并完整包裹悬挑板与女儿墙，形成连续的保温系统。屋顶幕墙系统龙骨间同样以保温填充，保证悬挑板周围、女儿墙两侧及压顶处保温不小于100mm，确保屋顶保温系统中无冷热桥问题（图6）。

装配式被动房多采用轻质钢结构空调板，以悬挑形式固定，减少冷热桥风险。本项目部分采用轻钢结构空调板，部分因立面造型原因采用了150mm厚钢筋混凝土悬挑板。混凝土空调板上下各包100mm厚保温层，整体固定于120mm厚的叠合楼板上，板顶标高与楼板板顶相同，利用保温材料完成立面的装饰。

由于本项目部分首层空调板位于室外地坪标高以下，上下均需保温包裹，空调板上方考虑排水与造型需求，以保温材料包裹至高于室外地坪的完成面高度，并在空调板下方以暗散水形式与场地交接。

《被动式低能耗建筑—严寒和寒冷地区居住建筑》（16J908-8）中要求，寒冷地区被动房外窗传热系数≤1.00W/（m^[2]·K）。

目前现有被动房项目中，普遍要求门窗传热系数不超过0.80W/（m^[2]·K），且安装后不超过0.85W/（m^[2]·K）。综合对比后，本项目选用三玻两腔双银Low-E充惰性气体暖边塑钢窗。

传统门窗多安装于洞口内部，窗框同时接触外部空气与结构墙，易形成冷热桥。被动式门窗采取外挂形式安装（图5），控制了结构体与外界空气间的接触，有效减少了热量传递。

电动百叶为金属材质，传热系数较高。当百叶位于保温层内侧时，易同时与结构体和外界空气接触形成冷桥。因此，本项目中将遮阳百叶盒向外移动至与外墙外表面相平（图7），在窗框与百叶之间形成保温断桥层。有线脚的部位，以轻质保温材料粘贴于百叶外侧，完成造型需求。保证同一立面内，电动百叶位于同一平面，避免遮阳放下后产生立面深浅不一的杂乱感。

电动百叶上端通过保温垫块固定于结构基层墙体上，飘窗部分采用下方固定，普通窗采用侧边固定。保温垫块下方对应的预制外墙处预留电动百叶的电线槽，具体尺寸需避免对防火隔离带造成影响。百叶侧轨通过金属窗框固定，固定构件设置于金属窗框后方，以点状、间断的形式固定，减少冷热桥风险（图5）。

为满足使用人群的新风要求，本项目采用吊顶式新风全热交换器，热回收效率达75%以上，降低了能源消耗，满足被动房要求。被动房的室内颗粒物主要来源于新风，故新风系统内安装高效过滤器，对PM2.5的过滤效率大于90%时，可有效降低室内颗粒物浓度，保证室内PM2.5日平均值不超过35μg/m^[3]（空气质量一级标准），保障室内人员呼吸健康。室外新风通过全热交换器过滤器后，与卫生间的排风进行高效热交换，从而将温度适宜的新鲜空气送入室内各个房间内，满足人员新风要求的同时，排除卫生间异味。新风全热交换器设旁通管，过渡季节直接将室外新风送入室内，减少阻力损失，消除室内冷负荷。

被动式超低能耗技术与装配式技术，作为当下先进的绿色节能建造技术，符合我国未来建筑发展的趋势。本文仅从建筑设计的角度，针对北方寒冷地区居住建筑的装配式被动房设计提出看法，在确保实现方案效果的同时，试图解决各类技术问题，希望能对日后此类建筑的设计实践有所帮助。