裝配式被動(dòng)房：節(jié)能健康生活理念下的小住宅建筑研究

文章來源：上海勘察設(shè)計(jì)，本文發(fā)表于《建筑與文化》雜志 NO.198 2020   SEPTEMBER。

摘要：裝配式被動(dòng)房作為一種超低能耗健康建筑代表，不僅節(jié)能環(huán)保，同時(shí)還提供高品質(zhì)健康空間環(huán)境。本文從住宅消費(fèi)升級和建設(shè)健康中國，發(fā)展健康建筑的時(shí)代背景來分析、研究它的特點(diǎn)與優(yōu)勢，探討將其作為一種節(jié)能健康生活理念下的小住宅建筑模型的適用性，為今后的廣泛應(yīng)用與推廣做信用背書。

關(guān)鍵詞：健康住宅；居住行為；被動(dòng)房；人群健康

近年來在積極應(yīng)對《“健康中國 2030”規(guī)劃綱要》明確提出推進(jìn)健康中國建設(shè)，實(shí)施《健康建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的背景下，把人民健康放在優(yōu)先發(fā)展位置，建設(shè)健康人居環(huán)境成為建筑規(guī)劃學(xué)界和房地產(chǎn)等相關(guān)行業(yè)關(guān)注的新議題。

日前，隨著近期發(fā)生在國內(nèi)外的公共健康事件，人們再一次地將目光聚焦在居住健康與健康住宅的問題上。相關(guān)研究表明，建筑作為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)等活動(dòng)的主要場所，一生中有超過 80％的時(shí)間都是在建筑內(nèi)度過，建成環(huán)境的得宜與否對人群健康有著潛在的或積極或者消極的影響。日本健康維持增進(jìn)住宅研究機(jī)構(gòu)，通過對健康住宅與居住行為的一系列影響和相互關(guān)系的大量數(shù)據(jù)研究表明：健康住宅與居住行為、人群健康息息相關(guān)。

上海都市建筑-智慧建筑&被動(dòng)房研究中心，著眼于“面向未來的科技、智慧、節(jié)能、健康的人居環(huán)境工程”研究和應(yīng)用實(shí)踐。選擇小住宅建筑作為研究主題，因其體量小、獨(dú)棟的個(gè)性特征，從操控性上更容易作為新技術(shù)、新理念實(shí)施、推廣的樣板。

為貫徹健康中國戰(zhàn)略部署與發(fā)展目標(biāo)，通過對裝配式被動(dòng)房——超低能耗建筑的特點(diǎn)與優(yōu)勢進(jìn)行分析，以期找出作為一種節(jié)能健康生活理念下可應(yīng)用推廣的小住宅建筑的理想模型。

美國社會(huì)心理學(xué)家亞伯拉罕·馬斯洛在《動(dòng)機(jī)與人格》一書中把人的需求分成：“生理需求(Physiological needs)、安全需求(Safety needs)、愛和歸屬感(Love and belonging，亦稱為社交需求)、尊重(Esteem)和自我實(shí)現(xiàn)(Self-actualization)”五個(gè)層次（如下圖）。

新中國成立以來，住宅產(chǎn)品消費(fèi)大致也經(jīng)歷了從滿足人們的基本生存需要的經(jīng)濟(jì)節(jié)約型——適用經(jīng)濟(jì)型——發(fā)展轉(zhuǎn)變型——景觀舒適型——生態(tài)健康型 5 個(gè)發(fā)展階段的巨大轉(zhuǎn)變。人們對居住空間的需求除基本滿足睡眠、休息、飲食、衛(wèi)生、水、空氣、聲、光等的生理需求、居住安全需求，和滿足交往、私密、體驗(yàn)、娛樂、審美等的社交需求，追求尊重與自我價(jià)值實(shí)現(xiàn)的更高級別的需求，也正是馬斯洛需求層次的典型反映。

2003 年以后，隨著住宅市場和消費(fèi)觀念的成熟與完善，尤其是對公共健康事件帶來的社會(huì)影響的反思，一定程度上激發(fā)了消費(fèi)者對健康居住的意識(shí)需求，更多的人期待更智慧、健康、舒適、節(jié)能的居住體驗(yàn)，住宅建筑也從關(guān)注環(huán)境影響的綠色建筑開始向以人為本原則的健康建筑方向發(fā)展，人們對住宅建筑消費(fèi)由粗放逐步向精致化轉(zhuǎn)型，表現(xiàn)出更為成熟理性的消費(fèi)觀和對美好生活的向往。2015 年以來以健康為導(dǎo)向的全球房地產(chǎn)物業(yè)數(shù)量激增，中國的健康建筑從建設(shè)數(shù)量上僅次于美國，位列全球第二。

裝配式被動(dòng)房作為超低能耗建筑的典型代表，它不僅節(jié)能環(huán)保，同時(shí)提供高品質(zhì)、健康的空間環(huán)境，代表未來建筑發(fā)展的方向，也契合節(jié)能型社會(huì)建設(shè)、可持續(xù)發(fā)展等的時(shí)代主題，是一種節(jié)能健康的住宅類型。由于住宅健康與否深刻影響著居住者的健康狀況，從社會(huì)層面來看，健康住宅是現(xiàn)階段住宅消費(fèi)升級的必然選擇，更是時(shí)代發(fā)展的未來趨勢。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的定義，所謂“健康”就是指在身體上、精神上、社會(huì)上完全處于良好（幸福）的狀態(tài)，而不是單純指疾病或體弱。健康住宅是指在滿足住宅建設(shè)基本要素的基礎(chǔ)上，以人的健康為本，尊重科學(xué)，基于建筑的實(shí)際性能，提升健康要素，傳遞健康價(jià)值，保障居住者的生理、心理、道德和社會(huì)適應(yīng)等多層次健康需求。

目前中國健康建筑發(fā)展，尚處于初期實(shí)踐階段，主要認(rèn)證體系有：HiH 健康住宅、WELL建筑、健康建筑（如下圖）。健康住宅在技術(shù)措施上與綠色、節(jié)能住宅有很多相同的內(nèi)容，但在各自所強(qiáng)調(diào)關(guān)注的重點(diǎn)上兩者又有著很大的區(qū)別。綠色、節(jié)能住宅強(qiáng)調(diào)的是資源的利用，注重建筑與環(huán)境的關(guān)系，人與自然的和諧共生；而健康住宅則強(qiáng)調(diào)的是居住者的健康，注重建筑與人的生活質(zhì)量的密切關(guān)系，人群健康與權(quán)利公平。

關(guān)于健康住宅，在 2019 年中國發(fā)布實(shí)施的《健康住宅建設(shè)技術(shù)規(guī)程》[2]中，主要從兩大方面的健康性：居住環(huán)境的健康性和社會(huì)環(huán)境的健康性，來規(guī)范健康住宅的達(dá)標(biāo)體系。其中居住環(huán)境的健康性包括：住區(qū)環(huán)境、住宅空間、空氣質(zhì)量、熱、聲、光、水、電氣、景觀環(huán)境；社會(huì)環(huán)境的健康性包括：交往、安全、健身、文化環(huán)境、養(yǎng)老育童環(huán)境、健康管理與服務(wù)、健康物業(yè)。規(guī)范明確了影響健康住宅評估的四個(gè)主要因素：

健康住宅作為未來人居工程的發(fā)展方向，是進(jìn)一步提高和完善居住品質(zhì)，營造有益于人體健康和生活質(zhì)量的舒適、節(jié)能、健康的居住建筑類型，它體現(xiàn)了新時(shí)代住宅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新需求。

住宅建筑影響人群健康的因素多種多樣，歸納起來主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：

⑴ 客觀性物理因素：諸如溫度、濕度、通風(fēng)換氣、噪音、光和空氣質(zhì)量等；

⑵ 主觀性心理因素：諸如平面空間布局、私密保護(hù)、視野景觀、感官色彩、材料選擇等。

日本健康維持增進(jìn)住宅研究委員會(huì)在《健康住宅與居住行為指南》把影響居民健康的因素歸納為 “適宜的室內(nèi)熱環(huán)境、實(shí)現(xiàn)舒適的睡眠環(huán)境、保持清潔的空氣環(huán)境、創(chuàng)造安全放心的居住環(huán)境”四個(gè)方面。書中指出：室內(nèi)熱濕環(huán)境對人們在房間中度過舒適時(shí)光，充分獲得休息及維持身體健康十分重要。室內(nèi)熱環(huán)境的舒適性與六項(xiàng)關(guān)鍵因素——溫度、相對濕度、氣流速度、平均輻射溫度、人體代謝率、著衣量緊密相關(guān)（如下圖-3，選自《健康住宅與居住行為指南》）。

（1）室內(nèi)濕熱環(huán)境的舒適性影響——雖然室內(nèi)的舒適感受因人而異，但溫度范圍通常在夏季 25~29℃，冬季 20~25℃時(shí)人體的舒適性最好。依照日本建筑物環(huán)境衛(wèi)生管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，室內(nèi)溫度保持在 17~28℃，相對濕度保持在 40%~70%之間時(shí)既能保持房間衛(wèi)生，又能實(shí)現(xiàn)人體的舒適。

（2）舒適的環(huán)境性能及設(shè)計(jì)要求——高斷熱高氣密性住宅，易于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)各功能空間溫度均一，室內(nèi)熱舒適性較好，能有效減小室內(nèi)溫度不均帶來的冷熱交替對身體健康的影響。如冬季低溫的室內(nèi)環(huán)境容易造成感冒、咳嗽、流感、炎癥等疾病，而酷熱的室內(nèi)環(huán)境容易引起中暑癥，并影響睡眠。在寒冷和酷熱的環(huán)境中，人的疲勞癥狀會(huì)明顯增加。而噪聲引起的睡眠健康問題，與建筑物的位置、高度、長度、朝向等因素均有關(guān)系。

建筑行業(yè)的裝配化發(fā)展應(yīng)用，主要包括預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)等建筑構(gòu)件。裝配式建筑構(gòu)件應(yīng)用，目前并不完善，優(yōu)缺點(diǎn)并存。

其優(yōu)點(diǎn)是工廠產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能有效地縮短工期、保證產(chǎn)品質(zhì)量；建筑材料投入量相對減少，施工租賃費(fèi)用降低；標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)能節(jié)省材料，減少浪費(fèi)；產(chǎn)品機(jī)械化程度高，能極大地降低人工成本和風(fēng)險(xiǎn)；現(xiàn)場作業(yè)量減少利于環(huán)保。

缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)驗(yàn)收等相關(guān)規(guī)范明顯滯后于施工技術(shù)，目前在我國應(yīng)用領(lǐng)域有限；建筑物的預(yù)埋件等使用量相對傳統(tǒng)技術(shù)有很大增加；在生產(chǎn)時(shí)會(huì)受到設(shè)備的限制，其尺寸要求具有一定的局限性；如果生產(chǎn)工廠距離施工現(xiàn)場太遠(yuǎn)，會(huì)增加運(yùn)輸成本。但裝配式建筑構(gòu)件因其采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、信息化管理、智能化應(yīng)用，成為現(xiàn)代建 筑工業(yè)化建造不可或缺的新生力。

以德國被動(dòng)房研究所（Passive House Institute），簡稱 PHI，推廣的被動(dòng)房（Passive House），是一種不采用主動(dòng)式的采暖和空調(diào)系統(tǒng)，通過高隔熱隔音的建筑外墻、高氣密性窗戶和可再生能源的充分利用，維持舒適室內(nèi)熱環(huán)境，其所有消耗的一次能源總和不超過 120 千瓦·小 時(shí)/(平米·年)的房屋。它不限于新建或者既有建筑改造，建筑在年熱能需求、熱負(fù)荷、空氣密度和基本能源需求等方面符合特定的（PHI）標(biāo)準(zhǔn)（如下圖-4，選自 Passive House Institute）。

被動(dòng)房強(qiáng)調(diào)“外圍優(yōu)先”（fabric first）的設(shè)計(jì)方法，可以歸納為以下 5 個(gè)基本原則:

（1）高保溫隔熱——用性能良好的保溫材料包裹整個(gè)建筑，從屋頂、墻體到底板或地下室頂板（通常屋面的保溫應(yīng)優(yōu)于墻面，墻面優(yōu)于底板）。其目的是隔絕室外的高溫或者低溫，減少室內(nèi)熱能損失，保持室內(nèi)相對均一的溫度，確保室內(nèi)溫濕度的舒適性（如下圖-5選自《健康住宅與居住行為指南》）。

（2）斷熱橋——嚴(yán)格避免熱橋，選擇高度隔熱的斷熱橋窗框，把凸出的陽臺(tái)板、窗戶安裝在保溫層內(nèi)，盡可能使保溫層以均勻的保溫效果圍繞整個(gè)建筑。

（3）被動(dòng)門窗——使用高品質(zhì)低輻射（low-e）玻璃被動(dòng)窗（根據(jù)氣候差異，選擇三玻兩腔或者兩玻單腔），通常氣候條件下傳熱系數(shù) U 值約 0.6W/（m2k），太陽得熱（透光）系 數(shù) g 值在 50%至 60%。

（4）氣密設(shè)計(jì)——周密考慮建筑的氣密設(shè)計(jì)，所有節(jié)點(diǎn)和接口都要設(shè)計(jì)為氣密，從而建立完整的氣密性外圍護(hù)系統(tǒng)。氣密能減少溫濕調(diào)節(jié)能耗需求，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，并降低未經(jīng)控制的潮濕氣流損害熱圍護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)。通常在每個(gè)被動(dòng)房氣密外圍護(hù)完成后，都要以“鼓風(fēng)門測試”測量建筑的氣密性，在 50Pa（n50）的壓力差下，換氣次數(shù)應(yīng)低于 0.6h-1。

（5）持續(xù)新風(fēng)——通過帶有熱交換的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，為室內(nèi)持續(xù)提供新風(fēng)，熱回收效率應(yīng)達(dá)到 75%至 90%（受氣候影響該數(shù)字會(huì)有波動(dòng)）。對于冬季嚴(yán)寒或夏季潮濕的氣候，應(yīng)使用含濕度回收的熱量回收通風(fēng)系統(tǒng)（全熱交換新風(fēng)系統(tǒng)），充分使用光伏太陽能和地源熱天然資源，既達(dá)到滿足高品質(zhì)舒適健康的室內(nèi)環(huán)境需求，又實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

根據(jù)建筑所處氣候帶的不同，對以上手段未能完全避免的小量剩余熱負(fù)荷，需要靠機(jī)械手段來滿足制冷、采暖、除濕等任務(wù)，如小型化的常規(guī)設(shè)備，或?qū)ｉT為被動(dòng)房開發(fā)的新技術(shù)，以達(dá)到室內(nèi)環(huán)境的節(jié)能、舒適和健康。

總之，被動(dòng)房五項(xiàng)原則，充分體現(xiàn)了采用高斷熱高氣密性措施的住宅，既能節(jié)能環(huán)保，又對居住者的居家健康起到了良好的作用，是我國推動(dòng)建筑節(jié)能和健康建筑值得推廣應(yīng)用的典范。

裝配式被動(dòng)房作為一種節(jié)能健康建筑類型，在小住宅建筑中有著積極的應(yīng)用及推廣意義。

首先，有利于小住宅產(chǎn)品向定制化、成品化、集成化、裝配式工程建造方向發(fā)展。根據(jù)不同地區(qū)地域特征和需求差異，為居民提供不同層次、不同類型的住宅產(chǎn)品，讓房屋建造如同購買汽車等工業(yè)產(chǎn)品一樣便捷、易得、多樣化。

其次，有利于解決目前非城區(qū)（農(nóng)村及偏僻自然景區(qū)）房屋建造的難點(diǎn)和痛點(diǎn)（不專業(yè)、成本高、品質(zhì)低）。從設(shè)計(jì)、施工及使用維護(hù)上，讓專業(yè)技術(shù)人員代替過去業(yè)余從業(yè)人員，確保住宅建造的專業(yè)、精細(xì)和完備。利用地方土地資源條件優(yōu)勢，采用被動(dòng)式環(huán)保節(jié)能技術(shù)措施，引導(dǎo)符合當(dāng)代生活需要的居住行為和文明文化，遵守被動(dòng)房正確使用方法（被動(dòng)房使用手冊），創(chuàng)造百姓喜聞樂見的小住宅建筑。

再者，根據(jù)中國6大氣候分區(qū)的特點(diǎn)，因地制宜地發(fā)展被動(dòng)房建設(shè)，進(jìn)一步完善被動(dòng)房的本土化應(yīng)用。從節(jié)能環(huán)保、健康中國和健康建筑的角度，回應(yīng)政府政策號召，引領(lǐng)住宅建筑向著綠色、健康、智能、科技的未來邁進(jìn)。