被動(dòng)式超低能耗建筑國內(nèi)外發(fā)展情況解析

   建筑全壽命期產(chǎn)生的碳排放占全球碳排放總量的30%，如按現(xiàn)有速度繼續(xù)增長，到2050年，建筑相關(guān)碳排放將占全球碳排放總量的50%，針對(duì)建筑物展開專項(xiàng)節(jié)能減排工作非常必要。

   ——聯(lián)合國環(huán)境署

   國際被動(dòng)式超低能耗建筑發(fā)展

   被動(dòng)式超低能耗建筑作為更高節(jié)能性能建筑，是建筑節(jié)能的中短期目標(biāo)，歐美發(fā)達(dá)國家均將超低能耗建筑作為建筑節(jié)能的發(fā)展方向和現(xiàn)有節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的重要補(bǔ)充。為全面提升建筑能效儲(chǔ)備技術(shù)和產(chǎn)品。被動(dòng)式超低能耗建筑是目前歐美建筑節(jié)能研發(fā)和應(yīng)用的重要領(lǐng)域，歐美主要國家已經(jīng)或正在制定適應(yīng)本國國情的被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系。

   德國

   德國被動(dòng)房已經(jīng)成為具有完備技術(shù)體系的自愿性超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)。目前，已經(jīng)有60000多棟的房屋按照被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)建造，其中有約30000棟建筑獲得了被動(dòng)房的認(rèn)證，主要以住宅為主，也有辦公、學(xué)校、酒店等類型的建筑。

   德國被動(dòng)房研究所是被動(dòng)房研究和認(rèn)證的權(quán)威機(jī)構(gòu)，其對(duì)被動(dòng)房的定義為;被動(dòng)房是一個(gè)節(jié)能、舒適的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，比既有建筑節(jié)能90%以上，比新建建筑節(jié)能75%以上;利用高性能圍護(hù)結(jié)構(gòu)、太陽得熱、熱回收等技術(shù)使建筑不再需要傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)，并通過通風(fēng)系統(tǒng)供應(yīng)持續(xù)的新風(fēng)。從定義可以看出，被動(dòng)房通過采用高性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將建筑熱需求降低，僅需充分利用太陽能和室內(nèi)的得熱即可解決冬季供暖問題。同時(shí)通過采用高效熱回收系統(tǒng)的新風(fēng)系統(tǒng)向室內(nèi)提供清潔的新鮮空氣，營造良好舒適的室內(nèi)環(huán)境。即使在極端寒冷的前期下，被動(dòng)房僅需要使用很少的輔助能源就能滿足室內(nèi)舒適度要求?？梢钥闯霰粍?dòng)房主要著眼于解決冬季供暖問題，所應(yīng)用技術(shù)也以解決供暖為主，對(duì)應(yīng)用在夏季需要主動(dòng)供冷的地區(qū)的研究較少。

   德國被動(dòng)房的認(rèn)證要求簡潔凝練，其認(rèn)證的要求為：

   1、供暖能耗：供暖能耗≤15kWh/或熱負(fù)荷≤10W/m2;當(dāng)采用空調(diào)時(shí)，對(duì)供冷能耗的要求與供暖能耗一致;

   2、建筑一次能源用量≤120kWh/;

   3、氣密性必須滿足N50≤0.6;

   4、超溫頻率≤10%。

   被動(dòng)房認(rèn)證中僅需要對(duì)建筑氣密性進(jìn)行實(shí)際測試，其他參數(shù)僅通過計(jì)算即可，因此被動(dòng)房并不對(duì)建筑實(shí)際能源消耗進(jìn)行要求。

   在被動(dòng)房的設(shè)計(jì)和認(rèn)證的過程中PHPP對(duì)認(rèn)證結(jié)果的權(quán)威性提供了重要的保障，PHPP是一個(gè)能夠進(jìn)行建筑熱工、冷熱負(fù)荷、能耗、通風(fēng)等計(jì)算的工具包，另外PHI還對(duì)被建筑材料、建筑設(shè)備、認(rèn)證工程師、設(shè)計(jì)單位、施工單位進(jìn)行了認(rèn)證。保證了被動(dòng)房認(rèn)證結(jié)果的可靠性和權(quán)威性。德國被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)體系作為被動(dòng)超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)體系中最為成熟的一員，在世界范圍內(nèi)受到極大的關(guān)注，很多國家都學(xué)習(xí)和參考德國被動(dòng)房體系開展適用于本國特色的建筑標(biāo)準(zhǔn)體系的研發(fā)和推廣。

   丹麥

   上世紀(jì)90年代，丹麥政府提出;到2050年丹麥將成為化石能源零依賴的國家。建筑節(jié)能被作為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的核心手段，丹麥通過提出嚴(yán)格的建筑節(jié)能要求，加強(qiáng)對(duì)既有建筑改造，稅收政策調(diào)控等政策措施，建筑能耗大幅下降。近年來丹麥政府通過不斷提高建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求，推進(jìn)超低能耗建筑的普及，開展建筑節(jié)能工作。由丹麥企業(yè)主導(dǎo)的主動(dòng)房自愿性超低能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在歐洲同樣擁有重要的影響力。

   主動(dòng)房建筑理念是威盧克斯集團(tuán)提出了一種應(yīng)對(duì)能源和氣候挑戰(zhàn)的前瞻性理念該理念倡導(dǎo)建筑應(yīng)該實(shí)現(xiàn)氣候平衡、居住舒適、感官優(yōu)美、具備充足的日光照明和新鮮的空氣，即實(shí)現(xiàn)能耗效率與最佳室內(nèi)氣候之間的平衡，同時(shí)保證建筑以動(dòng)態(tài)方式適應(yīng)周圍環(huán)境，實(shí)現(xiàn)碳中和。在這一理念指導(dǎo)下，建筑將自主生產(chǎn)能源，以可持續(xù)地利用資源，有效改善人們的健康水平和居住舒適度。

   主動(dòng)房與被動(dòng)房相比，在強(qiáng)調(diào)降低建筑能量需求的前提下，更強(qiáng)調(diào)可再生能源在建筑中的應(yīng)用。目前在全球范圍內(nèi)已有建成和在建主動(dòng)房40余棟。并顯現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢。另外，2000年丹麥也引入了被動(dòng)房的理念，被動(dòng)房的認(rèn)證參考了德國被動(dòng)房的標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)，認(rèn)證由德國被動(dòng)房研究所的合作單位丹麥被動(dòng)房研究所負(fù)責(zé)。

   瑞士

   瑞士政府通過支持研究機(jī)構(gòu)推廣超低能耗建筑。Minergie是由瑞士政府支持的一系列超低能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。截止到2009年，約有15000棟建筑獲得了Minergie認(rèn)證。Minergie標(biāo)準(zhǔn)體系由Minergie、Minergie-p、Minergie-A和Minergie-ECO等組成。其中Minergie-p標(biāo)準(zhǔn)是在德國被動(dòng)房技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以適合瑞士的氣候條件和國情的被動(dòng)式超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)，Minergie-P相比于德國被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同類型建筑的供暖能量需求分別做了詳細(xì)規(guī)定。并對(duì)增量成本及熱舒適做了規(guī)定。

   韓國

   2014年7月，韓國政府發(fā)布《應(yīng)對(duì)氣候變化的零能耗建筑行動(dòng)計(jì)劃》，完成了世界第一個(gè)國家級(jí)零能耗建筑研究推廣的頂層設(shè)計(jì)，分析了零能耗建筑推廣的障礙，提出零能耗建筑發(fā)展目標(biāo)和具體實(shí)施方案，明晰了零能耗建筑財(cái)稅政策及技術(shù)補(bǔ)貼。同時(shí)，韓國設(shè)立國家重點(diǎn)研究計(jì)劃，建立國家級(jí)科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行零能耗建筑技術(shù)的研發(fā)，完成示范工程，建立零能耗建筑認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

   在韓國，;零能耗建筑定義為;將建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能最大化從而將能量需求降到最低，然后使用可再生能源供能，從而實(shí)現(xiàn)能源自給自足的建筑。

   為了加速推動(dòng)零能耗建筑，韓國將廣義的；零能耗建筑具體劃分為三種類別，分別是：低層零能耗建筑；高層零能耗建筑以及；零能耗建筑社區(qū)。

   低層零能耗建筑，指層數(shù)小于8層，全年供冷、供暖、照明和通風(fēng)能耗能實(shí)現(xiàn)自給自足的建筑。

   高層型零能耗建筑，層數(shù)大于等于8層，建筑物需要通過最大化的使用自身可提供的可再生能源系統(tǒng)以滿足所需的供冷供暖需求，不足的部分可以由附近學(xué)校、公園內(nèi)的可再生能源裝置補(bǔ)充。

   零能耗建筑社區(qū)指高新智能化的零能耗城市，將零能耗建筑的規(guī)模從單體建筑擴(kuò)展到了城市社區(qū)。

   考慮到當(dāng)前國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，零能耗建筑的推廣實(shí)施不能一蹴而就，為此，韓國制定了詳細(xì)的階段性發(fā)展目標(biāo)。2009年7月6日，韓國政府頒布了；綠色增長國家戰(zhàn)略及五年計(jì)劃，針對(duì)零能耗建筑目標(biāo)做出三步規(guī)劃：到2012年，實(shí)現(xiàn)低能耗建筑目標(biāo)，建筑制冷/供暖能耗降低50%；到2017年，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)房建筑目標(biāo)，建筑制冷/供暖能耗降低80%；到2025年，全面實(shí)現(xiàn)零能耗建筑目標(biāo)，建筑能耗基本實(shí)現(xiàn)供需平衡。

   其他國家

   其他國家推廣被動(dòng)式超低能耗建筑的方式可以分為三類，第一類為直接應(yīng)用德國被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)，如挪威、新西蘭、英國、加拿大等國，第二類為根據(jù)本國的氣候條件和國情在德國被動(dòng)房的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，如奧地利、芬蘭、意大利等國家，第三類國家僅接受被動(dòng)式理念，針對(duì)本國情況重新開發(fā)，如美國、瑞士等。

   我國開展被動(dòng)式超低能耗建筑應(yīng)用的特殊國情

   中國作為一個(gè)歷史悠久、國土廣袤的多民族發(fā)展中大國，在室內(nèi)環(huán)境、建筑特點(diǎn)、居民生活習(xí)慣和建筑用能強(qiáng)度等方面與國外相比都有獨(dú)特之處，且無發(fā)達(dá)國家成熟經(jīng)驗(yàn)可供參考，這些都增加了我國被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系的研發(fā)難度。

   1、室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和生活習(xí)慣

   不同氣候區(qū)居住建筑室內(nèi)環(huán)境有著較大的差異。主要體現(xiàn)在室內(nèi)溫度不達(dá)標(biāo)、新風(fēng)量不足。歐美發(fā)達(dá)國家大多嚴(yán)格規(guī)定滿足用戶的新風(fēng)量，在增加建筑氣密性要求的同時(shí)，使用機(jī)械通風(fēng)保證新風(fēng)量的供應(yīng)。在我國開窗是居住建筑獲得新風(fēng)是最普遍的方式，并不對(duì)室內(nèi)新風(fēng)量進(jìn)行嚴(yán)格要求。

   如果我國追求歐美的全空間全時(shí)間的高舒適度，對(duì)室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大幅度的提升勢必導(dǎo)致建筑能耗的快速上升，因此我國被動(dòng)式低能耗建筑指標(biāo)體系必須立足于國情，在尊重居民生活習(xí)慣和降低建筑能耗的前提下，適當(dāng)?shù)靥岣呓ㄖh(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，營造適合我國居民的健康舒適的室內(nèi)環(huán)境。

   2、氣候特點(diǎn)

   不同于德國的單一氣候，我國地域廣闊，橫跨多個(gè)氣候帶，五大建筑氣候分區(qū)氣候特點(diǎn)差異大，不同氣候區(qū)城市間以及中德城市間巨大的氣候差異，從氣候數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)我國不同氣候區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一的能耗要求是不科學(xué)的。從緯度上看柏林比哈爾濱更靠近北極，但其冬季供暖度日數(shù)與沈陽接近，供冷度日數(shù)與哈爾濱相近，也就是說德國相比于我國同緯度的地區(qū)氣候更加溫和，供暖為主而空調(diào)需求較小。從數(shù)值上看，德國夏季基本無需空調(diào)，我國多數(shù)地區(qū)夏季存在空調(diào)需求。而且，從供暖度日數(shù)和供冷度日數(shù)上來看，我國不同氣候區(qū)差異大，東西南北的供暖和空調(diào)需求極不均衡，因此我國不同氣候區(qū)氣候的差異使得全國無法實(shí)施統(tǒng)一的被動(dòng)式超低能耗建筑能耗指標(biāo)，德國被動(dòng)房指標(biāo)體系更是無法適用。

   3、建筑特點(diǎn)

   我國居住建筑與歐美存在顯著差異，國內(nèi)大型城市新建城鎮(zhèn)住宅建筑以高層建筑為主，中小型城市以多層住宅為主，從分布來看，多層住宅是我國住宅的主要形式，高層住宅的比例在不斷的提升。歐美居住建筑普遍為三層及三層以下的別墅，德國約85%的居住建筑為三層和三層以下，15%為中高層公寓。與德國建筑相比我國建筑密度大，容積率高，公共空間面積大，公共外門頻繁開啟，導(dǎo)致了能耗特點(diǎn)的明顯差異。

   我國住宅空置率偏高是另一個(gè)對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑指標(biāo)體系產(chǎn)生重要影響的因素，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明我國住宅的空置率在20%~30%變化。2007年對(duì)北京50個(gè)2003年~2006年入住的小區(qū)調(diào)查表明，空置住房占被調(diào)查住房的比例高達(dá)27.16%，而且空置率從市中心向外逐漸升高的現(xiàn)象明顯?？罩寐蔬^高導(dǎo)致的戶間傳熱損失大和集中設(shè)備負(fù)荷率低對(duì)建筑能耗產(chǎn)生重要的影響，因此我國的被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系應(yīng)考慮我國獨(dú)特的建筑特征的影響。

   4、建筑能耗特點(diǎn)

   不同于發(fā)達(dá)國家的高舒適度和高保證率下的高能耗，我國建筑能耗特點(diǎn)為低舒適度和低保證率下的低能耗，且不同年代建筑能耗強(qiáng)度差異大。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，英法德意四國普通居住建筑單位面積能耗為35kgce/m2?a，我國普通城鎮(zhèn)居住建筑單位面積能耗僅為14.5kgce/m2?a，現(xiàn)有居住建筑的能耗本來就滿足德國被動(dòng)房一次能源消耗≤120kWh/m2?a的要求。不可否認(rèn)，隨著生活水平的提高，建筑能耗強(qiáng)度會(huì)有所上升，但就現(xiàn)階段而言，德國被動(dòng)房指標(biāo)體系中的一次能源消耗量要求對(duì)于我國是不適用的。

   中國被動(dòng)式超低能耗建筑指標(biāo)體系的建立

   我國被動(dòng)式超低能耗建筑的定義為;被動(dòng)式超低能耗建筑指通過最大限度提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能和氣密性，充分利用自然通風(fēng)、自然采光、太陽輻射和室內(nèi)非供暖熱源得熱等被動(dòng)式技術(shù)手段，將供暖和空調(diào)需求降到最低，實(shí)現(xiàn)舒適的室內(nèi)環(huán)境并與自然和諧共生的建筑。

   1、健康舒適的建筑室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

   被動(dòng)式超低能耗建筑通過供暖系統(tǒng)保證冬季室內(nèi)溫度不低于20℃，在過渡季，通過高性能的外墻和外窗遮陽系統(tǒng)保證室內(nèi)溫度在20-26℃之間波動(dòng)，在夏季，當(dāng)室外溫度低于28℃、相對(duì)濕度低于70%時(shí)，通過自然通風(fēng)保證室內(nèi)舒適的室內(nèi)環(huán)境，當(dāng)室外溫度高于28℃或相對(duì)濕度高于70%時(shí)以及其它室外環(huán)境不適宜自然通風(fēng)的情況下，主動(dòng)供冷系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)，使室內(nèi)溫度≤26℃，相對(duì)濕度≤60%。當(dāng)然，在一些氣候區(qū)，被動(dòng)式超低能耗建筑可以不使用主動(dòng)供暖或供冷系統(tǒng)也可以保證室內(nèi)有很好的舒適度，當(dāng)不設(shè)供暖設(shè)施時(shí)，要求過冷小時(shí)數(shù)≤10%，當(dāng)不設(shè)空調(diào)設(shè)施時(shí)，要求過熱小時(shí)數(shù)≤10%。

   注：全年室內(nèi)溫度低于20℃的小時(shí)數(shù)占全年時(shí)間的比例;

   全年室內(nèi)溫度高于28℃的小時(shí)數(shù)占全年時(shí)間的比例。

   2、科學(xué)合理的控制性性能指標(biāo)的制定

   控制性性能指標(biāo)作為被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系的核心，其科學(xué)合理對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑的發(fā)展有著至關(guān)重要的意義?？刂菩孕阅苤笜?biāo)由單位面積年供暖量和年供冷量要求、氣密性要求、供暖空調(diào)和照明年一次能源消耗三項(xiàng)指標(biāo)組成，單位面積年供暖量和供冷量要求主要立足于通過被動(dòng)技術(shù)將建筑物的冷熱需求減低到最低，低至僅新風(fēng)系統(tǒng)即可承擔(dān)建筑的冷、熱負(fù)荷，不再需要傳統(tǒng)的供熱和供冷設(shè)施，尤其是集中供熱，使被動(dòng)式超低能耗建筑的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生質(zhì)的變化。氣密性要求主要是保證建筑物在需要時(shí)能夠與室外環(huán)境有良好的隔絕，當(dāng)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)足夠好時(shí)，室外空氣滲透就成了影響建筑室內(nèi)環(huán)境的主要因素。一次能源消耗指標(biāo)則是要求在建筑物在能量需求極低的前提下，能源消耗最少。

   3、主要技術(shù)措施

   被動(dòng)式超低能耗建筑的核心要素是以超低的建筑能耗值為約束目標(biāo);具有高保溫隔熱性能和高氣密性的外圍護(hù)結(jié)構(gòu);高效熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)。被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)化、使用可再生能源是實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式超低能耗建筑的基本路線，它并不是高科技的堆砌，其更重要的內(nèi)涵是回歸建筑的根本，科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)和精細(xì)施工，建造高品質(zhì)的精品建筑。

   被動(dòng)式超低能耗建筑主要依賴高性能圍護(hù)結(jié)構(gòu)、新風(fēng)熱回收、氣密性、可調(diào)遮陽等建筑技術(shù)，但實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式超低能耗的難點(diǎn)主要在技術(shù)的適宜性和多種技術(shù)的集成，是如何提供一個(gè)基于被動(dòng)式理念的系統(tǒng)解決方案。

   被動(dòng)式的核心理念強(qiáng)調(diào)直接利用太陽光、風(fēng)力、地形、植被等場地自然條件，通過優(yōu)化規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑在非機(jī)械、不耗能或少耗能的條件下，全部或部分滿足建筑供暖、降溫及采光等需求，達(dá)到降低建筑使用能量需求進(jìn)而降低能耗，提高室內(nèi)環(huán)境性能的目的。因此，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式超低能耗建筑需要更加科學(xué)合理的進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，建筑師與暖通工程師的緊密配合，確定合理的建筑方案和設(shè)計(jì)，利用性能化設(shè)計(jì)方法提供實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)的系統(tǒng)解決方案，提升建筑設(shè)計(jì)的科技含量和附加值。