被動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，建筑相關碳排放將占全球碳排放總量的50%，針對建筑物展開專項節(jié)能減排工作非常必要。

   ——聯(lián)合國環(huán)境署

   國際被動式超低能耗建筑發(fā)展

   被動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，歐美發(fā)達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)能標準的重要補充。為全面提升建筑能效儲備技術和產(chǎn)品。被動式超低能耗建筑是目前歐美建筑節(jié)能研發(fā)和應用的重要領域，歐美主要國家已經(jīng)或正在制定適應本國國情的被動式超低能耗建筑技術體系。

   德國

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

   德國被動房研究所是被動房研究和認證的權威機構，其對被動房的定義為;被動房是一個節(jié)能、舒適的建筑節(jié)能標準，比既有建筑節(jié)能90%以上，比新建建筑節(jié)能75%以上;利用高性能圍護結構、太陽得熱、熱回收等技術使建筑不再需要傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)，并通過通風系統(tǒng)供應持續(xù)的新風。從定義可以看出，被動房通過采用高性能的圍護結構將建筑熱需求降低，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。同時通過采用高效熱回收系統(tǒng)的新風系統(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?？梢钥闯霰粍臃恐饕塾诮鉀Q冬季供暖問題，所應用技術也以解決供暖為主，對應用在夏季需要主動供冷的地區(qū)的研究較少。

   德國被動房的認證要求簡潔凝練，其認證的要求為：

   1、供暖能耗：供暖能耗≤15kWh/或熱負荷≤10W/m2;當采用空調(diào)時，對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%。

   被動房認證中僅需要對建筑氣密性進行實際測試，其他參數(shù)僅通過計算即可，因此被動房并不對建筑實際能源消耗進行要求。

   在被動房的設計和認證的過程中PHPP對認證結果的權威性提供了重要的保障，PHPP是一個能夠進行建筑熱工、冷熱負荷、能耗、通風等計算的工具包，另外PHI還對被建筑材料、建筑設備、認證工程師、設計單位、施工單位進行了認證。保證了被動房認證結果的可靠性和權威性。德國被動房標準體系作為被動超低能耗建筑標準體系中最為成熟的一員，在世界范圍內(nèi)受到極大的關注，很多國家都學習和參考德國被動房體系開展適用于本國特色的建筑標準體系的研發(fā)和推廣。

   丹麥

   上世紀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)能被作為實現(xiàn)這一目標的核心手段，丹麥通過提出嚴格的建筑節(jié)能要求，加強對既有建筑改造，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)能標準要求，推進超低能耗建筑的普及，開展建筑節(jié)能工作。由丹麥企業(yè)主導的主動房自愿性超低能耗建筑技術標準在歐洲同樣擁有重要的影響力。

   主動房建筑理念是威盧克斯集團提出了一種應對能源和氣候挑戰(zhàn)的前瞻性理念該理念倡導建筑應該實現(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，即實現(xiàn)能耗效率與最佳室內(nèi)氣候之間的平衡，同時保證建筑以動態(tài)方式適應周圍環(huán)境，實現(xiàn)碳中和。在這一理念指導下，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。

   主動房與被動房相比，在強調(diào)降低建筑能量需求的前提下，更強調(diào)可再生能源在建筑中的應用。目前在全球范圍內(nèi)已有建成和在建主動房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房的理念，被動房的認證參考了德國被動房的標準和指標，認證由德國被動房研究所的合作單位丹麥被動房研究所負責。

   瑞士

   瑞士政府通過支持研究機構推廣超低能耗建筑。Minergie是由瑞士政府支持的一系列超低能耗建筑技術標準。截止到2009年，約有15000棟建筑獲得了Minergie認證。Minergie標準體系由Minergie、Minergie-p、Minergie-A和Minergie-ECO等組成。其中Minergie-p標準是在德國被動房技術標準上進行了適當?shù)恼{(diào)整以適合瑞士的氣候條件和國情的被動式超低能耗建筑標準，Minergie-P相比于德國被動房標準，對不同類型建筑的供暖能量需求分別做了詳細規(guī)定。并對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《應對氣候變化的零能耗建筑行動計劃》，完成了世界第一個國家級零能耗建筑研究推廣的頂層設計，分析了零能耗建筑推廣的障礙，提出零能耗建筑發(fā)展目標和具體實施方案，明晰了零能耗建筑財稅政策及技術補貼。同時，韓國設立國家重點研究計劃，建立國家級科研團隊進行零能耗建筑技術的研發(fā)，完成示范工程，建立零能耗建筑認證標準。

   在韓國，;零能耗建筑定義為;將建筑圍護結構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，從而實現(xiàn)能源自給自足的建筑。

   為了加速推動零能耗建筑，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、照明和通風能耗能實現(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校、公園內(nèi)的可再生能源裝置補充。

   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)模從單體建筑擴展到了城市社區(qū)。

   考慮到當前國家經(jīng)濟技術水平，零能耗建筑的推廣實施不能一蹴而就，為此，韓國制定了詳細的階段性發(fā)展目標。2009年7月6日，韓國政府頒布了；綠色增長國家戰(zhàn)略及五年計劃，針對零能耗建筑目標做出三步規(guī)劃：到2012年，實現(xiàn)低能耗建筑目標，建筑制冷/供暖能耗降低50%；到2017年，實現(xiàn)被動房建筑目標，建筑制冷/供暖能耗降低80%；到2025年，全面實現(xiàn)零能耗建筑目標，建筑能耗基本實現(xiàn)供需平衡。

   其他國家

   其他國家推廣被動式超低能耗建筑的方式可以分為三類，第一類為直接應用德國被動房標準，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房的基礎上進行調(diào)整，如奧地利、芬蘭、意大利等國家，第三類國家僅接受被動式理念，針對本國情況重新開發(fā)，如美國、瑞士等。

   我國開展被動式超低能耗建筑應用的特殊國情

   中國作為一個歷史悠久、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、居民生活習慣和建筑用能強度等方面與國外相比都有獨特之處，且無發(fā)達國家成熟經(jīng)驗可供參考，這些都增加了我國被動式超低能耗建筑技術體系的研發(fā)難度。

   1、室內(nèi)環(huán)境標準和生活習慣

   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)溫度不達標、新風量不足。歐美發(fā)達國家大多嚴格規(guī)定滿足用戶的新風量，在增加建筑氣密性要求的同時，使用機械通風保證新風量的供應。在我國開窗是居住建筑獲得新風是最普遍的方式，并不對室內(nèi)新風量進行嚴格要求。

   如果我國追求歐美的全空間全時間的高舒適度，對室內(nèi)環(huán)境標準進行大幅度的提升勢必導致建筑能耗的快速上升，因此我國被動式低能耗建筑指標體系必須立足于國情，在尊重居民生活習慣和降低建筑能耗的前提下，適當?shù)靥岣呓ㄖh(huán)境標準，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

   不同于德國的單一氣候，我國地域廣闊，橫跨多個氣候帶，五大建筑氣候分區(qū)氣候特點差異大，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，對我國不同氣候區(qū)進行統(tǒng)一的能耗要求是不科學的。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施統(tǒng)一的被動式超低能耗建筑能耗指標，德國被動房指標體系更是無法適用。

   3、建筑特點

   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，導致了能耗特點的明顯差異。

   我國住宅空置率偏高是另一個對被動式超低能耗建筑指標體系產(chǎn)生重要影響的因素，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明我國住宅的空置率在20%~30%變化。2007年對北京50個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27.16%，而且空置率從市中心向外逐漸升高的現(xiàn)象明顯。空置率過高導致的戶間傳熱損失大和集中設備負荷率低對建筑能耗產(chǎn)生重要的影響，因此我國的被動式超低能耗建筑技術體系應考慮我國獨特的建筑特征的影響。

   4、建筑能耗特點

   不同于發(fā)達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度差異大。統(tǒng)計數(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房一次能源消耗≤120kWh/m2?a的要求。不可否認，隨著生活水平的提高，建筑能耗強度會有所上升，但就現(xiàn)階段而言，德國被動房指標體系中的一次能源消耗量要求對于我國是不適用的。

   中國被動式超低能耗建筑指標體系的建立

   我國被動式超低能耗建筑的定義為;被動式超低能耗建筑指通過最大限度提高建筑圍護結構保溫隔熱性能和氣密性，充分利用自然通風、自然采光、太陽輻射和室內(nèi)非供暖熱源得熱等被動式技術手段，將供暖和空調(diào)需求降到最低，實現(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)境標準

   被動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，在夏季，當室外溫度低于28℃、相對濕度低于70%時，通過自然通風保證室內(nèi)舒適的室內(nèi)環(huán)境，當室外溫度高于28℃或相對濕度高于70%時以及其它室外環(huán)境不適宜自然通風的情況下，主動供冷系統(tǒng)將會啟動，使室內(nèi)溫度≤26℃，相對濕度≤60%。當然，在一些氣候區(qū)，被動式超低能耗建筑可以不使用主動供暖或供冷系統(tǒng)也可以保證室內(nèi)有很好的舒適度，當不設供暖設施時，要求過冷小時數(shù)≤10%，當不設空調(diào)設施時，要求過熱小時數(shù)≤10%。

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

   全年室內(nèi)溫度高于28℃的小時數(shù)占全年時間的比例。

   2、科學合理的控制性性能指標的制定

   控制性性能指標作為被動式超低能耗建筑技術體系的核心，其科學合理對被動式超低能耗建筑的發(fā)展有著至關重要的意義?？刂菩孕阅苤笜擞蓡挝幻娣e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指標組成，單位面積年供暖量和供冷量要求主要立足于通過被動技術將建筑物的冷熱需求減低到最低，低至僅新風系統(tǒng)即可承擔建筑的冷、熱負荷，不再需要傳統(tǒng)的供熱和供冷設施，尤其是集中供熱，使被動式超低能耗建筑的經(jīng)濟性產(chǎn)生質的變化。氣密性要求主要是保證建筑物在需要時能夠與室外環(huán)境有良好的隔絕，當建筑的圍護結構足夠好時，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、主要技術措施

   被動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;具有高保溫隔熱性能和高氣密性的外圍護結構;高效熱回收的新風系統(tǒng)。被動優(yōu)先、主動優(yōu)化、使用可再生能源是實現(xiàn)被動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，科學規(guī)劃設計和精細施工，建造高品質的精品建筑。

   被動式超低能耗建筑主要依賴高性能圍護結構、新風熱回收、氣密性、可調(diào)遮陽等建筑技術，但實現(xiàn)被動式超低能耗的難點主要在技術的適宜性和多種技術的集成，是如何提供一個基于被動式理念的系統(tǒng)解決方案。

   被動式的核心理念強調(diào)直接利用太陽光、風力、地形、植被等場地自然條件，通過優(yōu)化規(guī)劃和建筑設計，實現(xiàn)建筑在非機械、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，達到降低建筑使用能量需求進而降低能耗，提高室內(nèi)環(huán)境性能的目的。因此，實現(xiàn)被動式超低能耗建筑需要更加科學合理的進行建筑設計，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計，利用性能化設計方法提供實現(xiàn)既定目標的系統(tǒng)解決方案，提升建筑設計的科技含量和附加值。