更舒適更節(jié)能的被動(dòng)式建筑有何奧秘？

  目前，建筑節(jié)能問題已成為全社會(huì)普遍關(guān)注的重要話題之一。專家指出，面對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染，與普通的標(biāo)準(zhǔn)房屋相比，被動(dòng)式房屋能耗更低、碳排放更少。同時(shí)，在解決南方地區(qū)集中供暖、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)方面也將大有作為，是未來建筑節(jié)能減排的重要途徑。

  什么是被動(dòng)式房屋？

  被動(dòng)式房屋（即Passive House），也稱為被動(dòng)式超低能耗房屋、被動(dòng)屋等，是一種全新的節(jié)能建筑概念，是指僅依靠建筑本身的構(gòu)造設(shè)計(jì)，就能達(dá)到舒適的室內(nèi)溫度，滿足冬暖夏涼的要求，不需要單獨(dú)再安裝供暖設(shè)施的建筑，即不需要“主動(dòng)”提供能量的一種建筑。

  被動(dòng)式房屋其內(nèi)涵包括采用各種節(jié)能技術(shù)構(gòu)造最佳的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，極大限度地提高保溫隔熱性能和氣密性，使熱傳導(dǎo)損失最小化；通過技術(shù)手段盡可能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)舒適的熱濕環(huán)境和采光環(huán)境；最大限度降低對(duì)主動(dòng)式采暖和制冷系統(tǒng)的依賴，如充分利用室內(nèi)生活熱量和可再生能源，實(shí)現(xiàn)舒適的居住環(huán)境，從而大大降低對(duì)一次能源的消耗。被動(dòng)式房屋不僅適用于住宅，還適用于辦公建筑、學(xué)校、幼兒園、體育館等。

  被動(dòng)式房屋是一種高效節(jié)能的建筑和室內(nèi)機(jī)電系統(tǒng)（采暖、制冷、通風(fēng)和能源技術(shù)）最佳集成的結(jié)果，要求建筑物必須在熱負(fù)荷、房屋氣密性和能源消耗等方面符合特定的標(biāo)準(zhǔn)。

  傳統(tǒng)“主動(dòng)”房vs新型“被動(dòng)”房

  傳統(tǒng)“主動(dòng)”房屋以電、煤、氣等能源驅(qū)動(dòng)暖氣或空調(diào)等提供熱或冷，且因未經(jīng)特殊處理，會(huì)向屋外大量耗散，因此耗能嚴(yán)重。相反，新型“被動(dòng)式”房屋一方面更多使用太陽(yáng)能等清潔能源，降低對(duì)不可再生能源的依賴，另一方面大大提高房屋的隔熱氣密性，減少屋內(nèi)外熱量交換，大幅降低房屋總能耗。

  相對(duì)使用電、煤、氣等“主動(dòng)”采暖/制冷技術(shù)的房屋，被動(dòng)式房屋主要依靠不耗能的“被動(dòng)”保溫技術(shù)來保持房屋內(nèi)部適宜的居住溫度，從而達(dá)到“被動(dòng)”節(jié)能的目的。采用成熟的技術(shù)，兼容舒適、便宜、節(jié)能是這類房屋被推崇的原因。

  材料、結(jié)構(gòu)和設(shè)備等技術(shù)要求高

  被動(dòng)式建筑關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對(duì)建筑材料、結(jié)構(gòu)和技術(shù)設(shè)備都提出了非常高的要求，其中控制性指標(biāo)主要有兩套，一套是能耗指標(biāo)，一套是室內(nèi)舒適度指標(biāo)。它的采暖熱需求、制冷熱需求都控制在每年每平方米15千瓦時(shí)；總的一次能源消耗每年每平方米也要小于120千瓦時(shí)。

  被動(dòng)式房屋關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)包括高效的外保溫系統(tǒng)、被動(dòng)式建筑外窗、有高效熱回收裝置的新風(fēng)系統(tǒng)、極佳的氣密性和無熱橋設(shè)計(jì)。

  低能耗：比普通建筑節(jié)能90%以上

  高性能的外保溫、無熱橋設(shè)計(jì)、氣密性良好的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)這三大特征，是影響被動(dòng)房能耗的關(guān)鍵因素。被動(dòng)式房屋與傳統(tǒng)建筑相比能節(jié)約90%的能耗，較新型建筑也能節(jié)約超過75%的能耗。按照被動(dòng)式房屋設(shè)計(jì)要求，每平方米建筑年采暖能耗不大于15千瓦時(shí)， 大約是我們目前國(guó)內(nèi)節(jié)能建筑采暖能耗的1/3。

  世界上第一幢被動(dòng)式建筑是由德國(guó)設(shè)計(jì)改造的一幢普通三層居住建筑，這棟建筑在1991年經(jīng)過節(jié)能改造以后投入使用，年終端耗能降低了約78%，實(shí)測(cè)結(jié)果除1992年因墻體升溫等原因略高之外，其余各年均達(dá)到了被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)指標(biāo)，特別是采暖技術(shù)指標(biāo)均低于每年每平方米15千瓦時(shí)。

  被動(dòng)式房屋有最基本的要求，就是對(duì)能源利用達(dá)到了極致，對(duì)供熱需熱量、總一次能源需求、樓宇氣密性、超溫頻率都有要求。首先要帶有熱回收裝置的新風(fēng)裝置，且熱回收效率要大于75%才能夠?qū)崿F(xiàn)冬天靠自然隔熱就能使室內(nèi)溫度達(dá)到20℃以上。

  德國(guó)海德堡市2009年興建的新城區(qū)Bahnstadt，全部以可再生能源為原料的熱電廠供熱供電，配以地?zé)岷蜕镔|(zhì)能，僅供熱一項(xiàng)便可減排二氧化碳56%。實(shí)驗(yàn)表明，建筑面積為1萬(wàn)平方米的被動(dòng)式節(jié)能房，與普通住宅相比，每年減排二氧化碳103.43噸，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤42.59噸。

  Bahnstadt的各種被動(dòng)房

  專家們算了一筆賬，如果從現(xiàn)在開始全國(guó)新建居住建筑都按照65%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)建造，房屋能源消耗會(huì)從目前的2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤翻到2050年的4億噸。假如都按照被動(dòng)式房屋標(biāo)準(zhǔn)建造，到2050年新建居住建筑帶來的能耗增量?jī)H僅為3600萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

  極低的能源消耗，使得被動(dòng)式房屋大大降低了對(duì)非再生能源的依賴，再通過利用風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源，從而有效地減少二氧化碳的排放，改善大氣質(zhì)量。

  舒適性：室內(nèi)維持在人體最適宜溫度

  在降低能耗的同時(shí)，被動(dòng)式房屋并未以犧牲舒適性為代價(jià)。相反，高性能的外維護(hù)結(jié)構(gòu)就如同給整個(gè)房屋穿上了羽絨服，即使在嚴(yán)寒的冬天和炎熱的夏季也能保持室內(nèi)溫度恒定。同時(shí)，通過室內(nèi)的新風(fēng)系統(tǒng)提供足夠的、清潔的新鮮空氣，保證了室內(nèi)空氣質(zhì)量。

  被動(dòng)房四季的室溫可維持在人體最適宜的18℃～24℃之間，且在霧霾等污染天氣情況下，仍能保持室內(nèi)空氣清潔，具有高保溫性、高氣密性、高舒適度以及高隔音性。

  經(jīng)濟(jì)性：具有長(zhǎng)期成本優(yōu)勢(shì)

  為保證被動(dòng)式房屋的質(zhì)量，在初始建造過程需進(jìn)行周密的設(shè)計(jì)以及采用高性能的建筑組件，因此其建造費(fèi)用會(huì)相對(duì)傳統(tǒng)建筑較高一些。通常，被動(dòng)式房屋建筑成本比傳統(tǒng)房屋要高出5%～7%。然而，縱觀建筑的全壽命周期，由于被動(dòng)式房屋極低的運(yùn)營(yíng)及維護(hù)費(fèi)用，使得后期使用成本大大降低，具有長(zhǎng)期成本優(yōu)勢(shì)。

  例如，在斯德哥爾摩以北80公里的kersberga建造被動(dòng)式房屋，它的PHPP（被動(dòng)房設(shè)計(jì)包）軟件計(jì)算供熱值每年每平方米只需要14.6千瓦時(shí)；在慕尼黑這種建筑則更節(jié)能，每年每平方米只需要大約7千瓦時(shí)。

  目前，我國(guó)新建住宅和公共建筑普遍執(zhí)行節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱65%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)）。我國(guó)被動(dòng)式低能耗房屋示范項(xiàng)目秦皇島的“在水一方”，相比65%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，每平方米造價(jià)增加成本在600元左右。然而，這個(gè)項(xiàng)目每年可節(jié)約標(biāo)煤547噸、減少二氧化碳排放1423噸、節(jié)約采暖費(fèi)195萬(wàn)元，節(jié)約帶來的經(jīng)濟(jì)效益也很可觀。此外，被動(dòng)房還可以推動(dòng)建筑節(jié)能產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型等。

  設(shè)計(jì)理念

  首先是因地制宜。被動(dòng)式房屋的概念適用于世界各地，無論寒冷地區(qū)還是溫暖地區(qū)都可建設(shè)，其基本原理是一致的。但在不同國(guó)家建設(shè)，不僅要考慮地區(qū)性氣候環(huán)境差異，還要根據(jù)現(xiàn)狀有針對(duì)性地調(diào)整技術(shù)手段和措施。

  每個(gè)地區(qū)都有自己的氣候條件，被動(dòng)式房屋應(yīng)與之相適應(yīng)。如在寒冷地區(qū)建設(shè)技術(shù)關(guān)鍵是墻體厚度和保溫層厚度，而在炎熱地區(qū)更重要的則是制冷方法，如遮陽(yáng)、窗戶通風(fēng)，以保證在夏天也能保持舒適的室內(nèi)環(huán)境。任何被動(dòng)式房屋的個(gè)性特點(diǎn)都要依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進(jìn)行優(yōu)化。

  在中歐被動(dòng)式房屋的建設(shè)有很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，如果其他地區(qū)只是簡(jiǎn)單地進(jìn)行拷貝，特別是保溫、窗戶、遮陽(yáng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，是不可行的。每個(gè)地區(qū)也都有自身的建筑傳統(tǒng)，有自身特有的建筑材料。被動(dòng)式房屋不是高科技技術(shù)與昂貴材料的堆砌，而是可以做到真正的普及，讓公眾消費(fèi)得起。我國(guó)海南當(dāng)?shù)赜幸环N用來制作房蓋的草，這種草具有防腐、抗?fàn)€、遮陽(yáng)效果特別好（太陽(yáng)曬不透）、廉價(jià)等特性，完全可以達(dá)到被動(dòng)式房屋的要求。

  其次是更舒適，更節(jié)能。我國(guó)長(zhǎng)江以南大部分建筑是沒有供暖設(shè)施的，這樣雖極大地節(jié)省了能源，但人們的生活環(huán)境卻不很舒適，冬季凍傷較為常見，而被動(dòng)式房屋追求的是，在低耗能的條件下得到極為舒適的生活環(huán)境。保溫窗、隔熱外圍護(hù)、熱回收裝置是被動(dòng)式房屋的主要組成部分，從外表看，它和一般建筑沒什么區(qū)別，所以被動(dòng)式房屋只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，并不是一個(gè)工藝方法。

  前景展望

  被動(dòng)式房屋是一條值得期待的節(jié)能環(huán)保之路，順應(yīng)了我國(guó)新型城鎮(zhèn)化的建設(shè)需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至目前，我國(guó)被動(dòng)房已在黑龍江、河北、福建、新疆、山東等多個(gè)省份開始建造。

  同時(shí)必須承認(rèn)，目前我國(guó)被動(dòng)式房屋的發(fā)展還存在不少障礙，主要表現(xiàn)在建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)水平較低；缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；節(jié)能技術(shù)和建筑能耗水平相對(duì)落后，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域存在空白；缺乏完善的低能耗建筑發(fā)展保障激勵(lì)機(jī)制；施工質(zhì)量以及建筑運(yùn)行的管理水平有待提高等方面。

  但即便如此，被動(dòng)式房屋健康、節(jié)能、舒適的特性，依然引起越來越多的關(guān)注，它迎合了各方的需求，也符合未來建筑發(fā)展方向和趨勢(shì)。被動(dòng)式房屋的推廣將大大緩解我國(guó)城市化進(jìn)程中的能源和溫室氣體減排壓力。

  為幫助水泥企業(yè)應(yīng)對(duì)能效與環(huán)保升級(jí)，加速水泥行業(yè)升級(jí)步伐，中國(guó)水泥網(wǎng)將于2018年10月18-19日在浙江金華舉行“2018第六屆中國(guó)水泥節(jié)能環(huán)保技術(shù)交流大會(huì)”，本次大會(huì)以“深度節(jié)能 智能智造 超低排放”為主題，誠(chéng)邀政府主管領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)專家、科研單位等共聚一堂，就水泥節(jié)能環(huán)保新技術(shù)、新裝備展開交流探討，共同開拓行業(yè)綠色未來。