關(guān)于被動(dòng)式節(jié)能房屋的幾點(diǎn)探討

黃 欣

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西太原 030001)

1 被動(dòng)房概述

1.1 被動(dòng)房定義的推出

最先提出被動(dòng)房概念的是德國(guó)人，全稱是被動(dòng)式低能耗建筑房屋。誰(shuí)也不會(huì)想到被動(dòng)房起源于一個(gè)外國(guó)人的夢(mèng)想。然而建造的第一個(gè)具備被動(dòng)房功能的建筑物不是房屋，而是一艘在南極探險(xiǎn)的極地船。依據(jù)對(duì)原文的翻譯，其描述為:“它的船體外壁采用毛氈覆蓋，上面涂有一種焦油，再外面是采用類似軟木一樣的填充物，接著是采用松木一類木頭的鑲板，再鋪設(shè)一層毛氈，最后是一層鑲板。房屋內(nèi)的天花板也是這樣的鋪貼方式，這樣的鋪設(shè)厚度大約為40 cm。船內(nèi)是一個(gè)既溫暖又舒適的生活場(chǎng)所。它的通風(fēng)非常好，因此使我有了把火爐扔掉的想法。”就在日本福島核電站事故之后，全世界對(duì)能源的利用有了新的認(rèn)識(shí)，同時(shí)德國(guó)率先提出了新的節(jié)能目標(biāo):到2019年，政府機(jī)關(guān)公共建筑將達(dá)到零能耗;從2021年起，所有一次新建建筑必須滿足零能耗;預(yù)計(jì)到2050年，新建加改建項(xiàng)目后所有建筑物要滿足節(jié)能80%要求。如果實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，德國(guó)將會(huì)率先實(shí)現(xiàn)節(jié)約40%的終端能耗目標(biāo)。被動(dòng)房的出現(xiàn)才能夠使這個(gè)目標(biāo)更早實(shí)現(xiàn)，為人們創(chuàng)造了舒適的室內(nèi)生活環(huán)境的同時(shí)，也減少了對(duì)不可再生能源的巨大消耗，有了這個(gè)概念，可以使建筑節(jié)能及社會(huì)發(fā)展達(dá)到一個(gè)更高的高度。德國(guó)達(dá)姆施達(dá)特市在1991年建成了第一個(gè)被動(dòng)式房屋。

1.2 被動(dòng)房的基本特征

1)室內(nèi)空氣環(huán)境達(dá)到舒適程度;2)二次能耗低，基本取消供暖系統(tǒng)。

1.3 國(guó)內(nèi)外的被動(dòng)房發(fā)展情況簡(jiǎn)介

目前德國(guó)已經(jīng)建成40 000多棟該類建筑，并以每年3 000棟速度高速增長(zhǎng)。相應(yīng)芬蘭、比利時(shí)、英國(guó)都在大面積建造被動(dòng)房。

我國(guó)目前已建成的被動(dòng)房項(xiàng)目主要是住宅建筑，其中影響最廣泛的就是秦皇島的“在水一方”項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目是我國(guó)很多準(zhǔn)備籌建被動(dòng)房的人員參觀學(xué)習(xí)之地。

2 被動(dòng)式房屋與普通節(jié)能建筑的區(qū)別

2.1 建筑施工技術(shù)的區(qū)別

1)被動(dòng)房強(qiáng)調(diào)的是熱工損耗，嚴(yán)禁結(jié)構(gòu)構(gòu)件上出現(xiàn)結(jié)露或發(fā)霉，也對(duì)能耗的回收轉(zhuǎn)換提出具體要求。2)自然通風(fēng)依然是被動(dòng)房所要求的，盡量減少新風(fēng)系統(tǒng)的啟動(dòng)，也就變相的控制了能耗。如果自然通風(fēng)能達(dá)到舒適度要求，也反映了一個(gè)建筑物建筑布局和設(shè)計(jì)的合理。3)被動(dòng)房第一次將建筑舒適度的要求提到很重要的地位。明確規(guī)定:室內(nèi)相對(duì)濕度范圍40%～60%，溫度控制保持范圍18℃ ～26℃，新風(fēng)量也是重要指標(biāo)。4)被動(dòng)房的構(gòu)件與構(gòu)件之間必須實(shí)現(xiàn)無(wú)冷橋熱橋設(shè)計(jì)。需要設(shè)計(jì)和施工協(xié)同配合才能做到，同時(shí)建筑材料性能的達(dá)標(biāo)也是關(guān)鍵所在。往往由于沒(méi)有注意細(xì)節(jié)導(dǎo)致被動(dòng)房驗(yàn)收沒(méi)有通過(guò)的事件也是常常發(fā)生的，返工的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一次到位費(fèi)事。5)雖然被動(dòng)房不同于普通建筑對(duì)外墻的窗墻比規(guī)定那么嚴(yán)格，但自然采光的充分利用是每個(gè)建筑的設(shè)計(jì)根本。在數(shù)值上，被動(dòng)房要求室內(nèi)的太陽(yáng)光得熱大于0.5。相比而言，普通節(jié)能建筑往往只提出遮陽(yáng)系數(shù)和光照時(shí)間。6)被動(dòng)房的新風(fēng)熱回收系統(tǒng)是個(gè)比較新穎的概念。利用這套裝置可以控制室內(nèi)CO2含量低于1 000 ppm，并且在熱交換時(shí)保證熱丟失降到最低。7)房屋氣密性規(guī)定:在室內(nèi)外壓差50 Pa的條件下，被動(dòng)房要求每小時(shí)的換氣次數(shù)不得超過(guò)0.6次。就好比，100 m2的住房，在這個(gè)規(guī)定壓差范圍內(nèi)，房屋漏氣的面積不能大于一個(gè)手掌的面積。這樣的要求就必須控制室內(nèi)外穿管，門(mén)窗縫隙，結(jié)構(gòu)灰縫等很多細(xì)節(jié)。這個(gè)檢驗(yàn)指標(biāo)也是被動(dòng)房驗(yàn)收的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別

1)被動(dòng)房主要采用一次能源的消耗量作為評(píng)定指標(biāo)，一般節(jié)能性建筑只用耗電量和耗熱量來(lái)評(píng)定能耗級(jí)別。2)被動(dòng)房的氣密性檢測(cè)是被動(dòng)房成功驗(yàn)收的重要技術(shù)指標(biāo)，而在一般節(jié)能住房，對(duì)氣密性沒(méi)有明確的規(guī)定。3)總能耗是被動(dòng)房的節(jié)能限制依據(jù)，而普通節(jié)能建筑的節(jié)能指標(biāo)只有采暖和制冷能耗。這樣直接導(dǎo)致的是，很多建筑在外界溫度惡劣的情況下制熱或制冷設(shè)備負(fù)荷過(guò)大，所以新聞中經(jīng)常提到，一到夏季，南方很多城市拉閘限電;一到冬天，北方很多城市出現(xiàn)用煤荒。4)被動(dòng)房的新風(fēng)系統(tǒng)是整個(gè)建筑正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，室內(nèi)空氣指標(biāo)也是驗(yàn)收的評(píng)定要求，這個(gè)新風(fēng)系統(tǒng)必須具備高效的熱回收裝置，而普通節(jié)能建筑往往只安裝普通中央空調(diào)，對(duì)通風(fēng)有要求，但沒(méi)有明確熱回收效率。

3 被動(dòng)房的優(yōu)越性

3.1 節(jié)能減排，促進(jìn)我國(guó)城市化進(jìn)程

十八大提出我國(guó)要加速進(jìn)行城市化進(jìn)程，減少巨型城市的建設(shè)，發(fā)展中小城市。伴隨城市化的進(jìn)程，能源的消耗也是很驚人的。依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2010年全國(guó)消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)煤32.5億t，預(yù)計(jì)到2020年，如果不采取有效的節(jié)能降耗改革，我國(guó)年能源消費(fèi)將達(dá)到53億t。這個(gè)驚人的消耗是不可負(fù)擔(dān)的。

北方的建筑采暖和南方的建筑控溫，是我國(guó)建筑的能源需求大項(xiàng)。在高速建設(shè)的“十二五”期間，建筑節(jié)能和減排是每個(gè)建筑必須具備的，政府政策層面也對(duì)相應(yīng)的節(jié)能不斷提高規(guī)范的限制數(shù)值，為的就是面對(duì)這些即將面對(duì)的問(wèn)題。按照現(xiàn)行的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)北方每年還要再增加至少5億t標(biāo)準(zhǔn)煤來(lái)滿足采暖需求。但如果我們按照被動(dòng)式房屋的要求建設(shè)，那么就可以減掉這個(gè)煤耗數(shù)量。

德國(guó)是個(gè)全國(guó)采暖的城市，被動(dòng)式房屋所具備的一個(gè)重要特性就是不需要安裝供暖設(shè)施。我國(guó)從黃河以北都是采暖區(qū)域，隨著當(dāng)下全球環(huán)境氣候的惡變，很多南方城市也把冬季采暖納入建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，這樣煤炭消耗量大量激增，進(jìn)而對(duì)我國(guó)港口、鐵路、公路造成了巨大的運(yùn)輸壓力，更加劇由于采暖造成的確溫室氣候排放和空氣污染等大量問(wèn)題。

3.2 改善南方的夏熱冬冷，提供宜居住房

我國(guó)南方廣大地區(qū)都屬于夏熱冬冷氣候，同時(shí)也是非采暖區(qū)，這些區(qū)域在常規(guī)做法中不配備集中供熱系統(tǒng)。這些地區(qū)冬季都不采取任何取暖措施，或者采用電輔熱取暖，這一區(qū)域的建筑總量占我國(guó)建筑總量的50%左右，該地區(qū)如果大面積建造被動(dòng)房基本可以解決這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)楸粍?dòng)式房要求房屋在沒(méi)有供熱設(shè)施的條件下，利用建筑物自然得熱使室內(nèi)溫度基本維持在20℃以上，相比北方好多采暖房屋溫度都高。

3.3 被動(dòng)式房屋可以推進(jìn)我國(guó)的建筑節(jié)能發(fā)展

根據(jù)節(jié)能原理，被動(dòng)房在能耗方面和建筑性能方面，是普通節(jié)能建筑不能相比的。同德國(guó)的被動(dòng)式房屋實(shí)現(xiàn)了采暖92%的節(jié)能量相比，我國(guó)的建筑節(jié)能仍然有很大的發(fā)展空間。很多專家建議，如果被動(dòng)房的屋頂和外墻采用太陽(yáng)能技術(shù)或者其他可再生能源的應(yīng)用，很有可能實(shí)現(xiàn)真正的建筑零能耗，使被動(dòng)式房屋不再依賴不可再生能源。

被動(dòng)式房屋實(shí)現(xiàn)了真正意義上的節(jié)能。被動(dòng)式房屋要求的是建筑物對(duì)一次能源的降低使用，進(jìn)而克服了建筑能耗此消彼長(zhǎng)的問(wèn)題。被動(dòng)房耗能低，舒適度高。它主要的指導(dǎo)思想是在降低建筑物能耗的同時(shí)提高建筑內(nèi)的環(huán)境舒適程度。

3.4 推動(dòng)我國(guó)建筑節(jié)能產(chǎn)品的創(chuàng)新和升級(jí)

要達(dá)到被動(dòng)房的建造要求，很大的原因是建筑材料的達(dá)標(biāo)，比如氣密性、隔音性等要求，而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)量往往達(dá)不到要求，這就導(dǎo)致許多原材料需要進(jìn)口，直接的結(jié)果就是建造成本的上漲，如果我國(guó)的供應(yīng)商能夠供應(yīng)合格的節(jié)能建材，肯定會(huì)降低建造成本，達(dá)到市場(chǎng)和需求共贏的場(chǎng)面。

3.5 提升建筑單位的施工質(zhì)量

我國(guó)目前施工水平往往屬于粗放型的。結(jié)構(gòu)支模、穿管、布線很多地方都會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的熱橋，而被動(dòng)房主要是為了消除冷熱橋?？傮w上，中國(guó)的建筑質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如國(guó)外的施工質(zhì)量。精細(xì)的施工才能達(dá)到被動(dòng)式房屋的強(qiáng)制指標(biāo)要求。偷工減料是國(guó)內(nèi)很多被動(dòng)房失敗的原因。

4 被動(dòng)房建造面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

近幾年在我國(guó)建造被動(dòng)式低能耗房屋相關(guān)行業(yè)既面臨許多的機(jī)遇同樣也有很大的挑戰(zhàn)。其中主要問(wèn)題是:1)缺乏比較成熟的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)和施工人員大都沒(méi)有從事過(guò)被動(dòng)式房的設(shè)計(jì)和施工，所以很多細(xì)部做法和設(shè)計(jì)原則需要向德國(guó)的設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)。其實(shí)很多細(xì)部都是需要注意的，并不會(huì)增加設(shè)計(jì)難度。2)相關(guān)被動(dòng)式房屋必備設(shè)施的采購(gòu)問(wèn)題，很多設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)，我國(guó)的產(chǎn)品往往不達(dá)標(biāo)或者根本就沒(méi)有此類的設(shè)備，比如高效熱回收裝置、傳熱系數(shù)K≤0.8 W/(m2·K)的保溫節(jié)能外窗、隔音隔熱防冷橋的細(xì)小部件。在對(duì)秦皇島“在水一方”被動(dòng)房參觀中，更多的問(wèn)題是設(shè)備購(gòu)置。3)施工質(zhì)量不好保證。這樣的房屋施工要求從傳統(tǒng)的粗放式施工轉(zhuǎn)為精細(xì)精密施工，很多細(xì)節(jié)的施工需要精密的模具和設(shè)備的安裝。4)建筑投入使用后的運(yùn)行管理水平需要專業(yè)人員的培訓(xùn)和管理。被動(dòng)房建成后還需要有嚴(yán)格的運(yùn)行管理，尤其是新風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的日常維護(hù)，才能夠保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。