被動(dòng)房：能量天賜事在人為

劉國(guó)偉

今年3月10日，第22屆國(guó)際被動(dòng)房大會(huì)在德國(guó)慕尼黑落幕。到了2019年9月，這一盛會(huì)將首）欠走出歐洲，在我國(guó)河北高碑店市召開(kāi)，這一關(guān)系到未來(lái)節(jié)能型人居建筑走向的大會(huì)受到世界矚目。那么，什么是“被動(dòng)房”？被動(dòng)房與綠色建筑是什么關(guān)系？各國(guó)的被動(dòng)房又各有什么特色呢？

關(guān)于被動(dòng)房的定義，著名的獨(dú)立研究機(jī)構(gòu)德國(guó)被動(dòng)房研究所（PHI）認(rèn)為，被動(dòng)房就是可以獨(dú)立地從建筑的功能結(jié)構(gòu)中獲得能量的房子，房子可以利用能量交換的方式對(duì)空氣進(jìn)行處理，獲得舒適的室內(nèi)溫度和高質(zhì)量的室內(nèi)空氣。2010年9月美國(guó)《紐約時(shí)報(bào)》給出的定義更加簡(jiǎn)潔：“在節(jié)能上實(shí)行嚴(yán)格的推薦性標(biāo)準(zhǔn)，能夠減少室內(nèi)生態(tài)足跡的建筑物?！笨梢哉f(shuō)，被動(dòng)房是一種兼顧能效和最佳舒適度的設(shè)計(jì)理念和綜合方案。

封閉的人工環(huán)境太耗能源

回望人類居住環(huán)境的歷史，可以說(shuō)是一部人與各種不利的環(huán)境條件做斗爭(zhēng)的歷史。從20世紀(jì)以來(lái)，人類似乎逐漸在這種斗爭(zhēng)過(guò)程中占據(jù)了優(yōu)勢(shì)，各種各樣的取暖和制冷設(shè)備在很大程度上解決了室溫問(wèn)題?？墒牵斯きh(huán)境不僅消耗了驚人的資源和能源，也讓人們?nèi)找孢h(yuǎn)離自然。部分環(huán)保學(xué)者和建筑師們從歷史和現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)中汲取營(yíng)養(yǎng)，努力探索低能耗的生態(tài)建筑和綠色建筑。

地球上許多地區(qū)的古老民居，能夠依靠自身的建筑結(jié)構(gòu)營(yíng)造出相對(duì)適宜的生活環(huán)境，耗能極少甚至不耗能，與周圍白然環(huán)境和諧共生。在中國(guó)、伊朗和冰島等地，兼具地域文化特色和實(shí)用性的民居設(shè)計(jì)至今隨處可見(jiàn)，這些建筑為瑞典隆德大學(xué)的阿達(dá)姆森教授的研究項(xiàng)目提供了思路。多年前，他在研究中將這類建筑稱為“被動(dòng)房”，認(rèn)為可以將這些早期的被動(dòng)房技術(shù)手段引入歐洲。

有趣的是，1883年在挪威建造的一艘船——著名的極地探險(xiǎn)科研船弗拉姆號(hào)，具備了被動(dòng)房的主要功能。該船墻壁和甲板很厚，使用了多層材料，窗戶由3層玻璃構(gòu)成。在酷寒逼人的北極，弗拉姆號(hào)憑借優(yōu)秀的保溫構(gòu)造保持了艙內(nèi)舒適的溫度。在1897年的《極地之旅》一書中，探險(xiǎn)家弗里喬夫·南森稱船體中使用了大量毛氈，“溫度計(jì)指向零下22度時(shí)，爐子里也不用生火，只有一盞燈在亮著。我正在考慮把爐子拆走，它在那里礙事?！?/p>

室內(nèi)人和動(dòng)物的熱量也用上

20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)給歐美發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)?lái)了巨大的現(xiàn)實(shí)壓力，節(jié)能技術(shù)這時(shí)開(kāi)始發(fā)力，給被動(dòng)房的發(fā)展提供了契機(jī)。1973年，丹麥技術(shù)大學(xué)的考斯嘉德教授在校園里設(shè)計(jì)了一座零能耗房屋。該建筑后來(lái)被用作大學(xué)的賓館。不過(guò)，該建筑的技術(shù)設(shè)備在出現(xiàn)缺陷后沒(méi)有更新。

1974至1975年，H豪斯特和B斯坦恩穆勒在德國(guó)建造了超級(jí)隔熱實(shí)驗(yàn)房，房間內(nèi)配備了地?zé)釗Q熱器、可控通風(fēng)、太陽(yáng)能和熱泵技術(shù)。

德國(guó)被動(dòng)房研究所（PHI）認(rèn)為，上述早期被動(dòng)房存在如下主要問(wèn)題：對(duì)氣密性的重要性缺乏認(rèn)識(shí)；缺乏高性能窗戶的解決方案，由于早期被動(dòng)房的窗戶通常很小，或者必須用臨時(shí)絕緣材料覆蓋，習(xí)慣了大窗戶的人們對(duì)此難以接受；所用技術(shù)的能效缺乏可靠性，維護(hù)復(fù)雜。

如今的被動(dòng)房，則需要滿足如下幾個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，例如每年一平方米的單位使用面積采暖耗能不超過(guò)15度電；所有家用設(shè)備（采暖、熱水和家電等）的總能源需求不超過(guò)每年一平方米120度電；在熱舒適性上，一年中高于25℃的小時(shí)總數(shù)不得超過(guò)10010。

以冬季為例，從細(xì)節(jié)上看被動(dòng)房將自身內(nèi)部的國(guó)有熱量應(yīng)用到了極致：除了使用來(lái)自陽(yáng)光的熱量，照明燈具和家電設(shè)備（不包括專門的加熱器）產(chǎn)生的廢熱以及建筑物內(nèi)的人和動(dòng)物產(chǎn)生的熱量都可以被利用起來(lái)。

德國(guó)：1991年的試驗(yàn)建筑還在用

1991年，在德國(guó)達(dá)姆施塔特建成了具有里程碑意義的被動(dòng)房試驗(yàn)建筑，這是一座4戶聯(lián)排住宅，每戶156平方米，至今4個(gè)家庭居住在里面，對(duì)房屋的隔熱構(gòu)件、熱回收、用戶行為和室內(nèi)空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)計(jì)劃為相關(guān)研究提供了豐富的信息。由于采用了成熟的隔熱窗框和通風(fēng)技術(shù)，1991年以來(lái)整座建筑的平均能耗，大約每年一平方米少于12度電，比傳統(tǒng)建筑節(jié)省了九成能耗，室內(nèi)空氣質(zhì)量一直非常好，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和用戶調(diào)查證明舒適度很高。

前面提到的被動(dòng)房研究所是由被動(dòng)房理論奠基人沃爾夫?qū)べM(fèi)斯特在1996年建立的，他白任所長(zhǎng)。在能源效率、減排空氣污染物以及在房屋中使用新型能源等方面，該研究所為公眾提供指導(dǎo)。20世紀(jì)90年代末，該研究所參與歐盟的“歐標(biāo)經(jīng)濟(jì)型被動(dòng)房計(jì)劃”，在奧地利、法國(guó)、德國(guó)、瑞士和瑞典共建造了220套被動(dòng)房。

歐盟：新建筑都要求近零能耗

尤其值得一提的是奧地利的福拉爾貝格州，自2007年起，當(dāng)?shù)卣蛷?qiáng)制要求一切在建房屋都必須是被動(dòng)房。在瑞士，建造被動(dòng)房的開(kāi)發(fā)商和個(gè)人得到了政府、法律和信貸等部門的大力支持。2010年，歐洲各種類型的被動(dòng)房已有約2.5萬(wàn)套，目前仍在穩(wěn)步增長(zhǎng)中，從分布上看絕大多數(shù)位于德語(yǔ)國(guó)家和斯堪的納維亞半島。

地處北歐的瑞典、丹麥等國(guó)由于采暖期更長(zhǎng)，冬季更寒冷。這些國(guó)家都在德國(guó)被動(dòng)房的基礎(chǔ)上，提出了本國(guó)被動(dòng)房指標(biāo)體系，調(diào)整了采暖負(fù)荷和采暖需求，表現(xiàn)出一定的靈活性。

歐盟不但起步早，而且步子邁得也更大。2010年6月，歐盟出臺(tái)了《建筑能效2010指令》，規(guī)定2018年12月31日起，所有公共建筑都得是近零能耗建筑；從2020年12月31日起，成員國(guó)所有新建建筑都是近零能耗建筑。

近零能耗建筑強(qiáng)調(diào)通過(guò)建筑自身的各種設(shè)計(jì)，大幅度降低建筑供熱供冷的能耗需求，使能耗控制目標(biāo)絕對(duì)值降低，這也可以理解為被動(dòng)房。實(shí)際上，歐盟國(guó)家在建設(shè)被動(dòng)房方面用了各種各樣的名稱。

美國(guó)：被動(dòng)房建設(shè)節(jié)奏加快

20世紀(jì)80年代，著名替代能源專家艾默里·洛文斯則在美國(guó)科羅拉多州的老斯諾馬斯為落基山研究所（RMI）建造了一座太陽(yáng)能被動(dòng)房。當(dāng)?shù)睾０?164米，即使在冬天，熱帶植物在室內(nèi)照樣開(kāi)花，爐子很少使用。業(yè)界從這些項(xiàng)目中取得的經(jīng)驗(yàn)大大推動(dòng)了被動(dòng)房研究。

盡管美國(guó)在早期被動(dòng)房研究中取的了不俗的成果，但被動(dòng)房建設(shè)相對(duì)歐洲要晚啟動(dòng)。2003年，北美洲的第一座被動(dòng)房在伊利諾斯州厄巴納建成，第一個(gè)獲得認(rèn)證的被動(dòng)房于2006年在明尼蘇達(dá)州伯米吉市建成。除了新建被動(dòng)房，對(duì)舊房子進(jìn)行改造也是建筑節(jié)能的重要內(nèi)容，加州的索諾瑪成為美國(guó)第一個(gè)獲得認(rèn)證的被動(dòng)房改造項(xiàng)目所在地。

近年來(lái)，美國(guó)被動(dòng)房建設(shè)節(jié)奏明顯加快：2010年8月美國(guó)只有13座經(jīng)過(guò)認(rèn)證的被動(dòng)房，2017年已有1200多座了，總面積超過(guò)了9.3萬(wàn)平方米。

日本：玻璃外墻加入太陽(yáng)能電池

為了追求被動(dòng)房節(jié)能的極致境界，一些企業(yè)下大力氣進(jìn)行嘗試和挖潛。

曾經(jīng)在日本建筑物綜合環(huán)保性能評(píng)估獲得最高等級(jí)的大企業(yè)戶田建設(shè)，有三項(xiàng)比較有特色的技術(shù)受到各方關(guān)注。

其一是在建筑外墻的雙層中空玻璃之間加入太陽(yáng)能電池的技術(shù)，其太陽(yáng)能電池是透射型薄膜類非晶硅太陽(yáng)能電池板。一般情況下，城市地區(qū)由于地價(jià)高昂等原因，平攤設(shè)置太陽(yáng)能電池板是一種奢望，樓頂空間又非常有限。戶田建設(shè)提出的解決方案，就是采用透射型太陽(yáng)能電池板，讓外墻采集自然能源，還能保證建筑內(nèi)采光。

其二是將自然光用于直接照明的“光導(dǎo)管”技術(shù)，將從屋頂采光部位進(jìn)入的自然光通過(guò)鏡面狀導(dǎo)管引入室內(nèi)，以盡量少的折射次數(shù)將光線送到各樓層，減少亮度衰減。

其三是利用淺層地?zé)崮?。在位于建筑地基樁中設(shè)置冷溫水管，以用于大廈內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)。

中德攜手推進(jìn)被動(dòng)房建設(shè)

2008年，我國(guó)開(kāi)始引入以德國(guó)為代表的歐洲被動(dòng)房的理念。2009年，我國(guó)與德國(guó)聯(lián)合啟動(dòng)了“中德被動(dòng)式低能耗建筑示范工程”，包括秦皇島“在水一方”、哈爾濱“溪樹(shù)庭院”以及“河北省建筑科技研發(fā)中心”等示范項(xiàng)目。這些項(xiàng)目2015年6月通過(guò)了中德雙方的質(zhì)量驗(yàn)收。

在采暖季，“在水一方”依靠太陽(yáng)輻射、房屋內(nèi)人體散熱及做飯燒水等日?；顒?dòng)所產(chǎn)生的熱量就可使室內(nèi)溫度維持在18℃以上；遇到極端嚴(yán)寒天氣時(shí)，開(kāi)啟帶有高效熱回收冷暖空調(diào)一體機(jī)進(jìn)行輔助加熱，可使室內(nèi)溫度繼續(xù)維持在18℃以上，完全滿足人體舒適度要求。在節(jié)能、室內(nèi)二氧化碳濃度、相對(duì)濕度、噪音等指標(biāo)上，不僅能滿足國(guó)內(nèi)的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而且符合德國(guó)被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)。

德國(guó)被動(dòng)房理論奠基人沃爾夫?qū)べM(fèi)斯特教授對(duì)中國(guó)被動(dòng)房發(fā)展的態(tài)勢(shì)非常贊賞，他說(shuō)：“中國(guó)在未來(lái)的幾十年將興建最大規(guī)模的新建筑群。每一個(gè)新建筑群都在供暖和制冷方面對(duì)能源提出額外要求。值得高興的是，中國(guó)正在認(rèn)真地為從根本上發(fā)展節(jié)能建筑而努力，這也提高了在全球?qū)崿F(xiàn)應(yīng)對(duì)氣候變化目標(biāo)的可能性?！?/p>