我國被動式超低能耗建筑的發(fā)展分析

周恒芳 宋麗偉 王衛(wèi)玲

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源與環(huán)保問題日益凸顯。我國對節(jié)能環(huán)保日益重視，且人們對居住品質(zhì)的要求也在不斷提高。在此基礎(chǔ)上，2008年被動式超低能耗建筑被引入我國。另外，近零能耗建筑、零能耗建筑、正能耗建筑也在逐步發(fā)展。本文主要對被動式超低能耗建筑的技術(shù)措施、實現(xiàn)難點進行論述，并全面闡述其在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，為建筑業(yè)相關(guān)人員全面了解、學(xué)習(xí)被動式超低能耗建筑提供參考。

關(guān)鍵詞：被動式超低能耗建筑;節(jié)能環(huán)保;經(jīng)濟舒適;技術(shù)措施

中圖分類號：TU201.5 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2021）36-0083-04

Analysis on the Development of Passive Ultra-Low Energy ?Buildings in China

ZHOU Hengfang ? SONG Liwei ?WANG Weiling

（Zhongyuan University of Science and Technology， Zhengzhou Henan 450000）

Abstract：With the rapid development of China's economy，energy and environmental protection issues are increasingly prominent.China is paying more and more attention to the issue of energy conservation and environmental protection，and people's requirements for living quality are constantly improving.On this basis，passive ultra-low energy buildings were introduced into China in 2008.In addition，near zero energy buildings，zero energy buildings，positive energy buildings are also gradually developing.This paper mainly discusses the technical measures and implementation difficulties of passive ultra-low energy buildings，and comprehensively expounds the development status of passive ultra-low energy buildings in China，so as to provide reference for the construction industry related personnel to comprehensively understand and learn passive ultra-low energy buildings.

Keywords：passive ultra-low energy buildings;energy conservation and environment protection;economic and comfortable;technical measures

被動式超低能耗建筑是指適應(yīng)氣候特征和自然條件，通過保溫隔熱性能和氣密性能更高的圍護結(jié)構(gòu)，采用高效新風(fēng)熱回收技術(shù)，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗，提供舒適室內(nèi)環(huán)境，并能滿足綠色建筑基本要求的建筑[1]。被動式超低能耗建筑也稱為被動房，被動房是受保護的專業(yè)名詞，最早起源于德國，被動房是按德國Passivhaus翻譯的。通過技術(shù)措施，被動房將建筑供暖需求降低到15 kWh/（m2·a）以下，能有效實現(xiàn)建筑節(jié)能，并改善居住體驗感。

1 被動式超低能耗建筑的特點

被動式超低能耗建筑的主要特點是節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟舒適。我國幅員遼闊，南北氣候跨度大。根據(jù)我國建筑熱工設(shè)計分區(qū)圖，我國共分為五個氣候區(qū)：北方的嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)、中部的夏熱冬冷地區(qū)和南方的夏熱冬暖及溫和地區(qū)。北方地區(qū)普遍氣候干燥，風(fēng)沙或灰塵大。近年來，北方城市霧霾現(xiàn)象較為嚴(yán)重，尤其是采暖季節(jié)。南方城市普遍多雨，濕度較大，夏季酷熱。中部的夏熱冬冷地區(qū)由于空氣濕度大，冬季濕冷。我國的供暖分界線位于北緯33°附近的秦嶺和淮河一帶，較多冬季濕冷的地區(qū)并無集中供暖，舒適度差。被動式超低能耗建筑能較好地解決居住舒適度的問題，并且節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟性好。所以，我國建筑向被動式超低能耗建筑的轉(zhuǎn)變是必然的。

《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》（試行）（居住建筑）要求被動式超低能耗建筑能耗指標(biāo)及氣密性指標(biāo)如表1所示。

根據(jù)規(guī)范要求，超低能耗建筑室內(nèi)溫度：冬季≥20 ℃，夏季≤26 ℃;相對濕度：冬季≥30%，夏季≤60%;新風(fēng)量≥30 m2/（h·人）。

為實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟舒適的目標(biāo)，被動式超低能耗建筑的技術(shù)措施主要有以下六點。

1.1 高標(biāo)準(zhǔn)的外圍護結(jié)構(gòu)保溫

被動式超低能耗建筑類似我們平時用的保溫杯，必須有高標(biāo)準(zhǔn)的外圍護結(jié)構(gòu)保溫，才能保證居住空間內(nèi)部恒溫恒濕。外圍護結(jié)構(gòu)保溫不僅指外圍護墻體的保溫，還包括地面及屋頂?shù)谋?。只有通過連續(xù)、密閉的外圍護結(jié)構(gòu)保溫，才能使室內(nèi)環(huán)境與外界處于隔離狀態(tài)，避免能量損失。

被動式超低能耗建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫與傳統(tǒng)建筑的外保溫不同。傳統(tǒng)建筑的外保溫有固定的做法，保溫層厚度及外墻厚度不需要計算。而被動式超低能耗建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫層厚度及墻體厚度必須依據(jù)規(guī)范選取當(dāng)?shù)氐臍夂騾?shù)，依靠軟件經(jīng)過多次詳細(xì)的計算比較，才能確定出最佳的保溫層厚度及外墻厚度。

以河北新華幕墻公司被動式超低能耗辦公樓項目為例，外墻做法（由內(nèi)而外）為：

①250厚加氣混凝土砌塊墻[導(dǎo)熱系數(shù)0.180 W/（m·K）]

②260厚混凝土砌塊

③6厚DPE抹灰砂漿

④200厚XPS保溫板[導(dǎo)熱系數(shù)0.030 W/（m·K）][2]

1.2 高性能的門窗

被動式超低能耗建筑要求建筑物內(nèi)部的環(huán)境穩(wěn)定，與外界環(huán)境隔離，內(nèi)部能量盡量不消耗。而在普通建筑中，透過門窗的散熱損失占整個外圍護結(jié)構(gòu)能量損失的50%左右[3]。這就要求必須降低門窗的傳熱系數(shù)（K值），必須采用高性能的門窗。建筑物的整體能耗指標(biāo)的實現(xiàn)需要多次優(yōu)化調(diào)整窗墻比、窗戶玻璃層數(shù)、厚度等影響K值的因素，選擇與外界氣候條件相匹配的門窗。高性能的門窗不僅要滿足高保溫、高氣密性的要求，在安裝施工時還要進行無熱橋設(shè)計。為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，不僅對窗戶的材質(zhì)有要求，而且門窗的外形設(shè)計與制作、門窗的安裝位置及安裝方式、五金配件的選擇、施工質(zhì)量及檢測等都會對門窗的性能有影響。

高性能的窗戶多采用3玻2腔的玻璃，面積較大時窗戶較重。在設(shè)計中的一些構(gòu)造做法也與普通窗戶有所不同，在窗戶四周需要設(shè)置抱框柱、窗臺梁及窗上過梁。

1.3 良好的氣密性

要實現(xiàn)被動式超低能耗建筑節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟舒適等功能，良好的氣密性是關(guān)鍵因素之一，良好的氣密性能最大限度地減少室內(nèi)外氣體的交換速度。氣密性數(shù)據(jù)是唯一通過現(xiàn)場環(huán)境檢測確定的，以此來判別建筑物是否滿足被動式超低能耗建筑的要求。良好的氣密性取決于建筑物體型的設(shè)計、外圍護結(jié)構(gòu)保溫及高性能門窗的質(zhì)量，一方面是所用材料的質(zhì)量，另一方面是施工的質(zhì)量。整體的施工必須精細(xì)化，尤其一些細(xì)部節(jié)點的處理。因此，在施工材料的選用、施工方法及工序的選定、驗收標(biāo)準(zhǔn)等方面都必須嚴(yán)格把關(guān)。

氣密性的要求應(yīng)該落實到房屋建設(shè)的全過程中，與氣密性相關(guān)的分部工程有腳手架工程、混凝土工程、砌體工程、屋面工程、地面工程、門窗安裝工程、電氣工程、暖通工程、給排水工程，幾乎貫穿施工全過程。

1.4 無熱橋設(shè)計及施工

熱橋會造成建筑物內(nèi)部能量損失，影響建筑物的節(jié)能效果。因此，在被動式超低能耗建筑中須進行無熱橋設(shè)計及施工。這一目標(biāo)的實現(xiàn)，需要建筑設(shè)計中各專業(yè)的配合，嚴(yán)格遵守《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》（試行）（居住建筑）中，即避讓原則、擊穿原則、連接規(guī)則、幾何規(guī)則。

首先，建筑專業(yè)應(yīng)選擇有利的建筑體型，不要選用過多轉(zhuǎn)折及帶銳角的建筑平面，建筑立面中不要選用較多的外挑或內(nèi)收。其次，結(jié)構(gòu)專業(yè)與設(shè)備專業(yè)應(yīng)密切配合，在前期應(yīng)充分了解場地情況，基礎(chǔ)設(shè)計要與供暖方案結(jié)合考慮。較大外挑處的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該與建筑專業(yè)充分溝通，比如秦皇島“在水一方”C區(qū)采用懸挑處陽臺板與主體結(jié)構(gòu)斷開的措施，減少熱橋效應(yīng)。在施工圖設(shè)計過程中，應(yīng)與設(shè)備專業(yè)密切配合，優(yōu)選外部主體結(jié)構(gòu)、圍護墻體中開設(shè)孔洞的位置。最后，施工過程中應(yīng)注意對工人關(guān)鍵節(jié)點施工的培訓(xùn)，嚴(yán)格保證施工質(zhì)量。

1.5 高效的新風(fēng)熱回收系統(tǒng)

被動式超低能耗建筑室內(nèi)的空氣新鮮，而且室內(nèi)的溫度、濕度基本恒定。無論是在炎熱的夏季還是寒冷的冬季，要保證室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度恒定，高性能的保溫及良好的氣密性是必要條件，以隔絕外部環(huán)境的影響，避免室內(nèi)能量的損失。另外，還需要加裝能源環(huán)境一體機，即采用新風(fēng)系統(tǒng)來解決新鮮空氣的問題。普通建筑應(yīng)用的新風(fēng)系統(tǒng)類似于換氣扇，能置換出新鮮空氣，用于凈化空氣的過濾芯是已有的產(chǎn)品，但會將夏天房間里的冷氣、冬天房間里的熱氣帶出去，造成能量損失。要解決這個問題，必須在新風(fēng)系統(tǒng)里加入熱交換芯，這也是新風(fēng)系統(tǒng)中最重要的部分。通過熱交換芯，室外的寒冷空氣會吸收排出去的室內(nèi)空氣的熱量，使室外空氣“加熱后”再進入，避免了能量損失。另外，新風(fēng)系統(tǒng)中的熱交換材料還要能解決濕度恒定的問題，也就是夏天室外空氣中的濕氣進不來，冬天室內(nèi)的濕氣出不去。只有高效的新風(fēng)熱回收系統(tǒng)才能解決這些難題。

1.6 可再生能源的充分利用

被動式超低能耗建筑能充分利用可再生能源，如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、水能等，需要結(jié)合建造地點的實際情況，合理選擇可再生能源，其核心理念是建筑需要充分吸收大自然所提供的“養(yǎng)分”。建筑是建造在自然環(huán)境中的，不能將建筑視為一堆鋼筋混凝土的人類科技合成物，要與當(dāng)?shù)氐臍夂?、人文環(huán)境充分結(jié)合，充分利用人類幾千年的智慧和生活經(jīng)驗，打造出低碳環(huán)保、舒適宜居的建筑。已建成的被動式超低能耗建筑充分考慮了可再生能源的利用，比如位于河南省鄭州市的中原地區(qū)首個被動式超低能耗示范項目“五方科技館”，采用了地源熱泵、太陽能光電技術(shù)、太陽能光熱技術(shù)等可再生能源技術(shù)。

2 我國被動式超低能耗建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

我國在經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，一直重視環(huán)保節(jié)能。在能源消耗方面，建筑行業(yè)耗能比重較大。我國新建建筑物面積逐年增大，能源消耗也在逐年增加，其所占比例為社會總能源消耗量的30%[4]。20世紀(jì)80年代初，原建設(shè)部開始組織開展建筑節(jié)能工作，并發(fā)布了一系列的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。1986年8月1日，針對民用建筑，我國發(fā)布了《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（采暖居住建筑部分）（試行JGJ 26—1986）;針對公共建筑，我國在2005年4月4日發(fā)布了《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50189—2005）。2015年末，我國建筑節(jié)能“三步走”戰(zhàn)略完成。嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計達到20世紀(jì)80年代建筑節(jié)能65%的水平，全國范圍公共建筑節(jié)能設(shè)計達到相對于20紀(jì)80年代建筑節(jié)能65%的水平。

盡管我國較早已經(jīng)提出了建筑節(jié)能環(huán)保的要求，也有綠色建筑認(rèn)證，但被動式超低能耗建筑在我國的研究較發(fā)達國家晚。被動式超低能耗建筑在我國的發(fā)展歷程如下。

2008年，住建部與德國能源署合作，從德國引進了被動房。2010年，在我國建成了第一個被動房“德國漢堡之家”。

2012年，建成了河北秦皇島“在水一方”、黑龍江哈爾濱“溪樹庭院”等被動式超低能耗建筑示范工程。

2013年，建成了中國建筑科學(xué)研究院近零能耗建筑等示范工程。

2015年，住建部頒布《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》（試行）（居住建筑），成立了三個被動式超低能耗建筑聯(lián)盟。

2016年，國務(wù)院發(fā)布《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》，提出開展超低能耗及近零能耗建筑試點。

2018年，世界規(guī)模最大的被動式建筑綜合社區(qū)——河北“高碑店·列車新城”項目獲得了我國首個PHI區(qū)域預(yù)認(rèn)證。

2019年，住建部頒布《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB T 51350—2019）。河北省成功舉辦第23屆國際被動房大會，這是大會首次走進亞洲、落地中國。

我國被動式超低能耗建筑已經(jīng)發(fā)展了十幾年，國內(nèi)被動式超低能耗建筑也已覆蓋到多個省、自治區(qū)、直轄市。北京、河北、山東、浙江、新疆、福建、青海、湖南、江蘇、遼寧、內(nèi)蒙古、黑龍江、四川、河南、天津等地均已建成被動式超低能耗建筑，我國被動式超低能耗建筑已經(jīng)發(fā)展到了一個新的階段。其中，河北省的被動式超低能耗建筑建設(shè)規(guī)模位居全國第一。截至2021年8月30日，河北省累計建設(shè)被動房項目182個、建筑面積530.88萬m2。

被動式超低能耗建筑之所以能被引進到我國，主要是因為其能夠有效解決能源浪費的問題，而且居住體驗良好。為了全面推廣被動式超低能耗建筑，從中央到地方都給予了大力支持。其中，《河南省節(jié)約能源條例》第二十六條提到“鼓勵建設(shè)超低能耗建筑和近零能耗建筑”，河南省第一個從法規(guī)層面提出了推進超低能耗建筑發(fā)展。

3 被動式超低能耗建筑在我國建設(shè)中的難點

被動式超低能耗建筑在我國推廣實施的過程中遇到了很多難題，這也是阻礙其在我國迅速發(fā)展的原因。

3.1 氣候、生活習(xí)慣不同

被動房最早源于德國，德國冬季沒有我國北方寒冷，夏季沒有我國南方潮濕。整體來說，比起我國南北氣候差異大的現(xiàn)狀，德國境內(nèi)各地溫度比較接近。因此，被動式超低能耗建筑在我國全面推廣難度較大，必須結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鳎_定適合當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)的技術(shù)指標(biāo)。

在德國，大多數(shù)居民是一家人居住在一棟單體別墅中，只用考慮整棟別墅的外墻保溫，不用考慮內(nèi)隔墻及樓上樓下分戶的問題。而我國除了農(nóng)村，基本居住的都是單元樓，多、高層建筑較為普遍。一棟樓居住人員較多，單元戶門開啟比較頻繁，甚至是完全敞開的;而且住戶入住的時間不一致，有的住戶房屋一交付裝修完就入住，有的住戶兩三年甚至多年后才入住。到了采暖季，如果隔壁的房屋是空置的，沒有采取采暖措施，有人居住的住戶室內(nèi)的熱量會損失，這也會影響住戶居住的舒適性。

中國人和德國人的生活習(xí)慣不同，中國人喜歡開窗通風(fēng)，想改變這些習(xí)慣還需要一個引導(dǎo)適應(yīng)的過程。另外，中國人喜歡煎炒油炸，所以油煙會很大，開放式廚房不適合在被動式超低能耗建筑中出現(xiàn)。盡管我國在《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》中對廚房通風(fēng)有補風(fēng)的要求，但在已建成的被動式超低能耗建筑中使用時發(fā)現(xiàn)，廚房的空氣流動大，會有集中的氣流吹到身體上，引起不舒適的感覺。這一系列的問題都有賴于后續(xù)研究解決。

3.2 缺少精細(xì)化施工和管理專業(yè)人員

被動式超低能耗建筑的施工不存在尖端技術(shù)，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)、高標(biāo)準(zhǔn)的施工要求，以保證各分部分項工程的施工質(zhì)量。目前，具有被動式超低能耗建筑豐富施工經(jīng)驗的施工企業(yè)在我國是嚴(yán)重缺乏的。想要建造出節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟的建筑，需要對建設(shè)方、施工方、監(jiān)理人員進行全面的被動式超低能耗建筑施工驗收的培訓(xùn)，尤其是細(xì)部施工技術(shù)措施。在德國，建設(shè)方會確定一個設(shè)計、施工經(jīng)驗豐富且已獲得認(rèn)證的項目負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)項目全過程建設(shè)，包括前期培訓(xùn)、質(zhì)量檢驗、施工指導(dǎo)及驗收，對施工質(zhì)量完全負(fù)責(zé)。

3.3 相關(guān)產(chǎn)品、設(shè)備及配件材料要求高

被動式超低能耗建筑對圍護墻體的保溫材料、門窗、新風(fēng)設(shè)備及細(xì)部節(jié)點施工處的配件的質(zhì)量要求很高。目前，我國可以自行生產(chǎn)絕大部分建設(shè)被動式超低能耗建筑的產(chǎn)品，部分技術(shù)要求較高的產(chǎn)品仍以進口為主。如果我國要全面推廣被動式超低能耗建筑，原有的建筑產(chǎn)品是滿足不了需求的。因此，眾多廠家的轉(zhuǎn)型發(fā)展將是必然的。這一切需要政府部門的積極引導(dǎo)，并且需要專業(yè)人員做必要的技術(shù)指導(dǎo)。

3.4 前期建設(shè)費用的增加

被動式超低能耗建筑的經(jīng)濟性體現(xiàn)在全生命周期的使用過程中。初期建設(shè)過程中，由于外保溫、氣密性的高要求，及高效的新風(fēng)設(shè)備和無熱橋施工的要求，使建設(shè)成本增加。目前，由于國家政策的大力支持，建設(shè)被動式超低能耗建筑是有政府補貼的;而且對被動式超低能耗建筑所占面積有強制要求。

4 結(jié)語

隨著我國脫貧攻堅任務(wù)的順利完成，我國又宣布了碳達峰、碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)，推動建筑的節(jié)能減排勢在必行，全面推廣被動式超低能耗建筑是世界范圍內(nèi)的統(tǒng)一趨勢。從2008年引進德國被動房至今，國內(nèi)的被動式超低能耗建筑在全國各地已初具規(guī)模，國家及部分地方的標(biāo)準(zhǔn)體系也初步建立，部分創(chuàng)新技術(shù)也取得了一定的研究成果，已建成的被動式超低能耗建筑也具有節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟舒適的特點。為了守護碧水藍(lán)天，共創(chuàng)美好生活，所有建筑業(yè)從業(yè)人員應(yīng)不遺余力，為被動式超低能耗建筑在我國的進一步推廣而努力。

參考文獻：

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