碳中和目標(biāo)下被動(dòng)式超低能耗建筑的發(fā)展

天津工業(yè)大學(xué) 郭偉娜

隨著人們對(duì)建筑居住要求的不斷提高，居住環(huán)境舒適性越好，匹配其居住品質(zhì)所需的能源消耗就越大。一次能源始終制約著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，僅民用建筑能源消耗量所占總能耗比例就高達(dá)20%以上。因此，當(dāng)務(wù)之急就是發(fā)展新綠色建筑節(jié)能技術(shù)，為房地產(chǎn)業(yè)今后的發(fā)展提供新機(jī)遇。本文通過(guò)了解德國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑的發(fā)展，對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行論述分析，展望了在“雙碳”目標(biāo)下被動(dòng)式建筑的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和以“碳中和”為核心目標(biāo)的中國(guó)城市化新建設(shè)。

一、被動(dòng)式低能耗建筑發(fā)展分析

“被動(dòng)房”是由“Passivhaus”直譯過(guò)來(lái)的詞語(yǔ)，瑞典隆德大學(xué)的阿達(dá)姆森教授及德國(guó)的菲斯特博士認(rèn)為“被動(dòng)房”建筑應(yīng)當(dāng)是不需要主動(dòng)采暖，不用空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)就能夠使建筑物室內(nèi)環(huán)境達(dá)到溫度濕度適宜、恒氧、恒潔和恒靜的舒適條件?；谶@個(gè)設(shè)想，菲斯特博士在德國(guó)達(dá)姆施塔特建造了全球首座被動(dòng)用房——Darmstadt-Kranichstein連排住宅，至今運(yùn)行30年，取得良好成果。德國(guó)不僅是首先誕生被動(dòng)式建筑理念的國(guó)家，還很快成立了被動(dòng)式房屋研究所。迄今為止，德國(guó)制訂了一系列被動(dòng)房認(rèn)證指標(biāo)且擁有了較為完整的建造運(yùn)行技術(shù)體系，其服務(wù)對(duì)象一方面是以被動(dòng)式建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)的新建房屋，另一方面是對(duì)現(xiàn)有建筑物進(jìn)行有效的節(jié)能低耗改造。據(jù)德國(guó)《節(jié)約能源法》要求凡是政府辦公所需的新建辦公建筑，都要實(shí)現(xiàn)近零能耗建筑水平。自2021年起德國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)所有新建建筑物都需要達(dá)到近零耗能，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)德國(guó)2050年“碳中和”目標(biāo)。

二、我國(guó)現(xiàn)有扶持政策及相關(guān)建造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

中德兩國(guó)協(xié)作推廣綠色低耗的建筑項(xiàng)目，對(duì)于補(bǔ)充我國(guó)國(guó)內(nèi)欠缺的被動(dòng)式建筑專(zhuān)業(yè)知識(shí)具有深刻的指導(dǎo)意義。2016年8月5日，我國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準(zhǔn)《被動(dòng)式低能耗建筑——嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑》（16J908-8）[1]為國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集，同年9月1日起開(kāi)始執(zhí)行。隨著社會(huì)各方對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑從逐漸認(rèn)識(shí)到進(jìn)一步認(rèn)可，截至2020年止全國(guó)各級(jí)人民政府共頒布了關(guān)于鼓勵(lì)被動(dòng)式高效低耗宜居建筑的建設(shè)推廣政策約115余項(xiàng)，其中黑龍江省、安徽省、湖北省、河北省、山西省等十余個(gè)省市都先后發(fā)布了綠色節(jié)能宜居建筑的創(chuàng)建發(fā)展行動(dòng)方案，力推被動(dòng)式超低能耗建筑在我國(guó)的快速發(fā)展。其中，河北省政府相繼出臺(tái)扶持被動(dòng)式節(jié)能建筑加大推廣宣傳力度的相關(guān)政策，如：《關(guān)于加快推進(jìn)被動(dòng)式超低能耗建筑發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》《關(guān)于落實(shí)被動(dòng)式超低能耗建筑優(yōu)惠政策工作的通知》[2]等，對(duì)被動(dòng)低能耗建筑提供建筑物地上建筑面積按比例獎(jiǎng)勵(lì)且獎(jiǎng)勵(lì)面積不計(jì)入容積率核算、激勵(lì)預(yù)售商品房、備案時(shí)指導(dǎo)價(jià)的上浮率小于30%等諸多鼓勵(lì)性的政策，加快被動(dòng)式超低能耗建筑在河北省的發(fā)展速度[3]。

被動(dòng)式建筑是以建造成本經(jīng)濟(jì)合理為首要條件，采取保溫隔熱性和氣密性更高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)并結(jié)合新風(fēng)熱回收技術(shù) ，能夠使建筑物的熱損失達(dá)到最小化，同時(shí)采用太陽(yáng)能等自然可再生能源，使建筑在使用過(guò)程中幾乎不再消耗一次能源，同時(shí)還能更好保持室內(nèi)居住環(huán)境舒適度更優(yōu)的建筑。與日常居住使用的建筑相比而言，被動(dòng)式超低能耗建筑所需的高保溫隔熱設(shè)計(jì)要求是整個(gè)施工中的關(guān)鍵技術(shù)，例如膠粉EPS顆粒保溫漿料外墻保溫技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于材料的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低，耐水性好且材料穩(wěn)定，施工中厚度容易控制，從而使被動(dòng)式房屋擁有良好的保溫隔熱性；石墨聚苯板外墻保溫為石墨聚苯板分層粘貼加錨固技術(shù)如圖1，選用專(zhuān)用的斷熱橋錨栓，兩層保溫板之間錯(cuò)縫粘貼，可以避免出現(xiàn)通縫。

圖1 外墻保溫?zé)o熱橋處理

此外，結(jié)合采取高氣密性、排風(fēng)系統(tǒng)高效熱量回收等施工關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)，使建筑室內(nèi)環(huán)境如表1所示，即：溫度在冬季≥20℃，夏季≤26℃；相對(duì)濕度在冬季≥30%，夏季≤65%；圍護(hù)結(jié)構(gòu)非透明部分內(nèi)表面溫度與室內(nèi)溫度差值≤3℃；室內(nèi)CO2濃度≤1000ppm，整體實(shí)現(xiàn)室內(nèi)恒溫、恒濕、恒潔和恒氧的居住環(huán)①。

表1 被動(dòng)式居住建筑節(jié)能指標(biāo)

三、被動(dòng)式超低能耗建筑發(fā)展趨勢(shì)下的城市建設(shè)

我國(guó)力爭(zhēng)在全球達(dá)成“雙碳”目標(biāo)時(shí)間最短，我們不但要減少人類(lèi)活動(dòng)碳排放量，還要從“碳源”與“碳匯”兩方面尋求低碳發(fā)展助力碳中和實(shí)現(xiàn)的路徑，推進(jìn)中國(guó)經(jīng)濟(jì)走上綠色低碳、循環(huán)發(fā)展之路。建筑領(lǐng)域由于具有一次能源消耗量大的特點(diǎn)，所以在節(jié)能減排方面的任務(wù)推進(jìn)上更加刻不容緩。建筑部門(mén)實(shí)現(xiàn)碳中和的有效途徑分為提升建筑能效、建筑“產(chǎn)能”增強(qiáng)、能源系統(tǒng)脫碳和碳匯固碳四個(gè)方面，而被動(dòng)式建筑就是降低對(duì)化石能源的依賴(lài)，通過(guò)降低建筑能源消耗，大幅提高室內(nèi)宜居環(huán)境和建筑能效。被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)核心就是以降低一次能源消耗為目標(biāo)，將去碳化、降低建筑本體能源需求及技術(shù)多樣性集為一體，采用高效圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱系統(tǒng)、結(jié)合良好的建筑氣密性、斷熱橋等措施，配合自然通風(fēng)、采光以及太陽(yáng)能系統(tǒng)，達(dá)到宜居的舒適度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市能源轉(zhuǎn)型，助力早日實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。

我國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑從與德方合作引入國(guó)內(nèi)到現(xiàn)在的大幅推廣，實(shí)現(xiàn)了在被動(dòng)式建筑領(lǐng)域政策體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行管理等方面逐漸完善。隨著我國(guó)各級(jí)政府對(duì)其認(rèn)可度的逐漸提高，目前在建及已建成的被動(dòng)式超低能耗建筑項(xiàng)目約覆蓋了16個(gè)省和直轄市，僅河北一省的被動(dòng)式建筑項(xiàng)目就多達(dá)67個(gè)，其建筑面積約316.62萬(wàn)m2。北京市也發(fā)布了重點(diǎn)領(lǐng)域的降碳實(shí)施措施，其中就包括新建500萬(wàn)平方米的被動(dòng)式超低能耗建筑。由此看來(lái)，超低能耗建筑有望成為城市化建設(shè)的新主流趨勢(shì)，未來(lái)在我國(guó)的發(fā)展也會(huì)呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的局面。

四、被動(dòng)式建筑助力實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)

《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告》2020發(fā)布會(huì)表明：2018年中國(guó)建筑全過(guò)程的碳排放總量 49.3億tCO2，占全國(guó)碳排放量的比重為51.3%。在減少碳排放量的高標(biāo)準(zhǔn)要求下，建筑領(lǐng)域新焦點(diǎn)儼然是被動(dòng)式超低能耗建筑的大力推廣。住建部啟動(dòng)被動(dòng)式超低能耗建筑示范工程，我國(guó)目前已有的被動(dòng)式建筑已覆蓋各個(gè)氣候區(qū)。其中獲得德國(guó)被動(dòng)房研究所PHI認(rèn)證的建筑項(xiàng)目有與太湖一路之隔的朗詩(shī)布魯克酒店、西北首座被動(dòng)式超低能耗建筑——幸福路幸福堡等。如今備受關(guān)注的河北奧潤(rùn)順達(dá)集團(tuán)綠建研發(fā)中心大樓是因斯布魯克大學(xué)和北京清華大學(xué)共同設(shè)計(jì)，施工中采用最先進(jìn)的超低能耗建筑節(jié)能技術(shù)，集被動(dòng)式、智慧型、產(chǎn)能型為一體的標(biāo)志性公建項(xiàng)目，該建筑目前已經(jīng)順利封頂，即將投用。被動(dòng)式超低能耗建筑必將迎來(lái)新一輪的重要發(fā)展期。目前，覆蓋河北全省的被動(dòng)式超低能耗建筑項(xiàng)目數(shù)量位居全國(guó)第一，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1.65萬(wàn)噸，CO2減排量約3.36萬(wàn)噸。設(shè)想我國(guó)北方寒冷氣候地區(qū)的城鎮(zhèn)若改建和新建為被動(dòng)式超低能耗建筑，每年取暖期大約可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約3億噸，減少CO2的排放量約為近億噸，甚至近十億噸，這對(duì)于助力我國(guó)2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)具有重大幫助和深遠(yuǎn)意義。

五、結(jié)語(yǔ)

被動(dòng)式超低能耗建筑寒冬不再燒煤，夏天不需空調(diào)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，該建筑節(jié)能能效可高達(dá)90%，在環(huán)保減排的同時(shí)還能提升居住體驗(yàn)，目前為全球最高效低耗的宜居節(jié)能建筑。被動(dòng)式超低能耗建筑具有良好的綠色環(huán)保能效，在其今后的推廣中還可以逐步與建筑工業(yè)化、住宅產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合。大力推廣被動(dòng)式超低能耗建筑是我國(guó)建筑領(lǐng)域、房地產(chǎn)業(yè)應(yīng)對(duì)化石能源危機(jī)的積極措施，為助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)提供了有力支持。至此，還有更多的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工關(guān)鍵技術(shù)需要我們更進(jìn)一步深入研究與實(shí)踐。

注釋

①河北省《被動(dòng)式低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB13（J）/T177-2015）。