關于被動式節能房屋的幾點探討

黃 欣

(山西省建筑科學研究院，山西太原 030001)

1 被動房概述

1.1 被動房定義的推出

最先提出被動房概念的是德國人，全稱是被動式低能耗建筑房屋。誰也不會想到被動房起源于一個外國人的夢想。然而建造的第一個具備被動房功能的建筑物不是房屋，而是一艘在南極探險的極地船。依據對原文的翻譯，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，再鋪設一層毛氈，最后是一層鑲板。房屋內的天花板也是這樣的鋪貼方式，這樣的鋪設厚度大約為40 cm。船內是一個既溫暖又舒適的生活場所。它的通風非常好，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，全世界對能源的利用有了新的認識，同時德國率先提出了新的節能目標:到2019年，政府機關公共建筑將達到零能耗;從2021年起，所有一次新建建筑必須滿足零能耗;預計到2050年，新建加改建項目后所有建筑物要滿足節能80%要求。如果實現這個目標，德國將會率先實現節約40%的終端能耗目標。被動房的出現才能夠使這個目標更早實現，為人們創造了舒適的室內生活環境的同時，也減少了對不可再生能源的巨大消耗，有了這個概念，可以使建筑節能及社會發展達到一個更高的高度。德國達姆施達特市在1991年建成了第一個被動式房屋。

1.2 被動房的基本特征

1)室內空氣環境達到舒適程度;2)二次能耗低，基本取消供暖系統。

1.3 國內外的被動房發展情況簡介

目前德國已經建成40 000多棟該類建筑，并以每年3 000棟速度高速增長。相應芬蘭、比利時、英國都在大面積建造被動房。

我國目前已建成的被動房項目主要是住宅建筑，其中影響最廣泛的就是秦皇島的“在水一方”項目，這個項目是我國很多準備籌建被動房的人員參觀學習之地。

2 被動式房屋與普通節能建筑的區別

2.1 建筑施工技術的區別

1)被動房強調的是熱工損耗，嚴禁結構構件上出現結露或發霉，也對能耗的回收轉換提出具體要求。2)自然通風依然是被動房所要求的，盡量減少新風系統的啟動，也就變相的控制了能耗。如果自然通風能達到舒適度要求，也反映了一個建筑物建筑布局和設計的合理。3)被動房第一次將建筑舒適度的要求提到很重要的地位。明確規定:室內相對濕度范圍40%～60%，溫度控制保持范圍18℃ ～26℃，新風量也是重要指標。4)被動房的構件與構件之間必須實現無冷橋熱橋設計。需要設計和施工協同配合才能做到，同時建筑材料性能的達標也是關鍵所在。往往由于沒有注意細節導致被動房驗收沒有通過的事件也是常常發生的，返工的難度遠遠比一次到位費事。5)雖然被動房不同于普通建筑對外墻的窗墻比規定那么嚴格，但自然采光的充分利用是每個建筑的設計根本。在數值上，被動房要求室內的太陽光得熱大于0.5。相比而言，普通節能建筑往往只提出遮陽系數和光照時間。6)被動房的新風熱回收系統是個比較新穎的概念。利用這套裝置可以控制室內CO2含量低于1 000 ppm，并且在熱交換時保證熱丟失降到最低。7)房屋氣密性規定:在室內外壓差50 Pa的條件下，被動房要求每小時的換氣次數不得超過0.6次。就好比，100 m2的住房，在這個規定壓差范圍內，房屋漏氣的面積不能大于一個手掌的面積。這樣的要求就必須控制室內外穿管，門窗縫隙，結構灰縫等很多細節。這個檢驗指標也是被動房驗收的唯一標準。

2.2 建筑節能標準的區別

1)被動房主要采用一次能源的消耗量作為評定指標，一般節能性建筑只用耗電量和耗熱量來評定能耗級別。2)被動房的氣密性檢測是被動房成功驗收的重要技術指標，而在一般節能住房，對氣密性沒有明確的規定。3)總能耗是被動房的節能限制依據，而普通節能建筑的節能指標只有采暖和制冷能耗。這樣直接導致的是，很多建筑在外界溫度惡劣的情況下制熱或制冷設備負荷過大，所以新聞中經常提到，一到夏季，南方很多城市拉閘限電;一到冬天，北方很多城市出現用煤荒。4)被動房的新風系統是整個建筑正常運轉的關鍵，室內空氣指標也是驗收的評定要求，這個新風系統必須具備高效的熱回收裝置，而普通節能建筑往往只安裝普通中央空調，對通風有要求，但沒有明確熱回收效率。

3 被動房的優越性

3.1 節能減排，促進我國城市化進程

十八大提出我國要加速進行城市化進程，減少巨型城市的建設，發展中小城市。伴隨城市化的進程，能源的消耗也是很驚人的。依據統計數據，2010年全國消費標準煤32.5億t，預計到2020年，如果不采取有效的節能降耗改革，我國年能源消費將達到53億t。這個驚人的消耗是不可負擔的。

北方的建筑采暖和南方的建筑控溫，是我國建筑的能源需求大項。在高速建設的“十二五”期間，建筑節能和減排是每個建筑必須具備的，政府政策層面也對相應的節能不斷提高規范的限制數值，為的就是面對這些即將面對的問題。按照現行的節能標準，我國北方每年還要再增加至少5億t標準煤來滿足采暖需求。但如果我們按照被動式房屋的要求建設，那么就可以減掉這個煤耗數量。

德國是個全國采暖的城市，被動式房屋所具備的一個重要特性就是不需要安裝供暖設施。我國從黃河以北都是采暖區域，隨著當下全球環境氣候的惡變，很多南方城市也把冬季采暖納入建筑設計當中，這樣煤炭消耗量大量激增，進而對我國港口、鐵路、公路造成了巨大的運輸壓力，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題。

3.2 改善南方的夏熱冬冷，提供宜居住房

我國南方廣大地區都屬于夏熱冬冷氣候，同時也是非采暖區，這些區域在常規做法中不配備集中供熱系統。這些地區冬季都不采取任何取暖措施，或者采用電輔熱取暖，這一區域的建筑總量占我國建筑總量的50%左右，該地區如果大面積建造被動房基本可以解決這個問題，因為被動式房要求房屋在沒有供熱設施的條件下，利用建筑物自然得熱使室內溫度基本維持在20℃以上，相比北方好多采暖房屋溫度都高。

3.3 被動式房屋可以推進我國的建筑節能發展

根據節能原理，被動房在能耗方面和建筑性能方面，是普通節能建筑不能相比的。同德國的被動式房屋實現了采暖92%的節能量相比，我國的建筑節能仍然有很大的發展空間。很多專家建議，如果被動房的屋頂和外墻采用太陽能技術或者其他可再生能源的應用，很有可能實現真正的建筑零能耗，使被動式房屋不再依賴不可再生能源。

被動式房屋實現了真正意義上的節能。被動式房屋要求的是建筑物對一次能源的降低使用，進而克服了建筑能耗此消彼長的問題。被動房耗能低，舒適度高。它主要的指導思想是在降低建筑物能耗的同時提高建筑內的環境舒適程度。

3.4 推動我國建筑節能產品的創新和升級

要達到被動房的建造要求，很大的原因是建筑材料的達標，比如氣密性、隔音性等要求，而國內產品的質量往往達不到要求，這就導致許多原材料需要進口，直接的結果就是建造成本的上漲，如果我國的供應商能夠供應合格的節能建材，肯定會降低建造成本，達到市場和需求共贏的場面。

3.5 提升建筑單位的施工質量

我國目前施工水平往往屬于粗放型的。結構支模、穿管、布線很多地方都會產生結構上的熱橋，而被動房主要是為了消除冷熱橋。總體上，中國的建筑質量遠遠不如國外的施工質量。精細的施工才能達到被動式房屋的強制指標要求。偷工減料是國內很多被動房失敗的原因。

4 被動房建造面臨的機遇和挑戰

近幾年在我國建造被動式低能耗房屋相關行業既面臨許多的機遇同樣也有很大的挑戰。其中主要問題是:1)缺乏比較成熟的設計施工經驗。我國的建筑設計和施工人員大都沒有從事過被動式房的設計和施工，所以很多細部做法和設計原則需要向德國的設計人員學習。其實很多細部都是需要注意的，并不會增加設計難度。2)相關被動式房屋必備設施的采購問題，很多設備的技術指標，我國的產品往往不達標或者根本就沒有此類的設備，比如高效熱回收裝置、傳熱系數K≤0.8 W/(m2·K)的保溫節能外窗、隔音隔熱防冷橋的細小部件。在對秦皇島“在水一方”被動房參觀中，更多的問題是設備購置。3)施工質量不好保證。這樣的房屋施工要求從傳統的粗放式施工轉為精細精密施工，很多細節的施工需要精密的模具和設備的安裝。4)建筑投入使用后的運行管理水平需要專業人員的培訓和管理。被動房建成后還需要有嚴格的運行管理，尤其是新風機系統的日常維護，才能夠保證整個系統正常運行。