基于CiteSpace的被動式超低能耗建筑研究綜述*

劉月君 申玉然 高銀飛 周創輝 王瓏

(1.河北建筑工程學院經濟管理學院，河北 張家口 075000；2.張家口市建筑產業管理數字化技術創新中心，河北 張家口 075000)

0 引言

現階段，建筑業是除工業和交通運輸業之外的主要能源消耗領域[1]。建筑業高耗能、高排放問題亟待解決。被動式超低能耗建筑是綠色節能建筑的基本內涵[2]，其特征包括舒適度水平高、人同建筑與氣候聯系緊密等[3]。

綜述研究采用定性與定量相結合的方法。其中，定性分析依靠研究人員對領域相關文獻的閱讀量積累[4]；借助知識圖譜繪制工具CiteSpace進行可視化定量分析，可直觀展示各因素(研究熱點等)之間的顯性或隱性關系[5]。定性分析輔助定量分析，以期為后續研究者針對被動式超低能耗建筑研究方向提供思路。

1 方法與數據

本文以中國知網(CNKI)為平臺、以核心期刊為范圍、以被動式超低能耗建筑OR被動式低能耗建筑OR被動房為主題詞進行無時間限制檢索，首次檢索結果為83篇文獻，剔除個別新聞類報道及無關文獻，最終得到66篇文獻，2022年1月14日為最終檢索時間，詳見圖1。

采用定性與定量相結合的研究方法對被動式超低能耗建筑文獻進行分析。其中，定性分析是對閱讀的相關文獻進行梳理，闡述現階段被動式超低能耗建筑研究內容等；定量分析是借助CiteSpace(5.8.R1)可視化分析軟件進行，具體包括三個步驟：第一步，通過文獻年發文數量、收錄期刊、關鍵作者及研究機構剖析領域研究現狀；第二步，通過關鍵詞共現和聚類分析明確研究熱點、前沿及趨勢；第三步，結合前述分析結果提出未來研究方向。

2 結果與討論

2.1 研究現狀

2.1.1 文獻發表趨勢分析

由圖2可知，該領域的研究整體經歷三個階段。第一階段：2001—2014年。此階段為初步探索期，年均發文量不超過2篇，累計發文量為8篇，說明研究人員對于其關注較少，且文獻以被動房中的太陽能研究為主[6-8]。第二階段：2014—2017年。此階段為急速增長期。隨著一系列中德合作“被動式低能耗建筑”示范項目的完工，如秦皇島“在水一方”項目，以及國家相關政策的頒布，如《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》中提出要發展被動式房屋等綠色節能建筑，研究人員意識到被動式超低能耗建筑在節能環保中的重要性。經統計，此階段國家基金支持較第一階段增加54.55%。第三階段：2017—2021年。此階段為緩慢增長期，表明該領域的研究熱度較第二階段有所下降。

2.1.2 文獻收錄期刊分析

由圖3可知，《建筑科學》在此領域文獻發表數量最多，為24篇，占總文獻數量的35.82%。排名前5的6種期刊發文數量占比69.70%，表明這6種期刊是被動式超低能耗建筑領域主要刊物，是深入探究此領域研究進展的重要途徑。

進一步對23種期刊類型進行分析，其中CSCD期刊為10種，總發表量為34篇，占比53.03%；CSSCI期刊為1種，總發表量為1篇，占比1.52%；EI期刊為5種，總發表量為6篇，占比9.09%；無SCI期刊來源。總體而言，此領域研究成果在高水平期刊發表數量不足，未來收錄期刊整體水平有待提高。

2.1.3 關鍵作者及研究機構分析

表1 關鍵作者及發文量

被動式超低能耗建筑領域作者間合作網絡關系如圖4所示。該領域的研究學者抱團合作趨勢明顯，存在以徐偉、劉艷峰、崔國游為代表的三個大型合作網絡，其他合作網絡較小。

借助CiteSpace軟件對被動式超低能耗建筑領域機構(發文量≥2篇)進行分析，發現該領域研究機構多為高校或研究院(所)，企業僅有2家，見表2。

表2 研究機構及發文量

2.1.4 研究內容分析

通過對被動式超低能耗建筑領域關鍵文獻梳理，發現學者研究集中在以下三個方面：

(1)關鍵技術。針對關鍵技術內容研究，學者遵循“整體+個別”原則，即“全面研究+某一項或某幾項研究”。在全面研究中，周正楠[10]將被動房問題聚焦于解決冬季采暖、降低建筑熱量損失，提出加強建筑圍護體系的保溫性能、提高建筑的氣密性能、采用機械送新風系統并進行熱回收、使用地熱負荷的采暖方式等技術措施；游又能等[11]將被動式超低能耗建筑與裝配式建筑耦合集成作為研究對象，從不同氣候區分析保溫隔熱系統、門窗系統、氣密性、無熱橋處理、新風熱回收系統的具體構建。在個別研究中，劉秦見等[12]從經濟角度對被動式建筑應用可再生能源系統的典型案例進行分析，得出利用太陽能可使能源消耗降低64%，且太陽能光伏電池板完全滿足能耗需求的結論。王選等[13]在太陽能集熱系統優化的基礎上，結合新風系統研究，將西寧市某被動式超低能耗建筑的太陽能新風系統作為研究對象進行論證。

由上述文獻可知，關于被動式超低能耗建筑的關鍵技術全面研究大致包括5項，個別研究主要集中于可再生能源系統的太陽能資源利用和新風系統。

(2)指標體系。針對指標體系研究內容，學者遵循“國外技術指標體系+我國實際情況”原則。徐偉等[14]從能耗范圍、物理邊界、指標數值三方面入手介紹指標體系的構成，并對現階段美國、日本、歐盟和我國的指標體系進行全面梳理，認為美國與我國在氣候差異等方面存在相同點，其技術體系對我國具有借鑒意義。馮國會等[15]將德國被動房的技術指標、方案設計與我國的《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》相結合，針對嚴寒地區的被動房低能耗和負荷及系統設計進行研究，同時考慮建筑智能化應用。王昭等[16]將德國被動房研究所技術指標體系和《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》提供的供暖需求、供冷需求等指標計算公式相結合，用以確定山東省被動式超低能耗建筑評價指標范圍。

由上述文獻可知，關于指標體系的研究，學者更多基于某一范圍進行，如氣候區、地區；同時，綜合考慮德國被動房研究所技術指標體系與我國發布的《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》，在兩者的基礎上根據實際情況實現技術指標的區域范圍內確定。

(3)軟件應用。宋昂揚等[17]以phpp能耗軟件計算結果為依據，將敏感性分析與技術、經濟因素相結合，對天津市新生態被動房項目中對冷熱負荷影響較大的參數進行合理優化，最終確定材料及設備選型。鄒艾娟等[18]將國內外能耗計算軟件(DEST、phpp)作為研究對象，對兩者的運算機理和參數設置進行比較。曹依蕾等[19]借助紅外熱像儀對某一被動式超低能耗建筑構件部位進行直觀熱工缺陷分析，之后利用定量方法進一步對其缺陷嚴重程度進行判定。

由上述文獻可知，關于軟件應用的研究，學者主要針對能耗計算應用程序，將軟件技術等應用作為優化被動式超低能耗建筑中參數設置的依據。

2.2 研究熱點、前沿及趨勢分析

2.2.1 研究熱點分析

關鍵詞可以反映文獻的核心內容，對被動式超低能耗建筑領域的66篇文獻進行分析并統計頻次≥2的關鍵詞，結果見表3，軟件分析結果如圖5所示。

表3 被動式超低能耗建筑領域研究文獻統計頻次≥2的關鍵詞

由表3可知，被動式超低能耗建筑領域的研究對象為被動房、超低能耗建筑、被動式超低能耗建筑、近零能耗建筑。現階段，主要依據節能率確定建筑定義，且被動房、被動式超低能耗建筑屬于近零能耗建筑體系[20]。研究熱點集中在被動式關鍵技術、太陽能資源、phpp、人體熱舒適性、技術指標體系等，研究建筑類型多為居住建筑，研究地區集中在寒冷及夏熱冬冷地區。

2.2.2 研究前沿及趨勢分析

針對研究文獻的關鍵詞進行聚類分析，得到Modularity(0.746 7)>0.3，Mean Silhouette(0.969 8)>0.5，即網絡中的聚類關系較為明顯[5]。之后結合時間維度進行時區分析，結果如圖6所示。被動式超低能耗建筑領域8個聚類按出現的先后順序將研究趨勢大致劃分為5個階段：第一階段，#0聚類——寒冷地區，該研究出現時間較早，主要研究寒冷地區太陽能利用及建筑外墻保溫技術，之后著力于優化設計并借助Matlab進行能量平衡計算；第二階段，#7聚類——供熱效率，主要研究太陽輻射溫度、輻射強度對被動太陽能房供熱效率的影響，且該方面的研究熱度下降；第三階段，#4聚類——自然通風、#5聚類——中國西部，其中自然通風主要針對關鍵技術和熱損失進行研究，中國西部主要研究人居環境；第四階段，#2聚類——被動式、#3聚類——被動式超低能耗，其中被動式研究可再生能源、外圍護結構的節能設計，被動式超低能耗研究集中于新風負荷、傳熱系數同裝配式建筑相結合；第五階段，#1聚類——被動式超低能耗建筑、#6聚類——室內環境、#8聚類——氣候大陸度，前兩個聚類集中研究供熱/冷需求評價指標體系，其中室內環境研究聚焦于溫和地區，氣候大陸度主要研究天空有效溫度及熱負荷綜合修正率。該圖亦能印證前述被動式超低能耗建筑領域文獻發表數量的變化趨勢，即在2014年數量開始增多且在2017年研究最為火熱。

2.3 未來研究重點

由上述分析可知，被動式超低能耗建筑領域研究文獻在高水平期刊的發表數量欠缺、作者抱團合作趨勢明顯，今后研究重點可從跨越學科、研究成果、研究地區、研究方法4個方面入手，具體如下：

(1)從跨越學科來看，被動式超低能耗建筑可與組織行為學、組織心理學相結合針對人的心理、情緒變化進行建筑供熱需求及能耗方面研究。

(2)從研究成果來看，該領域研究機構多為高校，企業較少。此現象表明研究多停留在理論層面，未與實踐密切結合，未來應加強高校、研究所、企業之間的合作。

(3)從研究地區來看，現有文獻更多基于嚴寒、寒冷地區，較少涉及夏熱冬冷、溫和地區，未來可對夏熱冬暖地區的被動式超低能耗建筑進行研究。

(4)從研究方法來看，被動式超低能耗建筑領域應引入建筑信息模型、物聯網、大數據等技術手段。目前，在建筑信息模型與被動式超低能耗建筑保溫性能測試及質量管理方面有相關研究[21-22]。

3 結語

本文借助CiteSpace(5.8.R1)軟件，通過定性與定量分析相結合的方法針對被動式超低能耗建筑進行分析，得出以下結論：

(1)從文獻發文數量來看，被動式超低能耗建筑領域研究歷經三個階段，且在2017年文獻發表數量出現峰值。

(2)從收錄期刊、關鍵作者、研究機構來看，《建筑科學》《建筑學報》《暖通空調》等是該領域發文主要期刊；關鍵作者抱團合作趨勢明顯；研究機構多為高校、研究院(所)。

(3)從研究內容、熱點及趨勢來看，該領域研究內容在關鍵技術、指標體系、軟件應用三方面；熱點主要集中在被動式關鍵技術、太陽能資源、PHPP、人體舒適性、技術指標等方面；研究趨勢大致分為5個階段。

(4)從未來研究方向來看，該領域可與組織行為學、組織心理學結合；研究地區范圍轉移至夏熱冬暖、溫和等地區；研究方法與建筑信息模型、物聯網、大數據相結合，以實現智能化管理。