雙碳背景下被動式超低能耗建筑發展的影響因素及對策

文／郭召猛、李祖鋼 山東省歐美亞超低能耗綠色建設研究院 山東濟南 250000

引言：

傳統節能建筑存在的主要問題是資源消耗大、環境污染嚴重等，不利于建筑行業的可持續發展。被動式超低能耗建筑在我國的發展已經有20 年，其中德國、美國是最早開發建設的國家，而我國近些年來才開始發展被動式超低能耗建筑。這一技術的應用也標志著我國建筑節能技術正在從“高碳”向“低碳”轉變，從而在一定程度上實現了節能減排的目標。近幾年，我國被動式超低能耗建筑取得了明顯的發展效果，也被列為重點發展的新能源產業。

1.被動式超低能耗建筑概述

歐盟委員會支持的“被動房”建筑促進項目中，定義的“被動房”是指通過非傳統的采暖方式和非主動的空調形式來實現冬夏季舒適室內環境的建筑。在2015 年中華人民共和國住房和城鄉建設部試行的被動式超低能耗綠色建筑技術導則中認為，被動式建筑是一種近零能耗建筑，通過高效的保溫隔熱和熱回收技術，最大程度地減少能源消耗，同時提供舒適的室內環境。

1.1 高標準的技術要求

相關調查表明，建筑企業為了對被動式建筑技術進行有效的控制，相關設計人員會對室內舒適度指標和能源消耗指標這兩個控制性指標進行綜合考慮，這兩個指標會對選用建筑材料、建筑物結構等方面提出更高的要求。建筑企業要結合實際情況加大力度對被動式建筑外窗、高效保溫體系等方面進行充分的應用，以將這些設計戰略的作用充分發揮出來，為后續施工奠定良好的基礎。

表1 室內舒適度指標

圖1 被動式超低能建筑能源消耗指標圖

1.2 運行能耗低

被動式超低能耗建筑與其他建筑類型之間存在一定程度的差異，前者會應用到無熱橋設計、高效的外保溫層、遮陽措施、自然通風等，進而較大地提高其自身的節能性能指標；其還會對一些先進技術及設備進行充分的應用，提高整體的能源節約效果。

1.3 舒適性體現

保暖隔熱是被動式超低能耗建筑設計的主要目的，建筑企業應提高對保暖層設計的重視程度，結合實際情況對各個方面開展合理的設計，以便室內溫度在圍護結構的作用下保持良好穩定的狀態。圍護結構可以在炎熱的夏天讓房屋建筑內部保持涼爽，滿足人體的舒適度要求和規定，將節能減排、環境保護目標落實到各個環節當中，這也是建筑設計行業當中關鍵的部分[1]。

2.影響被動式建筑發展的因素分析

2.1 被動式超低能耗建筑方面人才短缺

為了實現被動式超低能耗建筑設計的合理運用，需要有合理的設計人才，這樣才能滿足實際工作的基本需求，進而保證被動式超低建筑設計的服務能力，使得建筑工程可以更好地為人們提供服務。但是，在實際的被動式超低建筑設計過程中，卻存在被動式超低建筑方面人才短缺的問題，這樣的問題存在嚴重影響超低能耗建筑設計的效果，甚至還會引起嚴重的建筑功能問題。所以為了滿足建筑工程的節能與功能需求，要做好被動式超低建筑方面人才的培訓工作，促使被動式超低建筑設計能夠符合實際工作的需求。

2.2 缺乏完善的相關節能設計標準

被動式超低建筑設計過程中，為了確保它的運用效果，減少困境對被動式超低建筑設計的影響，需要做好節能設計標準的合理控制。但是，在實際的應用中。存在節能設計標準不完善的情況，這種問題，主要體現在建筑建設過程中，沒有合理地對節能設計標準進行應用，因為這些問題的存在，嚴重影響建筑設計的效果。所以，為了滿足實際設計的需求，需要注意對節能設計標準的分析，并選擇合理的標準，從而進一步提升相關節能設計標準的服務能力，進而更好地推動被動式超低建筑設計的服務能力。

2.3 被動式建筑評估與認證體系落實不到位

在工作中還需要對被動式超低建筑的評估與認證體系進行分析，只有保證評估與認證體系的合理落實，才能滿足建筑的功能需求，促使被動式超低建筑設計實現合理的運用。但是，實際工作中，卻存在評估與認證體系落實不到位的情況。這種不到位的情況，就造成相應問題的出現，主要問題體現在評價指標存在缺乏客觀性的問題，另外，還存在評價指標明確性不清晰的問題。這些問題就制約了被動式超低建筑設計的應用，所以為了滿足被動式超低建筑設計的合理運用，需要對評估與認證體系進行合理落實，促使其滿足實際工作的需求[2]。

3.實現被動式超低能耗建筑的技術與措施

3.1 建筑圍護結構的設計

首先，保溫材料。保溫材料就像給建筑披上了一件“羽絨服”，可以降低室內的冷熱損失；無論是哪一種類型的建筑，在實際設計過程中都離不開保溫材料，這就要求建筑企業在設計被動式超低能耗建筑時要提高對保溫材料選擇工作的重視程度，在對建筑自身功能需求進行綜合考慮的同時，還要確保材料性能和規格與實際要求相符合，建筑企業要在條件允許的情況下盡可能地選擇具有綠色環保節能性能的材料。除此之外，設計人員在對建筑保溫隔熱系統進行設計時要對新型保溫材料進行合理的應用，如無機保溫砂漿、納米隔熱板等，這些材料隨著我國整體科學技術水平不斷提高而得到了相應的改進和完善，不僅可以將保溫隔熱效果充分發揮出來，而且還能夠讓建筑整體滿足綠色環保的基本要求。其次，外墻保溫。外墻保溫系統設計在被動式超低能耗建筑當中占據著非常重要的地位，這也是被動式超低能耗建筑實現節能目的的關鍵環節之一，建筑企業可以對保溫設計和隔熱、散熱設計進行相互結合，并且還要對不同區域的氣候條件進行充分的考慮。我國南方地區夏季氣候比較炎熱，冬季溫度比較溫和，所以建筑企業要對無機保溫材料進行充分的應用，嚴格按照相關的要求和規定來設置墻面垂直綠化、淋水被動蒸發等；我國北方地區夏季室內比較炎熱，而且冬季具有寒冷干燥的特點，建筑企業要將外墻保溫設計落實到位，從而減少室內熱量的散失，通常情況下會對苯板復合材料進行合理的應用，通過這種材料對相應墻體保溫夾層進行設置。建筑企業還可以將保溫隔熱層設置在墻體外部，復合材料與其他材料之間會存在一定程度的差異，前者在實際應用過程中可以發揮出良好的作用，而且還能夠達到良好的保溫和隔熱效果。最后，屋面保溫。眾所周知，屋面保溫與外墻保溫之間存在相似性，建筑企業需結合實際情況對絕熱擠塑聚苯板、泡沫玻璃等保溫材料進行合理的應用，嚴格按照相關要求和規定對通風隔熱屋面進行合理的設置，從科學的角度對附帶通風空氣層的金屬夾層隔熱屋面進行合理的設置。這種屋面相對外墻保溫來說有著較大的可利用性。隨著時代的不斷發展，屋面保溫的種類變得越來越多，如種植屋面，建筑企業可以在一定厚度的屋面上種植綠色植被，并且將其設置在屋面之上，進而不用設置其他保溫層也可以將保溫隔熱作用充分發揮出來，還能夠達到良好的降塵、減噪、提高空氣質量的效果。除此之外，種植屋面還可以對雨水進行有效的截流，城市排水系統整體壓力也可以得到進一步緩解。我國北方房屋保溫系統當中不可缺少的部分就是地面保溫設計，建筑企業在這個過程中會應用保溫板和保溫砂漿，結合細石混凝土保護層，從而使地面保溫效果得到保障。

3.2 高性能門窗系統設計

在建筑工程當中不可缺少的部分是門窗系統，采用高絕熱、節能效果較好的門窗系統保持室內舒適的溫度。這就要求建筑企業在設計該系統時要對建筑工程所處地區氣候、主導風向、溫度等各種因素進行綜合考慮。例如在我國南方地區可以在南北朝向設置大窗，從而達到良好的通風和采光效果；東西朝向的房屋建筑結合實際情況將窗體面積進行適當的減小，設計人員還要對窗體位置和數量做出準確的判斷，使室內空氣達到良好的對流效果。另外，設計人員還要對進風口和出風口尺寸進行合理的設計，從而有效控制室內氣流速度和氣流流暢，必要情況下還可以設置遮陽、挑檐等一些具有導風功能的構件，準確區分正負、空氣流動性等，使室內空氣流動得到進一步增強。建筑企業可以將遮陽措施應用到東西側外窗，對自然采光效果進行充分的考慮后，對固定式遮陽和可調式遮陽進行合理的選擇。設計人員要對門窗和建筑整體比例進行嚴格的控制，確保整體比例處于規定的范圍之內，從而使建筑整體保溫隔熱效果得到保障。東向和北向建筑的門窗比例要在20%以下，西向建筑的門窗比例應該在30%之下，南向建筑的門窗比例要低于35%，門窗系統整體的節能降耗效果達到預期的要求[3]。

3.3 節能建材的使用

選擇經濟實用、性能穩定的節能建材,是實現超低能耗建筑的重要策略。采用高性能隔熱材料、高效的節能玻璃、較小傳熱系數的保溫材料等等,可以有效降低建筑物的能耗。例如,選擇具有較高隔熱性能和低維護成本的建筑外墻和屋頂材料,并選擇具有良好效率和較低成本的光伏組件。

3.4 高效節能設備的使用

高效節能的建筑設備能夠在保證舒適度的前提下實現能源利用最大化。如太陽能電池板、空氣能熱泵、智能照明系統等以可再生能源為主導的設備,既節能又環保。選擇采用哪種系統時,要結合建筑的需求、環境條件和客戶的要求等綜合考慮,這樣才能在保證能耗最低的同時,控制超低能耗建筑的造價。例如,某地的太陽能塔采用了先進的太陽能熱發電技術,將太陽能轉化為電力和熱能,建筑物的立面和外墻都采用了太陽能光伏系統,年平均發電效率為15.4%。

3.5 綜合節能措施

在實現被動式超低能耗建筑的過程中,采取綜合節能措施是非常有必要的。具體可以采用采光、通風、綠植覆蓋、蓄熱降溫、外遮陽和智能控制等綜合手段,以減少建筑物的能耗[4]。

4.被動式建筑發展建議

4.1 完善政策法規，落實激勵政策

政府應根據當地發展情況，采取除直接財政補貼之外的各種激勵政策，如采取容積率獎勵、稅收優惠、貸款貼息、保障土地供應、供熱補貼等非財政補貼，加速被動式建筑在本省的快速發展。其次新建政府投資的公共建筑宜優先采用被動式建筑，鼓勵開發企業以被動式建筑為主要的方式成片區地開發居住建筑項目，并對采用被動式建筑的開發企業采取優先供地等方式作為鼓勵。此外，政府應根據各地現有的基本情況，積極完善被動式建筑的標準體系，制定被動式建筑在設計、材料、施工、運行、管理等方面的標準體系與實施細則，構建統一的行業標準，讓被動式建筑的發展有法可依，為產業的發展提供堅實有力的制度保障。

4.2 加強技術研發，完善相關產業鏈

隨著BIM、人工智能等新興技術的快速發展以及“雙碳”目標的推進，建筑行業正向綠色化、智能化邁進。首先，推動BIM 技術和被動式建筑同步設計、同步施工。運用BIM 技術預先建模設計，對復雜節點進行可視化溝通，提前解決有可能遇到的問題，從而優化施工工藝，節約成本，提高被動式建筑可行性。其次，通過產學研的方式在高等教育中推廣被動式建筑。一方面鼓勵企業及高校開展合作解決，對被動式建筑的關鍵節點、施工難點等技術問題開展研究，解決被動式建筑應用的技術瓶頸；另一方面增加相關課程，培養批量的專業技術人才，普及被動式建筑的理念，建立健全被動式建筑全壽命周期體系，構建被動式建筑規劃、設計、建材、施工、監理、運營等形成全產業鏈。集群性打造被動式建筑產業體系，推動被動式建筑的發展[5]。

4.3 改變傳統觀念，帶動消費市場

隨著物質生活得到極大豐富的同時，人們對居住環境的要求越來越高。首先，加強示范工程的引領作用，提高居民的低碳環保意識。示范工程體驗可使消費者感受被動式建筑的健康、舒適、低碳、環保、節能等多重優勢，以點帶面的推動人們改變對被動式建筑的既有認知，形成一種綠色低碳的意識。此外，在樣板房中推動被動式建筑與VR/AR 技術相結合，提高可感知性。通過VR/AR 技術，可以通過高科技感受被動式建筑的應用，提高人們對被動式建筑的科普體驗感，直觀的感受被動式建筑的優越性，刺激居民的消費欲望，借此推動被動式建筑市場的發展。

4.4 加大被動式建筑宣傳和推廣力度

目前，被動式建筑產品的市場流通尚不活躍，存在開發商開發意愿和消費者認購意愿均不強烈的現象。這由于投資者和消費者對被動式建筑的認知存在一定的誤區，沒有考慮其在生命周期成本及居住體驗等方面的優勢。因此，急需加大對被動式建筑的宣傳和推廣。建議由政府牽頭舉辦被動式建筑相關產業的展覽會、博覽會、交流會等活動，供社會各方學習參觀。同時，積極利用互聯網優勢，快速、高效地向公眾宣傳推廣被動式建筑性能與優勢，營造良好的輿論氛圍。此外，通過在多地建造被動式低能耗建筑示范工程或體驗館，讓消費者切身感受到被動式建筑帶來的居住體驗優勢及節能優勢，增進人們對被動式建筑的了解，從而進一步增強市場需求，推動被動式建筑發展[6]。

4.5 完善相關標準及規范

由ISM 模型分析結果可知，相關標準和規范不完善直接影響部品和構件的標準化，進而導致被動式建筑施工困難及成本高等問題，這也是導致開發商開發意愿不強烈及市場擴展難度大的間接因素。推動被動式建筑規模化發展，首先要完善相關標準及規范。因此，借鑒國外發達國家被動式建筑相關標準，結合地方經濟、技術及自然環境特點，完善地方關于被動式建筑的相關標準體系及設計規范，是推動被動式建筑產業發展的重要措施。

4.6 完善被動式建筑質量認證和監管機制

當前需要進一步完善被動式建筑質量認證體系。被動式建筑質量認證標識會提升消費者的認可度，這對刺激市場需求、拓展市場十分有利。另外，加大對被動式建筑建造過程中的質量監管，確保從設計、施工到竣工的每個環節都符合節能減排標準，對推廣和發展被動式建筑至關重要[7]。

結語：

建筑行業的發展離不開能源的消耗和使用，建筑能源消耗過多、資源浪費嚴重等問題已經成為制約我國建筑行業可持續發展的主要問題。在雙碳背景下，為了滿足社會對節能環保的要求，被動式超低能耗建筑工程應運而生，并在我國很多地區得到了應用。被動式超低能耗建筑通過對氣候環境進行有效分析，再根據室內氣候環境合理進行保溫設計，以達到降低能源消耗、節約資源的目的。通過被動式超低能耗建筑工程的應用，可有效解決傳統節能建筑中存在的問題，例如資源消耗大、環境污染嚴重等。但是，我國被動式超低能耗建筑工程設計水平不高、技術水平不足，導致其應用效果不理想，因此必須加大對被動式超低能耗建筑工程設計技術的研究力度、提升技術水平、優化設計策略等，以促進被動式超低能耗建筑的可持續發展。