發(fā)展中的被動房

金文

被動房的具體定義

被動房是被動式節(jié)能房屋的簡稱，也叫被動式建筑，因為名稱接近，很多人對于被動式建筑和裝配式建筑會產(chǎn)生混淆，裝配式建筑只是建筑的一種建造形式，與現(xiàn)在的鋼筋混凝土現(xiàn)澆的建造方式不同，是采用現(xiàn)場組裝的。被動式建筑則是建筑建造完成以后具有卓越的節(jié)能效果，但被動式并不同于節(jié)能建筑等相關(guān)概念，節(jié)能建筑是指遵循氣候設(shè)計和節(jié)能的基本方法，對建筑規(guī)劃分區(qū)、群體和單體、建筑朝向、間距、太陽輻射、風(fēng)向以及外部空間環(huán)境進行研究后，設(shè)計出的低能耗建筑。節(jié)能建筑的定義同時也由一些門窗面積比以及墻體傳熱系統(tǒng)等相關(guān)指標(biāo)來規(guī)定。而被動式建筑則是完全不采用任何主動式措施及外來人工輔助能源，完全依靠自身的建筑構(gòu)造體系及建筑布局來達(dá)到四季舒適的目的。

被動房的概念適用于世界各地，無論寒冷地區(qū)還是溫暖地區(qū)都可建設(shè)被動式房屋，其基本的方式是一致的。依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，房屋的建筑結(jié)構(gòu)材料的用量會有些差異。在寒冷地區(qū)關(guān)心的是墻體厚度，保溫層厚度。而在炎熱地區(qū)更關(guān)心的是制冷方法，例如遮陽、窗戶通風(fēng)以保證在夏天也能保持舒適的室內(nèi)環(huán)境。任何被動式房屋的個性特點都要依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進行優(yōu)化。

在不同地區(qū)直接拷貝應(yīng)用是不可行的。因為每個地區(qū)都有自身的建筑傳統(tǒng)，有自身特有的建筑材料，例如海南當(dāng)?shù)赜幸环N用來制作房蓋的草，該草具有防腐、抗?fàn)€、遮陽效果特別好（太陽曬不透）、廉價等特性，完全可以達(dá)到被動式房屋的要求。每個地區(qū)都有自身的氣候條件。故此，被動式房屋的建造，要充分利用當(dāng)?shù)氐馁Y源，當(dāng)?shù)氐慕ㄖ鹘y(tǒng)。在不同地區(qū)的建造有成本分析，計算投入的成本（建筑成本）與每年可節(jié)省的資源費用（油、電、氣等），可以預(yù)計節(jié)省的費用多少年可以補回多投入的成本。例如在斯德哥爾摩以北80公里的奧克什貝里亞建造的被動式房屋，它的PHPP軟件計算供熱值為14.6 kWh/㎡.a，而此建筑如果放在慕尼黑只需要一半的供熱就夠了。

我國規(guī)定在長江以南的建筑是普遍沒有集中供暖的，采暖線的劃分正是因為建國初期國內(nèi)能源短缺，缺少供暖南方的冬天室內(nèi)環(huán)境較差，凍傷較為常見，而被動式房屋追求的是，在低耗能的條件下，得到極為舒適的生活環(huán)境。保溫窗、隔熱外圍護、熱回收裝置是被動房的主要組成部分，從外表看，它和一般建筑沒什么區(qū)別，所以被動式房屋只是一個標(biāo)準(zhǔn)，并不是一個工藝方法。

被動房雖然與綠色建筑同樣都強調(diào)建筑節(jié)能，但兩者也有不同，綠色建筑的定義是建筑的全生命周期都要達(dá)到節(jié)地、節(jié)水、節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，即綠色建筑對于建造過程也有著相應(yīng)的節(jié)水、節(jié)能要求，而被動房則沒有。因此綠色建筑包含被動房，但被動房并不一定是綠色建筑，不過按照2015年發(fā)布的《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》要求，被動式建筑至少要滿足《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》一星標(biāo)準(zhǔn)。

被動房的起源一艘船

被動房最初是指在寒冷的氣候條件下，建筑不需要采暖設(shè)備，僅通過太陽能、人體的熱量和圍護結(jié)構(gòu)保溫實現(xiàn)較舒適的室內(nèi)環(huán)境。最初并沒有嚴(yán)謹(jǐn)、完整的定義，但這一想法由來已久。

按照該理念實現(xiàn)的第一件作品是1883年在挪威建造的弗拉姆（Fram）號極地考察船。這艘長35米，用橡木建造的考察船，載重量為800t，配有三桅風(fēng)帆和220馬力的柴油動力螺旋槳，曾是當(dāng)時世界上深入極地最遠(yuǎn)的考察船。

在南極、北極極度寒冷氣候條件下，該船不需要開啟采暖火爐，即可保持船體內(nèi)較為舒適的溫度。

實現(xiàn)這一效果主要依靠優(yōu)秀的保溫構(gòu)造，船壁和甲板構(gòu)造厚度達(dá)40～50厘米，由多層材料組合而成，包括木材、植物纖維、動物纖維等等，窗戶由3層玻璃構(gòu)成。如今，這艘船作為一座博物館在奧斯陸被保護下來。

在歐洲寒冷地區(qū)，建造一棟不用采暖就能過冬的房子，對很多人來說是夢想也是挑戰(zhàn)。20世紀(jì)在北歐和英國，有建筑師、工程師小范圍地嘗試建造不用采暖設(shè)備就可以過冬的住房。

1973年，位于哥本哈根的丹麥科技大學(xué)建造了一棟試驗性被動房建筑，實際上它還沒有達(dá)到被動房的水平，只能被稱作低能耗建筑，但它為后來被動房技術(shù)體系的完善積累了寶貴的經(jīng)驗。在與國外專家交流時，我得知他們當(dāng)時做了很多奇特的設(shè)想，比如在房子外面做上玻璃房，白天最大限度接受太陽輻射熱，將墻體、地面、家具等物體加熱，夜晚用類似被子的東西將玻璃房蓋上，以避免熱量散發(fā)，保持室內(nèi)溫度。此外，還有各種復(fù)雜、巧妙地閥門裝置，使玻璃房白天接受的太陽能熱量，傳導(dǎo)到起居室、臥室。此類的措施還有很多，總而言之就是想通過各種辦法達(dá)到被動房的標(biāo)準(zhǔn)，但最終并沒能實現(xiàn)。原因有很多，比如早期的被動房實踐暴露出許多問題，缺少高性能窗戶，人們沒有意識到建筑氣密性的重要性，不少項目采用了復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備和構(gòu)造機關(guān)，使建筑后期使用圍護復(fù)雜且成本高。為減少熱能損失，必須提高建筑氣密性，提高氣密性就必須通過新風(fēng)系統(tǒng)保證室內(nèi)空氣質(zhì)量，而根據(jù)當(dāng)時的技術(shù)，僅維持室內(nèi)新鮮空氣一項就需要35kWh/㎡·a的電能，高于現(xiàn)代被動房采暖能耗標(biāo)準(zhǔn)的2倍以上，由此進行一個死循環(huán)，無法達(dá)到設(shè)想的被動房標(biāo)準(zhǔn)。雖然可以實現(xiàn)冬天不采暖生存下去，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足人所需要的室內(nèi)舒適度。

人們在不斷摸索，嘗試各種技術(shù)組合，進行理論研究、模擬計算，直到1988年瑞典隆德大學(xué)（Lund University）的阿達(dá)姆森教授（Bo Adamson）和德國的菲斯特博士（Wolfgang Feist）在共同進行的低能耗建筑研究項目過程中，首先提出完整的“被動房”建筑技術(shù)體系，找到了被動房的最佳技術(shù)組合。

1990年，在菲斯特博士的參與下，達(dá)姆施塔特克蘭尼斯坦區(qū)（（Darmstadt-Kranichstein）成功建造了世界上第一棟被動房試驗建筑。這是一座4戶連排私人投資建設(shè)的住宅，每戶156平方米，建筑師是Bott/Ridder/Westermeyer設(shè)計公司。項目受到德國黑森州政府的資助，這座被動房非常成功，至今一直有4個家庭居住在里面，多年實際運行監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，其采暖能耗小于12kWh/㎡.a。

通過節(jié)能技術(shù)，被動房基本不需要傳統(tǒng)的冬季集中采暖和夏季空調(diào)制冷，就可以讓室內(nèi)溫度常年保持在20～26℃，濕度保持在30%～60%，室內(nèi)空氣清新，沒有噪聲干擾，實現(xiàn)“恒溫恒氧恒濕低噪”，在為人們提供舒適和健康室內(nèi)環(huán)境的同時，大大地降低了建筑能耗（公共建筑再節(jié)能60%以上，居住建筑再節(jié)能80%以上），是真正意義上的可持續(xù)建筑。

如果把被動房結(jié)合上更多的太陽能發(fā)電設(shè)備，那么也就實現(xiàn)了“近零能耗”的房屋，因為沒有誰愿意住在一個沒有冰箱和電視的房子里，因此需要太陽能來作為能源補充。

被動房在我國的發(fā)展

被動房在中國的首次出現(xiàn)，以及完整的被動房概念開始見諸于中國諸多媒體，最早可以追溯到2010年的上海世博會。作為上海的友好城市，即德國最大的港口城市漢堡，把經(jīng)過認(rèn)證的名為“漢堡之家”的被動房作為世博會的禮物贈送給上海，不過當(dāng)時國內(nèi)對于被動房仍舊就是知之甚少。

2013年元月秦皇島“在水一方”中德合作被動房示范項目的竣工，可以說從這個項目開始，被動房才真正引起業(yè)界的足夠重視了。這個項目是在德國能源署的技術(shù)支持下，在住房城鄉(xiāng)建設(shè)部的資助和指導(dǎo)下，由秦皇島五興房地產(chǎn)公司來具體組織實施的，應(yīng)該說這是一個真正由中國人自己建造的本土被動房。而且，從層高方面看，也算得上是世界上最高的被動房了。因為一般國外的被動房基本都是在5層以下的低層被動式建筑，很少有18層高的建筑。

在水一方C區(qū)是中德合作“被動式-低能耗住宅”示范項目，總建筑面積80344平方米，一期四棟C12#、C13#、C14#、C15#樓于2012年3月28日開工建設(shè)，建筑面積28050平方米。2012年10月項目主體封頂。2012年底，C15#樓樣板間裝修完成。2013年1月，對六間樣板間進行溫度、濕度、二氧化碳含量、房屋氣密性、熱工性能及熱回收通風(fēng)空調(diào)一體機熱回收率等各項測試，測試結(jié)果達(dá)到德國被動房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

2013年2月16日，兩個家庭分別入住C15#東、西兩套體驗房進行為期一年的居住測試體驗。經(jīng)過前半年居住測試，室內(nèi)溫度、相對濕度、二氧化碳含量、噪音、風(fēng)速、能耗等內(nèi)測試的結(jié)果均符合德國被動房屋標(biāo)準(zhǔn)。

“被動式-低能耗住宅”與我國現(xiàn)行65%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的建筑不同，不僅對于圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)有著嚴(yán)格的要求，在控制熱橋、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、噪音處理、熱回收效率等現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)未做明確要求的方面，也提出了科學(xué)高效的解決方案。

與傳統(tǒng)節(jié)能建筑相比，“被動式-低能耗住宅”具有諸多優(yōu)點：改變建筑節(jié)能設(shè)計理念，取消傳統(tǒng)的供熱（制冷）系統(tǒng)，用極少的能量即可滿足供熱（制冷）需求;減少二氧化碳排放，有效改善空氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境;能提供適合人體需求的室內(nèi)溫度、濕度和安靜的空間，并保持室內(nèi)空氣質(zhì)量，二氧化碳含量不超過1000PPM（0.1%），確保居住環(huán)境舒適?！霸谒环健盋區(qū)項目采用圍護結(jié)構(gòu)的保溫系統(tǒng)使熱量傳導(dǎo)的損失和通風(fēng)系統(tǒng)中的熱損失最小化，年供暖能耗每平方米可節(jié)約30.53千瓦時，每年將節(jié)約標(biāo)煤998噸，節(jié)省制冷采暖費用198萬元，減排二氧化碳2595噸。

秦皇島“在水一方”示范項目，通過了中德兩國政府組織的專家驗收，被認(rèn)為達(dá)到了德國被動房的標(biāo)準(zhǔn)，而且在成本控制上也實現(xiàn)了每平方米不超過600元的設(shè)計目標(biāo)。秦皇島項目的示范和帶動效應(yīng)巨大，引起了上下游產(chǎn)業(yè)的關(guān)注和行動。

相較于歐洲各國幾十年的建筑節(jié)能經(jīng)驗，我國雖然起步較晚，但發(fā)展勢頭迅猛，自2013年開始探索被動式超低能耗建筑以來，中國先后與德國、美國等國家在秦皇島、北京、哈爾濱、青島、珠海等地合作建設(shè)被動式超低能耗建筑項目，并取得了相當(dāng)不錯的進展。

在國家層面上，國務(wù)院及各部委多次印發(fā)方案和通知，要求推廣建筑節(jié)能技術(shù)，開展超低能耗及近零能耗建筑試點，并多次發(fā)布技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2017年3月，住建部發(fā)布《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展十三五規(guī)劃》強調(diào)，“推進建筑節(jié)能和綠色建筑發(fā)展是落實國家能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略的客觀要求”，并要求到2020年，建設(shè)超低能耗、近零能耗建筑示范項目1000萬平方米以上。“十二五”期間我國已成功實施了被動房節(jié)能減排示范項目。到目前為止，獲得國際水平認(rèn)證（PHI）的示范項目已接近20個，獲得國內(nèi)認(rèn)可項目的企業(yè)近百家，民間自行建造的被動式低能耗項目千余家。被動房技術(shù)在中國的發(fā)展儼然已經(jīng)步入快速通道。

就在今年，第23屆世界被動房大會將在河北高碑店舉辦，由河北奧潤順達(dá)承辦。位于高碑店的列車新城是目前全球規(guī)模最大的被動式建筑住宅項目，其在建造標(biāo)準(zhǔn)上對標(biāo)的是德國的海德堡列車新城，是中國被動房技術(shù)實踐的一大成果。

被動房的未來

我們應(yīng)該看到被動房是未來建筑節(jié)能發(fā)展的一個方向，這給我們的門窗、新風(fēng)產(chǎn)品指明了發(fā)展方向。從目前被動房的建造經(jīng)驗來看，被動房的實現(xiàn)需要配備高質(zhì)量的門窗、保溫材料、高效新風(fēng)系統(tǒng)的等產(chǎn)品，如果要實現(xiàn)“近零能耗”則還需要配置太陽能、熱泵等新能源。這些產(chǎn)品如今都已經(jīng)能實現(xiàn)國產(chǎn)化，并且都有實際應(yīng)用案例。

被動房的高造價是其推廣的最大阻力，從純經(jīng)濟角度計算，被動房所節(jié)省的電費與其造價相比是微不足道的，但我們也應(yīng)該看到其整體社會效應(yīng)，建筑作為社會能耗的消費大戶，建筑節(jié)能是事在必行的，目前的各種節(jié)能政策和要求已經(jīng)很說明問題了，節(jié)能環(huán)保是大勢所趨，對于當(dāng)前我們已經(jīng)相當(dāng)惡劣的生活環(huán)境而言更是迫在眉捷。

被動房的發(fā)展將給我們的門窗、新風(fēng)、建筑光伏等諸多行業(yè)帶來發(fā)展機遇，也給我們帶來了發(fā)展挑戰(zhàn)，即如何進一部降低產(chǎn)品的造價。我們可以做出高性能的被動門、被動窗、高效新風(fēng)，但能不能做出價格適中的產(chǎn)品則是相當(dāng)困難的，需要進一步提升我們的技術(shù)。如果這些實現(xiàn)被動房的關(guān)鍵產(chǎn)品成本下降，那么被動房將會更為普遍的存在。

【文獻標(biāo)識碼】D

【文章編號】1671-3362（2019）05-0020-04