我國被動式超低能耗建筑的發展分析

周恒芳 宋麗偉 王衛玲

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，能源與環保問題日益凸顯。我國對節能環保日益重視，且人們對居住品質的要求也在不斷提高。在此基礎上，2008年被動式超低能耗建筑被引入我國。另外，近零能耗建筑、零能耗建筑、正能耗建筑也在逐步發展。本文主要對被動式超低能耗建筑的技術措施、實現難點進行論述，并全面闡述其在我國的發展現狀，為建筑業相關人員全面了解、學習被動式超低能耗建筑提供參考。

關鍵詞：被動式超低能耗建筑;節能環保;經濟舒適;技術措施

中圖分類號：TU201.5 ? ? 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2021）36-0083-04

Analysis on the Development of Passive Ultra-Low Energy ?Buildings in China

ZHOU Hengfang ? SONG Liwei ?WANG Weiling

（Zhongyuan University of Science and Technology， Zhengzhou Henan 450000）

Abstract：With the rapid development of China's economy，energy and environmental protection issues are increasingly prominent.China is paying more and more attention to the issue of energy conservation and environmental protection，and people's requirements for living quality are constantly improving.On this basis，passive ultra-low energy buildings were introduced into China in 2008.In addition，near zero energy buildings，zero energy buildings，positive energy buildings are also gradually developing.This paper mainly discusses the technical measures and implementation difficulties of passive ultra-low energy buildings，and comprehensively expounds the development status of passive ultra-low energy buildings in China，so as to provide reference for the construction industry related personnel to comprehensively understand and learn passive ultra-low energy buildings.

Keywords：passive ultra-low energy buildings;energy conservation and environment protection;economic and comfortable;technical measures

被動式超低能耗建筑是指適應氣候特征和自然條件，通過保溫隔熱性能和氣密性能更高的圍護結構，采用高效新風熱回收技術，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗，提供舒適室內環境，并能滿足綠色建筑基本要求的建筑[1]。被動式超低能耗建筑也稱為被動房，被動房是受保護的專業名詞，最早起源于德國，被動房是按德國Passivhaus翻譯的。通過技術措施，被動房將建筑供暖需求降低到15 kWh/（m2·a）以下，能有效實現建筑節能，并改善居住體驗感。

1 被動式超低能耗建筑的特點

被動式超低能耗建筑的主要特點是節能環保、經濟舒適。我國幅員遼闊，南北氣候跨度大。根據我國建筑熱工設計分區圖，我國共分為五個氣候區：北方的嚴寒和寒冷地區、中部的夏熱冬冷地區和南方的夏熱冬暖及溫和地區。北方地區普遍氣候干燥，風沙或灰塵大。近年來，北方城市霧霾現象較為嚴重，尤其是采暖季節。南方城市普遍多雨，濕度較大，夏季酷熱。中部的夏熱冬冷地區由于空氣濕度大，冬季濕冷。我國的供暖分界線位于北緯33°附近的秦嶺和淮河一帶，較多冬季濕冷的地區并無集中供暖，舒適度差。被動式超低能耗建筑能較好地解決居住舒適度的問題，并且節能環保、經濟性好。所以，我國建筑向被動式超低能耗建筑的轉變是必然的。

《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》（試行）（居住建筑）要求被動式超低能耗建筑能耗指標及氣密性指標如表1所示。

根據規范要求，超低能耗建筑室內溫度：冬季≥20 ℃，夏季≤26 ℃;相對濕度：冬季≥30%，夏季≤60%;新風量≥30 m2/（h·人）。

為實現節能環保、經濟舒適的目標，被動式超低能耗建筑的技術措施主要有以下六點。

1.1 高標準的外圍護結構保溫

被動式超低能耗建筑類似我們平時用的保溫杯，必須有高標準的外圍護結構保溫，才能保證居住空間內部恒溫恒濕。外圍護結構保溫不僅指外圍護墻體的保溫，還包括地面及屋頂的保溫。只有通過連續、密閉的外圍護結構保溫，才能使室內環境與外界處于隔離狀態，避免能量損失。

被動式超低能耗建筑外圍護結構保溫與傳統建筑的外保溫不同。傳統建筑的外保溫有固定的做法，保溫層厚度及外墻厚度不需要計算。而被動式超低能耗建筑外圍護結構保溫層厚度及墻體厚度必須依據規范選取當地的氣候參數，依靠軟件經過多次詳細的計算比較，才能確定出最佳的保溫層厚度及外墻厚度。

以河北新華幕墻公司被動式超低能耗辦公樓項目為例，外墻做法（由內而外）為：

①250厚加氣混凝土砌塊墻[導熱系數0.180 W/（m·K）]

②260厚混凝土砌塊

③6厚DPE抹灰砂漿

④200厚XPS保溫板[導熱系數0.030 W/（m·K）][2]

1.2 高性能的門窗

被動式超低能耗建筑要求建筑物內部的環境穩定，與外界環境隔離，內部能量盡量不消耗。而在普通建筑中，透過門窗的散熱損失占整個外圍護結構能量損失的50%左右[3]。這就要求必須降低門窗的傳熱系數（K值），必須采用高性能的門窗。建筑物的整體能耗指標的實現需要多次優化調整窗墻比、窗戶玻璃層數、厚度等影響K值的因素，選擇與外界氣候條件相匹配的門窗。高性能的門窗不僅要滿足高保溫、高氣密性的要求，在安裝施工時還要進行無熱橋設計。為了實現這些目標，不僅對窗戶的材質有要求，而且門窗的外形設計與制作、門窗的安裝位置及安裝方式、五金配件的選擇、施工質量及檢測等都會對門窗的性能有影響。

高性能的窗戶多采用3玻2腔的玻璃，面積較大時窗戶較重。在設計中的一些構造做法也與普通窗戶有所不同，在窗戶四周需要設置抱框柱、窗臺梁及窗上過梁。

1.3 良好的氣密性

要實現被動式超低能耗建筑節能環保、經濟舒適等功能，良好的氣密性是關鍵因素之一，良好的氣密性能最大限度地減少室內外氣體的交換速度。氣密性數據是唯一通過現場環境檢測確定的，以此來判別建筑物是否滿足被動式超低能耗建筑的要求。良好的氣密性取決于建筑物體型的設計、外圍護結構保溫及高性能門窗的質量，一方面是所用材料的質量，另一方面是施工的質量。整體的施工必須精細化，尤其一些細部節點的處理。因此，在施工材料的選用、施工方法及工序的選定、驗收標準等方面都必須嚴格把關。

氣密性的要求應該落實到房屋建設的全過程中，與氣密性相關的分部工程有腳手架工程、混凝土工程、砌體工程、屋面工程、地面工程、門窗安裝工程、電氣工程、暖通工程、給排水工程，幾乎貫穿施工全過程。

1.4 無熱橋設計及施工

熱橋會造成建筑物內部能量損失，影響建筑物的節能效果。因此，在被動式超低能耗建筑中須進行無熱橋設計及施工。這一目標的實現，需要建筑設計中各專業的配合，嚴格遵守《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》（試行）（居住建筑）中，即避讓原則、擊穿原則、連接規則、幾何規則。

首先，建筑專業應選擇有利的建筑體型，不要選用過多轉折及帶銳角的建筑平面，建筑立面中不要選用較多的外挑或內收。其次，結構專業與設備專業應密切配合，在前期應充分了解場地情況，基礎設計要與供暖方案結合考慮。較大外挑處的結構設計應該與建筑專業充分溝通，比如秦皇島“在水一方”C區采用懸挑處陽臺板與主體結構斷開的措施，減少熱橋效應。在施工圖設計過程中，應與設備專業密切配合，優選外部主體結構、圍護墻體中開設孔洞的位置。最后，施工過程中應注意對工人關鍵節點施工的培訓，嚴格保證施工質量。

1.5 高效的新風熱回收系統

被動式超低能耗建筑室內的空氣新鮮，而且室內的溫度、濕度基本恒定。無論是在炎熱的夏季還是寒冷的冬季，要保證室內環境溫度、濕度恒定，高性能的保溫及良好的氣密性是必要條件，以隔絕外部環境的影響，避免室內能量的損失。另外，還需要加裝能源環境一體機，即采用新風系統來解決新鮮空氣的問題。普通建筑應用的新風系統類似于換氣扇，能置換出新鮮空氣，用于凈化空氣的過濾芯是已有的產品，但會將夏天房間里的冷氣、冬天房間里的熱氣帶出去，造成能量損失。要解決這個問題，必須在新風系統里加入熱交換芯，這也是新風系統中最重要的部分。通過熱交換芯，室外的寒冷空氣會吸收排出去的室內空氣的熱量，使室外空氣“加熱后”再進入，避免了能量損失。另外，新風系統中的熱交換材料還要能解決濕度恒定的問題，也就是夏天室外空氣中的濕氣進不來，冬天室內的濕氣出不去。只有高效的新風熱回收系統才能解決這些難題。

1.6 可再生能源的充分利用

被動式超低能耗建筑能充分利用可再生能源，如太陽能、地熱能、風能、水能等，需要結合建造地點的實際情況，合理選擇可再生能源，其核心理念是建筑需要充分吸收大自然所提供的“養分”。建筑是建造在自然環境中的，不能將建筑視為一堆鋼筋混凝土的人類科技合成物，要與當地的氣候、人文環境充分結合，充分利用人類幾千年的智慧和生活經驗，打造出低碳環保、舒適宜居的建筑。已建成的被動式超低能耗建筑充分考慮了可再生能源的利用，比如位于河南省鄭州市的中原地區首個被動式超低能耗示范項目“五方科技館”，采用了地源熱泵、太陽能光電技術、太陽能光熱技術等可再生能源技術。

2 我國被動式超低能耗建筑的發展現狀

我國在經濟快速發展的同時，一直重視環保節能。在能源消耗方面，建筑行業耗能比重較大。我國新建建筑物面積逐年增大，能源消耗也在逐年增加，其所占比例為社會總能源消耗量的30%[4]。20世紀80年代初，原建設部開始組織開展建筑節能工作，并發布了一系列的標準及規范。1986年8月1日，針對民用建筑，我國發布了《民用建筑節能設計標準》（采暖居住建筑部分）（試行JGJ 26—1986）;針對公共建筑，我國在2005年4月4日發布了《公共建筑節能設計標準》（GB 50189—2005）。2015年末，我國建筑節能“三步走”戰略完成。嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計達到20世紀80年代建筑節能65%的水平，全國范圍公共建筑節能設計達到相對于20紀80年代建筑節能65%的水平。

盡管我國較早已經提出了建筑節能環保的要求，也有綠色建筑認證，但被動式超低能耗建筑在我國的研究較發達國家晚。被動式超低能耗建筑在我國的發展歷程如下。

2008年，住建部與德國能源署合作，從德國引進了被動房。2010年，在我國建成了第一個被動房“德國漢堡之家”。

2012年，建成了河北秦皇島“在水一方”、黑龍江哈爾濱“溪樹庭院”等被動式超低能耗建筑示范工程。

2013年，建成了中國建筑科學研究院近零能耗建筑等示范工程。

2015年，住建部頒布《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》（試行）（居住建筑），成立了三個被動式超低能耗建筑聯盟。

2016年，國務院發布《“十三五”節能減排綜合工作方案》，提出開展超低能耗及近零能耗建筑試點。

2018年，世界規模最大的被動式建筑綜合社區——河北“高碑店·列車新城”項目獲得了我國首個PHI區域預認證。

2019年，住建部頒布《近零能耗建筑技術標準》（GB T 51350—2019）。河北省成功舉辦第23屆國際被動房大會，這是大會首次走進亞洲、落地中國。

我國被動式超低能耗建筑已經發展了十幾年，國內被動式超低能耗建筑也已覆蓋到多個省、自治區、直轄市。北京、河北、山東、浙江、新疆、福建、青海、湖南、江蘇、遼寧、內蒙古、黑龍江、四川、河南、天津等地均已建成被動式超低能耗建筑，我國被動式超低能耗建筑已經發展到了一個新的階段。其中，河北省的被動式超低能耗建筑建設規模位居全國第一。截至2021年8月30日，河北省累計建設被動房項目182個、建筑面積530.88萬m2。

被動式超低能耗建筑之所以能被引進到我國，主要是因為其能夠有效解決能源浪費的問題，而且居住體驗良好。為了全面推廣被動式超低能耗建筑，從中央到地方都給予了大力支持。其中，《河南省節約能源條例》第二十六條提到“鼓勵建設超低能耗建筑和近零能耗建筑”，河南省第一個從法規層面提出了推進超低能耗建筑發展。

3 被動式超低能耗建筑在我國建設中的難點

被動式超低能耗建筑在我國推廣實施的過程中遇到了很多難題，這也是阻礙其在我國迅速發展的原因。

3.1 氣候、生活習慣不同

被動房最早源于德國，德國冬季沒有我國北方寒冷，夏季沒有我國南方潮濕。整體來說，比起我國南北氣候差異大的現狀，德國境內各地溫度比較接近。因此，被動式超低能耗建筑在我國全面推廣難度較大，必須結合當地氣候特征，確定適合當地建設的技術指標。

在德國，大多數居民是一家人居住在一棟單體別墅中，只用考慮整棟別墅的外墻保溫，不用考慮內隔墻及樓上樓下分戶的問題。而我國除了農村，基本居住的都是單元樓，多、高層建筑較為普遍。一棟樓居住人員較多，單元戶門開啟比較頻繁，甚至是完全敞開的;而且住戶入住的時間不一致，有的住戶房屋一交付裝修完就入住，有的住戶兩三年甚至多年后才入住。到了采暖季，如果隔壁的房屋是空置的，沒有采取采暖措施，有人居住的住戶室內的熱量會損失，這也會影響住戶居住的舒適性。

中國人和德國人的生活習慣不同，中國人喜歡開窗通風，想改變這些習慣還需要一個引導適應的過程。另外，中國人喜歡煎炒油炸，所以油煙會很大，開放式廚房不適合在被動式超低能耗建筑中出現。盡管我國在《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》中對廚房通風有補風的要求，但在已建成的被動式超低能耗建筑中使用時發現，廚房的空氣流動大，會有集中的氣流吹到身體上，引起不舒適的感覺。這一系列的問題都有賴于后續研究解決。

3.2 缺少精細化施工和管理專業人員

被動式超低能耗建筑的施工不存在尖端技術，需要嚴謹的施工技術、高標準的施工要求，以保證各分部分項工程的施工質量。目前，具有被動式超低能耗建筑豐富施工經驗的施工企業在我國是嚴重缺乏的。想要建造出節能環保經濟的建筑，需要對建設方、施工方、監理人員進行全面的被動式超低能耗建筑施工驗收的培訓，尤其是細部施工技術措施。在德國，建設方會確定一個設計、施工經驗豐富且已獲得認證的項目負責人，負責項目全過程建設，包括前期培訓、質量檢驗、施工指導及驗收，對施工質量完全負責。

3.3 相關產品、設備及配件材料要求高

被動式超低能耗建筑對圍護墻體的保溫材料、門窗、新風設備及細部節點施工處的配件的質量要求很高。目前，我國可以自行生產絕大部分建設被動式超低能耗建筑的產品，部分技術要求較高的產品仍以進口為主。如果我國要全面推廣被動式超低能耗建筑，原有的建筑產品是滿足不了需求的。因此，眾多廠家的轉型發展將是必然的。這一切需要政府部門的積極引導，并且需要專業人員做必要的技術指導。

3.4 前期建設費用的增加

被動式超低能耗建筑的經濟性體現在全生命周期的使用過程中。初期建設過程中，由于外保溫、氣密性的高要求，及高效的新風設備和無熱橋施工的要求，使建設成本增加。目前，由于國家政策的大力支持，建設被動式超低能耗建筑是有政府補貼的;而且對被動式超低能耗建筑所占面積有強制要求。

4 結語

隨著我國脫貧攻堅任務的順利完成，我國又宣布了碳達峰、碳中和的戰略目標，推動建筑的節能減排勢在必行，全面推廣被動式超低能耗建筑是世界范圍內的統一趨勢。從2008年引進德國被動房至今，國內的被動式超低能耗建筑在全國各地已初具規模，國家及部分地方的標準體系也初步建立，部分創新技術也取得了一定的研究成果，已建成的被動式超低能耗建筑也具有節能環保、經濟舒適的特點。為了守護碧水藍天，共創美好生活，所有建筑業從業人員應不遺余力，為被動式超低能耗建筑在我國的進一步推廣而努力。

參考文獻：

[1] 住房城鄉建設部.被動式超低能耗綠色建筑技術導則（試行）（居住建筑）[S].北京：中華人民共和國住房和城鄉建設部，2015.

[2] 田山明.河北新華幕墻公司被動式超低能耗建筑項目總結[C].河北高碑店：第四屆全國被動式超低能耗建筑大會，2017：197-198.

[3] 齊蓓，黃衛.如何保證被動式低能建筑系統門窗的氣密性能[C].河北高碑店：第四屆全國被動式超低能耗建筑大會，2017：72-86.

[4] 清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.