碳中和目標下被動式超低能耗建筑的發展

唐艷曉 山東恒信建筑設計有限公司

馬艷順 山東恒信建筑設計有限公司

能耗較高是建筑業比較突出的一個問題，其涉及的資源類型主要包括電能、熱能、燃氣、水資源等。為實現節能、減排，建筑業發展過程中應積極開發、引進各種先進技術，致力于推動綠色建筑建設。被動式超低能耗建筑具有能耗較低、污染較小的特征，大力發展被動式超低能耗建筑已經成為建筑業的一項重要任務。

1 被動式超低能耗建筑概述

被動式超低能耗建筑指的是采取被動式節能措施的一種綠色建筑，常用的被動式節能措施主要包括以下幾點。

1.1 優化圍護結構

建筑的圍護結構體系包括門窗、屋面以及外墻等，被動式節能主要通過提高圍護結構體系的耐候性、保溫性能來達到降低能耗的效果。在建筑中，門窗的主要作用是便于采光、通風，異型窗、大落地窗在建筑中得到了廣泛應用，窗戶數量較多，面積較大。如果使用傳統玻璃窗戶，室內熱量便會快速消散，同時窗洞口、窗框之間的連接處容易出現熱橋。同時，被動式節能主要通過合理控制門窗大小和數量，對門窗材料進行合理選擇，來提高門窗的氣密性，預防熱橋現象[1]。

例如，斷橋鋁合金窗便是一種新興門窗材料，目前在建筑中得到了越來越多的應用，其主要利用PA66 尼龍材料，使室內外兩層鋁合金既隔開又緊密地連接成一個整體，如圖1 所示，可有效預防熱橋現象。

圖1 斷橋鋁合金窗

對于屋面而言，被動式節能主要是對屋面的材料、施工工藝進行合理選擇，達到提高屋面性能的目的。

例如，可以采用金屬屋面，其是由金屬底板、石棉、玻璃棉、鋼結構等材料，建造屋面金屬板、防潮隔汽膜、防水透氣膜等，提高屋面的隔熱保溫性能、防滲漏性能，同時使用壽命較長；可以采用倒置式屋面，將倒置式屋面與具有良好防水性能的保溫材料結合起來，起到理想的防水、隔熱保溫效果，同時將防水層與保溫層有機結合起來，延長防水層的使用期限，避免頂樓漏水等現象的發生；還可以在屋面設置淺色飾面，相關調查顯示，坡屋面的淺色飾面太陽輻射吸收率不高于0.7，平屋面的淺色飾面太陽輻射吸收率不高于0.5，可達到降低屋面溫度的效果，有利于降低能耗。

對于外墻而言，被動式節能主要選擇由保溫材料制成的外墻，并做好外墻的密封處理，從而達到減少熱量流失、降低能耗的目的。

1.2 合理的空間規劃

被動式節能通過對建筑進行合理的空間規劃，可達到節能的效果。對建筑所在地區的地質條件、地形地貌以及周圍環境等進行全面考慮，以降低施工難度、節約資源為目標，選擇施工便利、地質條件較好、周圍環境不復雜的區域，以減少建設成本，達到節能的目的。根據當地的風向、陽光照射高度等因素合理確定建筑的朝向。我國的建筑朝向通常為“坐北朝南”，即使建筑與夏季主風向的角度低于45°，且與冬季的主風向分離，也可起到“冬暖夏涼”的效果。在夏季時，可用建筑物遮陽，減少制冷消耗的能源；冬季日照條件較好，起到采暖效果。

1.3 科學的建筑布局

被動式節能是在充分考慮建筑通風、采暖要求的基礎上，結合當地的太陽光輻射、風向等因素，根據不同房間的需要對戶型進行合理確定，來實現對太陽光的有效應用。被動式節能也比較重視細節問題，如針對入戶門應注意避免冬季寒風入侵；針對走廊應與房間進出口對應，以確保通風良好，節約建筑面積。合理的戶型設計可起到節能的效果，還有利于改善居住體驗。被動式節能是對當地氣候條件、建筑安全性、能源利用率進行充分考慮，合理選擇建筑布局形式。自由式布局也就是前后錯列排布，通風效果相對較好；行列式布局則更加規則、有序[2]。

1.4 應用可再生能源

應用可再生能源是被動式節能的主要方法之一。目前，建筑領域常用的可再生能源包括以下兩種。一，地源熱泵。位于夏熱冬冷地區的建筑，冬季熱負荷低于夏季冷負荷，通過使用地源熱泵系統可達到理想的效果，且能減少能耗。二，太陽能光熱。例如，可設置分散集熱—分散供熱太陽能熱水系統，將儲熱水箱與太陽能集熱器連接起來，并在儲熱水箱中安裝電加熱裝置，以滿足廚房、衛生間等功能空間的熱水需求。

2 被動式超低能耗建筑的發展路徑

2.1 開展本土化改造

被動式超低能耗建筑的概念起源于德國的“被動房”，而我國與德國之間存在明顯的差異。德國的溫差不大，而我國地域遼闊，南北方氣候存在較大的差異。基于此，我國在引進被動式超低能耗建筑之后，應當結合不同地區的實際情況，合理制定被動式超低能耗建筑建設技術指標，以便為被動式超低能耗建筑在全國推廣奠定良好的基礎[3]。德國的大多數居民是一家人居住在一棟單體別墅中，因此德國的被動房僅需要考慮外墻保溫，無需考慮樓上樓下分戶、內隔墻等問題。而我國大多數城市的建筑為單元樓，以多層建筑為主，且高層建筑所占據的比例越來越大。

對我國單元樓的實際情況進行分析，具有以下幾個特征：單元戶門通常需要頻繁開啟或者完全敞開；一棟樓居住的人員數量較多且入住時間不一，一些住戶是交付裝修完便入住，也有住戶是多年后入住。這就要求我國的被動式超低能耗建筑必須充分考慮樓上樓下分戶、內隔墻等方面的問題。采暖季時，有人居住的住戶采取了采暖措施，正常情況下室內舒適性較高，但如果隔壁無人入住、未采取采暖措施，勢必會導致熱量在一定程度上損失，影響室內舒適度。

除此之外，中國與德國之間存在明顯的文化差異，兩國人民的生活習慣也完全不同。在我國，人們習慣于開窗通風，會導致室內熱量散失；煎炒油炸是中國菜的基本烹飪方法，但會產生大量的油煙，因此德國被動房的開放式廚房不宜在中國被動式超低能耗建筑中使用。面對上述問題，我國在推廣被動式超低能耗建筑的過程中不可盲目借鑒德國被動房的做法，而是應該進行本土化改造，使被動式超低能耗建筑切實符合我國的實際情況，為實現被動式超低能耗建筑在我國的推廣應用奠定良好的基礎。

2.2 增強科研力量

傳統粗放式的經濟發展模式，是以犧牲環境為代價來發展經濟，導致環境污染問題日益加劇，甚至威脅人類生存。當前，全世界都在呼吁保護環境，環保已經成為當代的主題與焦點之一。這樣的背景下，被動式超低能耗建筑在我國有著良好的發展前景。但與普通建筑相比，被動式超低能耗建筑對施工材料的要求較高，如門窗、外墻保溫材料、新風設備等[4]。經過多年來的發展，被動式超低能耗建筑建設過程中所需要的產品，絕大多數在我國都可以自行生產，但一些技術要求較高的產品仍然依賴進口。為實現被動式超低能耗建筑在我國的全面推廣，應增強科研力量，擺脫進口依賴。

2.3 加大政策支持

經濟性是所有工程項目建設過程中必須考慮的一個因素，被動式超低能耗建筑經濟效益的高低決定著其是否能夠取得開發商的青睞，能否在我國得到全面推廣。實踐證實，被動式超低能耗建筑作為一種綠色建筑，其經濟性體現在全壽命周期內對資源的節約上。在被動式超低能耗建筑的初期建設時，由于其在門窗氣密性、外墻保溫、無熱橋施工等方面的高標準、高要求，因此需要花費大量的資金。面對這樣的情況，政府應加大對被動式超低能耗建筑的政策支持，嚴格落實政府補貼，更好地推動被動式超低能耗建筑的發展。

2.4 培養專業人才

被動式超低能耗建筑與普通建筑相比，在施工技術方面沒有太大的差異，很少涉及尖端技術，但是為確保施工質量，被動式超低能耗建筑施工中對施工標準的要求較高。在我國，由于被動式超低能耗建筑的發展時間較短，因此大多數施工企業缺乏經驗，這就給被動式超低能耗建筑的發展帶來的一定的阻礙。在德國的被動房建設中，建設方通常會確定一個設計、施工經驗豐富且已獲得認證的項目負責人，對項目建設全過程包括前期培訓、施工指導、質量檢驗、驗收等進行負責，對項目建設質量完全負責。為推動被動式超低能耗建筑的發展，我國可以借鑒德國的項目負責人機制，這無疑需要加大專業人才培養[5]。

3 碳中和目標下推動被動式超低能耗建筑進一步發展的策略

3.1 提高對被動式超低能耗建筑的重視

減少碳排放，必然要以控制碳排放來源作為入手點。建筑、交通以及工業生產是能源消耗的大戶，也是碳排放的主要來源。相關調查指出，建筑運營期間的能耗約為社會終端能耗的21%，在建筑功能不斷增加的當下，這一占比正在持續上升。采取不同統計方法，對建筑全壽命周期的能耗進行計算發現，其占全部能耗的38%～52%。因此，加快建筑節能減排是減少碳排放的重中之重，發展被動式低能耗建筑是實現建筑節能的有效途徑。必須正確認識被動式超低能耗建筑在實現碳中和目標中的重要性，各方應樹立新的思維，加強對推動被動式超低能耗建筑發展的重視[6]。

政策制定者應積極推動更高建筑能效標準的實施，解決容積率補償等實施障礙，制定優惠獎勵政策，引導良性發展，強制性或引導性推動舊房改造。城市規劃者應轉變傳統觀念，認識到未來城市建筑的能量需求與供給將會發生明顯改變，逐步取消集中供暖系統，推動自給自足式的供電供暖發展。建筑設備供應商應加大對被動式低能耗建筑的研究，積極研發、生產高能效、低功率設備，致力于建設集成一體化、功能更齊全、小而精的設備。開發商應提高對被動式低能耗建筑的正確認識，尤其是要認識到被動式低能耗建筑的長期經濟價值，在相同的使用面積上建造高能效且更有價值的優質建筑。建筑設計者應把功能、審美、經濟以及安全放在同樣的高度考慮，將能效作為建筑本體價值體系的主要維度之一，致力于加快被動式節能設計的推廣。施工者應正確認識到被動式低能耗建筑的精致施工要求，掌握氣密性、熱橋等要點，保障被動式低能耗建筑的質量。金融業者應為被動式低能耗建筑的購買者提供獎勵性房貸條件。購房者應理性選購房產，積極響應政策要求，充分利用節能紅利，減輕經濟負擔。

3.2 合理選擇被動式超低能耗建筑技術

被動式低能耗建筑是在德國被動房的基礎上形成的一種新建筑。德國被動房的主要技術措施包括提高外墻保溫隔熱性能、避免熱橋、優化門窗系統、提高氣密性及采用帶熱回收的機械通風系統。目前，這5 項措施已經被普遍接受，但這并不意味著被動房技術僅包括這些。凡是以被動方式降低建筑能耗的技術手段，都是被動房所提倡和歡迎、的，如建筑朝向、建筑體型比、冷色涂料、活動外遮陽、固定遮陽、地道送風以及冷輻射材料等。同時，這5 項技術措施也并非一成不變，而是在不斷優化、改進、創新中。被動式低能耗建筑的發展離不開相關技術措施的支持，只有將各種技術措施有機結合起來，才能更好地實現碳中和目標。

被動式超低能耗建筑發展中，在技術措施方面應注意以下幾點。一，以被動優先為原則，充分利用被動式節能技術，保障建筑本體在符合健康、舒適的前提下，盡可能地降低使用主動供暖供冷的需求。二，合理選用主動優化節能技術措施，配備高能效、低能耗的建筑設備，如除濕設備、制冷設備、供暖設備、照明設備、熱泵、熱水以及各種辦公或家用設備，還有循環泵、風機等輔助設備等，同時也可以對各種設備系統進行優化整合，以達到節能的效果，如供熱制冷一體、新風空調一體等。三，積極應用可再生能源、低碳能源。目前，風能、地熱能、太陽能在建筑領域得到了廣泛應用，實現了能耗的大幅度降低，可再生能源與低碳能源最有效的利用方法是實現建筑上的即產即用。四，采用智能能量調配措施，如可以使用自動化檢測、控制技術，對設備運行進行優化、整合，以實現能效的提高；采取錯峰用電措施，對電網負荷進行有效調節；利用夜電技術，達到節省電費的效果；采用短期或長期儲電、儲熱設施，提高太陽能發電和風電的利用率。五，應用綠化固碳措施，如采取落葉樹遮陽、垂直綠化、屋頂花園等措施提高建筑的防熱、保溫、蓄水等功能。基于建材減排的角度，可以使用具有蓄碳、可再生等優勢的木結構部分取代使用高能耗建材的鋼結構、鋼筋混凝土結構，以達到節能減排的目的。

4 結語

被動式低能耗建筑發展過程中，應通過開展本土化改造、增強科研力量、加大政策支持、培養專業人才等措施進行推廣。碳中和目標下，為促進被動式超低能耗建筑的進一步發展，應提高對被動式超低能耗建筑的重視，合理選擇應用技術。