超低能耗“被动式”建筑或将成为未来建筑节能趋势
发布时间: 2015-9-23 10:42:06 被阅览数: 2362 次 来源: 中国环境报
    住房和城乡建设部科技与产业化发展中心日前与德国能源署在京共同举办了被动式超低能耗建筑技术交流研讨会,就被动式超低能耗建筑设计与建设中关键问题、关键材料产品技术选择等进行研讨。
    目前,建筑节能问题已成为全社会普遍关注的重要话题之一。专家指出,面对日益严重的能源危机和环境污染,与普通的标准房屋相比,被动式房屋能耗更低、碳排放更少。同时,在解决南方地区集中供暖、推动产业转型升级方面也将大有作为,是未来建筑节能减排的重要途径。
    什么是被动式房屋?
    被动式房屋(即Passive House),也称为被动式超低能耗房屋、被动屋等,是一种全新的节能建筑概念,是指仅依靠建筑本身的构造设计,就能达到舒适的室内温度,满足冬暖夏凉的要求,不需要单独再安装供暖设施的建筑,即不需要“主动”提供能量的一种建筑。
    被动式房屋其内涵包括采用各种节能技术构造最佳的建筑围护结构,极大限度地提高保温隔热性能和气密性,使热传导损失最小化;通过技术手段尽可能实现室内舒适的热湿环境和采光环境;最大限度降低对主动式采暖和制冷系统的依赖,如充分利用室内生活热量和可再生能源,实现舒适的居住环境,从而大大降低对一次能源的消耗。被动式房屋不仅适用于住宅,还适用于办公建筑、学校、幼儿园、体育馆等。
    被动式房屋是一种高效节能的建筑和室内机电系统(采暖、制冷、通风和能源技术)最佳集成的结果,要求建筑物必须在热负荷、房屋气密性和能源消耗等方面符合特定的标准。
    传统“主动”房vs新型“被动”房
    传统“主动”房屋以电、煤、气等能源驱动暖气或空调等提供热或冷,且因未经特殊处理,会向屋外大量耗散,因此耗能严重。相反,新型“被动式”房屋一方面更多使用太阳能等清洁能源,降低对不可再生能源的依赖,另一方面大大提高房屋的隔热气密性,减少屋内外热量交换,大幅降低房屋总能耗。
    相对使用电、煤、气等“主动”采暖/制冷技术的房屋,被动式房屋主要依靠不耗能的“被动”保温技术来保持房屋内部适宜的居住温度,从而达到“被动”节能的目的。
    采用成熟的技术,兼容舒适、便宜、节能是这类房屋被推崇的原因。
    材料、结构和设备等技术要求高
    被动式建筑关键技术参数对建筑材料、结构和技术设备都提出了非常高的要求,其中控制性指标主要有两套,一套是能耗指标,一套是室内舒适度指标。它的采暖热需求、制冷热需求都控制在每年每平方米15千瓦时;总的一次能源消耗每年每平方米也要小于120千瓦时。
被动式房屋关键技术要点包括高效的外保温系统、被动式建筑外窗、有高效热回收装置的新风系统、极佳的气密性和无热桥设计。
    低能耗:比普通建筑节能90%以上
    高性能的外保温、无热桥设计、气密性良好的外围护结构这三大特征,是影响被动房能耗的关键因素。被动式房屋与传统建筑相比能节约90%的能耗,较新型建筑也能节约超过75%的能耗。按照被动式房屋设计要求,每平方米建筑年采暖能耗不大于15千瓦时, 大约是我们目前国内节能建筑采暖能耗的1/3。
    世界上第一幢被动式建筑是由德国设计改造的一幢普通三层居住建筑,这栋建筑在1991年经过节能改造以后投入使用,年终端耗能降低了约78%,实测结果除1992年因墙体升温等原因略高之外,其余各年均达到了被动式建筑设计标准参数指标,特别是采暖技术指标均低于每年每平方米15千瓦时。
    据住房和城乡建设部科技与产业化发展中心国际合作处处长张小玲介绍,被动式房屋有最基本的要求,就是对能源利用达到了极致,对供热需热量、总一次能源需求、楼宇气密性、超温频率都有要求。首先要带有热回收装置的新风装置,且热回收效率要大于75%才能够实现冬天靠自然隔热就能使室内温度达到20℃以上。
    德国海德堡市2009年兴建的新城区Bahnstadt,全部以可再生能源为原料的热电厂供热供电,配以地热和生物质能,仅供热一项便可减排二氧化碳56%。
    实验表明,建筑面积为1万平方米的被动式节能房,与普通住宅相比,每年减排二氧化碳103.43吨,年节约标准煤42.59吨。
    张小玲为我国居住建筑算了一笔账,如果从现在开始全国新建居住建筑都按照65%节能标准建造,房屋能源消耗会从目前的2亿吨标准煤翻到2050年的4亿吨。假如都按照被动式房屋标准建造,到2050年新建居住建筑带来的能耗增量仅仅为3600万吨标准煤。
    极低的能源消耗,使得被动式房屋大大降低了对非再生能源的依赖,再通过利用风能和太阳能等可再生能源,从而有效地减少二氧化碳的排放,改善大气质量。
    舒适性:室内维持在人体最适宜温度
    在降低能耗的同时,被动式房屋并未以牺牲舒适性为代价。相反,高性能的外维护结构就如同给整个房屋穿上了羽绒服,即使在严寒的冬天和炎热的夏季也能保持室内温度恒定。
    同时,通过室内的新风系统提供足够的、清洁的新鲜空气,保证了室内空气质量。
    被动房四季的室温可维持在人体最适宜的18℃~24℃之间,且在雾霾等污染天气情况下,仍能保持室内空气清洁,具有高保温性、高气密性、高舒适度以及高隔音性。
    经济性:具有长期成本优势
    为保证被动式房屋的质量,在初始建造过程需进行周密的设计以及采用高性能的建筑组件,因此其建造费用会相对传统建筑较高一些。通常,被动式房屋建筑成本比传统房屋要高出5%~7%。
    然而,纵观建筑的全寿命周期,由于被动式房屋极低的运营及维护费用,使得后期使用成本大大降低,具有长期成本优势。
    例如,在斯德哥尔摩以北80公里的kersberga建造被动式房屋,它的PHPP(被动房设计包)软件计算供热值每年每平方米只需要14.6千瓦时;在慕尼黑这种建筑则更节能,每年每平方米只需要大约7千瓦时。
    目前,我国新建住宅和公共建筑普遍执行节能65%的标准(简称65%节能标准)。我国被动式低能耗房屋示范项目秦皇岛的“在水一方”,相比65%节能标准,每平方米造价增加成本在600元左右。然而,这个项目每年可节约标煤547吨、减少二氧化碳排放1423吨、节约采暖费195万元,节约带来的经济效益也很可观。
    此外,被动房还可以推动建筑节能产品产业升级和产业转型等。
    北戴河打造“绿色建筑”
    由河北省秦皇岛市北戴河新区投资、按照被动式住宅标准建设的团林实验中学项目日前开工。作为全国首个以被动式住宅标准建设的中学,将会为超低能耗建筑带来示范效应。与此同时,北戴河新区也将成为我国绿色建筑的展示窗口。
    记者日前在团林实验中学项目施工现场看到,项目基础建设已完工,综合教学楼主体建设正在进行当中。据项目负责人韩昌平介绍,在建的学校教学楼墙体由22厘米厚的基础墙体和30厘米厚的保温材料组成,这些材料可使房屋高度隔热隔音。在密封环境下,通过热回收系统使室内80%以上的废气转换为热能,并通过空气新风系统将新鲜空气过滤后引入室内,全年室内温度基本维持在20℃~26℃之间。
    团林实验中学项目将于明年5月竣工,在基本不用空调和暖气等能耗设施的前提下,师生们将在被动式建筑内享受比冬季供暖、夏季开空调还舒适的教学环境。另外,被动式低能耗建筑项目——北戴河新区大蒲河小学也于今年9月开工。
    去年9月,住房和城乡建设部与河北省政府在北京签署《关于共建北戴河新区国家级绿色节能建筑示范区合作框架协议》。协议规定,双方将通过合作,以绿色节能建筑为重点和特色,积极探索生态城市和绿色节能建筑示范区的规划建设模式,将北戴河新区打造成为滨海休闲旅游度假胜地和生态宜居新区,成为展示中国绿色建筑、生态产业发展水平的最佳窗口,融汇国内外建设新理念、新技术、新成果的最佳平台,发展循环经济、建设环境友好型社会的最佳阵地,人与自然和谐相处、人文与生态辉映相融、历史肌理与现代魅力并生共存的最佳样板。
    此后,北戴河新区围绕绿色、生态、节能、低碳、人与自然高度和谐的理念实施开发建设,并完成《北戴河新区绿色建筑专项规划》,在全国率先提出区域发展绿色建筑的标准、规模比例、审批流程等。目前,新区规划展馆暨公共文化活动中心项目已顺利完成,并成为国内唯一获得欧盟绿色建筑认证的项目。除此之外,华贸蔚蓝海岸、葡萄岛、恒博华贸国际网球中心等一批在建项目正在按照绿色、低碳、节能、环保的理念实施建设。北戴河新区在绿色建筑的新理念、新技术、新成果应用及推广方面,已处于国内领跑状态。
    被动式房屋建造有何要求?
    首先是因地制宜。被动式房屋的概念适用于世界各地,无论寒冷地区还是温暖地区都可建设,其基本原理是一致的。但在不同国家建设,不仅要考虑地区性气候环境差异,还要根据现状有针对性地调整技术手段和措施。
    每个地区都有自己的气候条件,被动式房屋应与之相适应。如在寒冷地区建设技术关键是墙体厚度和保温层厚度,而在炎热地区更重要的则是制冷方法,如遮阳、窗户通风,以保证在夏天也能保持舒适的室内环境。任何被动式房屋的个性特点都要依据当地的气候条件进行优化。
    在中欧被动式房屋的建设有很多实践经验,如果其他地区只是简单地进行拷贝,特别是保温、窗户、遮阳的节点设计,是不可行的。
    每个地区也都有自身的建筑传统,有自身特有的建筑材料。被动式房屋不是高科技技术与昂贵材料的堆砌,而是可以做到真正的普及,让公众消费得起。
    我国海南当地有一种用来制作房盖的草,这种草具有防腐、抗烂、遮阳效果特别好(太阳晒不透)、廉价等特性,完全可以达到被动式房屋的要求。
    其次是更舒适,更节能。我国长江以南大部分建筑是没有供暖设施的,这样虽极大地节省了能源,但人们的生活环境却不很舒适,冬季冻伤较为常见,而被动式房屋追求的是,在低耗能的条件下得到极为舒适的生活环境。保温窗、隔热外围护、热回收装置是被动式房屋的主要组成部分,从外表看,它和一般建筑没什么区别,所以被动式房屋只是一个标准,并不是一个工艺方法。
    世界第一座被动式高层办公楼
    RHW.2大楼是世界上首座获得被动式房屋研究所(PHI)认证的被动式高层办公大楼,大楼在设计前,充分考虑了外立面、连接件和机械系统的能效,设有双层玻璃幕墙,并配有优化的外遮阳设备。白天利用日光照明,减少用电。采用光伏系统和供暖、制冷、发电一体化设备提供能源,并通过废热回收再利用来提供部分热源,而部分冷源则通过与多瑙运河进行热交换来实现。与传统高楼相比,这栋大楼的冷、热负荷降低80%,将能源消耗降到了最低限度。
    世界最大被动式办公楼
    世界上最大的被动办公楼Energon于2002年建于德国的乌尔姆,外形为曲面三角形的五层建筑。无论从建筑费用还是运行费用上,这栋楼都明显低于普通办公大楼,可见并非节能的被动房屋就意味着高费用。最初的设计是,这栋楼每年每平方米耗能是120千瓦时,实际上的节能效果甚至好于人们预测,仅为70千瓦时。在德国,普通办公大楼建筑费用为1200欧元/平方米,运行费用为每月2.5~3欧元/平方米。Energon被动办公楼的建筑费用只比普通大楼高200欧元/平方米,运行费用则是惊人的低,每月0.75欧元/平方米。
    我国西北首个获认证被动房项目
    “幸福堡”是一栋地下两层、地上六层的单体楼,是西北首个获德国被动式建筑研究所权威认证的“被动房”项目。其中,地下一层为商店,地上一层为饭店,其余楼层为办公区和住宅。与传统的非节能建筑相比,“幸福堡”的节能率达到90%以上,目前乌鲁木齐市普通建筑整个冬季的供暖能耗为每平方米15立方米燃气,而“幸福堡”的能耗仅为每平方米1.5立方米燃气。“幸福堡”项目的建成为我国冬季寒冷气候条件下被动房建设提供了参考,有助于我国西北地区被动式房屋的标准制定和使用推广。
    前景展望
    发展趋势和存在的问题
    被动式房屋是一条值得期待的节能环保之路,顺应了我国新型城镇化的建设需求。
    据统计,截至目前,我国被动房已在黑龙江、河北、福建、新疆、山东等多个省份开始建造。
    从2015年5月1日起,河北省住房和城乡建设厅发布的《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》开始实施,这个标准是我国第一部有关被动式房屋的标准,同时也是世界范围内继瑞典《被动房低能耗住宅规范》之后的第二个被动式房屋标准。
    同时必须承认,目前我国被动式房屋的发展还存在不少障碍,主要表现在建筑节能标准水平较低;缺乏设计经验;节能技术和建筑能耗水平相对落后,相关技术领域存在空白;缺乏完善的低能耗建筑发展保障激励机制;施工质量以及建筑运行的管理水平有待提高等方面。
    但即便如此,被动式房屋健康、节能、舒适的特性,依然引起越来越多的关注,它迎合了各方的需求,也符合未来建筑发展方向和趋势。被动式房屋的推广将大大缓解我国城市化进程中的能源和温室气体减排压力。

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