解讀 | 超低能耗建筑那些事兒

首先，我給大家展示一張地圖（如下圖），大家可以看到各個(gè)國(guó)家和地區(qū)，包括美國(guó)、歐洲，以及東亞的韓國(guó)、日本，還有整個(gè)歐盟國(guó)家，現(xiàn)在都非常關(guān)注建筑邁向零能耗的進(jìn)程。特別是美國(guó)說要在30年內(nèi)達(dá)到近零能耗NZE的目標(biāo)，但美國(guó)說的這個(gè)近零能耗對(duì)于房屋而言，實(shí)際上并不是不消耗能源，而是指房屋場(chǎng)地等所產(chǎn)生的能源消耗，在年度范圍內(nèi)的代數(shù)和等于零叫作近零能耗。

還有丹麥曾說2020年以后的居住建筑全年冷熱需求要降低到20kWh/m²，這相當(dāng)于現(xiàn)在北京、天津四步節(jié)能算下來的數(shù)值，還要再降低40%～50%的量。

最后就是德國(guó)，德國(guó)是關(guān)于低能耗建筑說得最多的國(guó)家，源于德國(guó)有一套體系被我們簡(jiǎn)稱為“被動(dòng)房”，它跟美國(guó)的思路并不完全一樣，而思路的不一樣并不是稱呼上的不同，更多的是由于所處的地域、環(huán)境，以及資源環(huán)境的不同而導(dǎo)致的思路不同。

說到這兒，我想跟大家稍微梳理一下，我們提到的“超低能耗”，美國(guó)把它稱為“近零耗的建筑”，到英國(guó)又被稱為“零碳建筑”，因?yàn)橛?guó)有一個(gè)很著名的社區(qū)就是世界上最早的一個(gè)零碳的建筑小區(qū)。

那么“超低能耗”在德國(guó)叫作什么呢？——被動(dòng)房，甚至叫作“微能建筑”，所謂的“被動(dòng)”在這里面的概念，說白了更適合于北方，通俗的講就是“把棉襖穿厚了，把袖口軋緊了”，給你一套自主可控制的呼吸系統(tǒng)，其中還包括冬天讓太陽盡可能地照射到屋子里來，還有夜里維護(hù)結(jié)構(gòu)讓得到的熱量散不出去，這就是被動(dòng)房的概念。

還有韓國(guó)叫作“零碳住宅”，意思也差不多。所以說各國(guó)的說法都不一樣，但唯一一樣的就是告訴大家要推動(dòng)發(fā)展低能耗建筑或者超低能耗的建筑，讓建筑在使用過程中消耗盡可能少的能源，乃至不消耗能源。

大家可能會(huì)覺得這是一件遙遠(yuǎn)的事情，但實(shí)際上關(guān)于零能耗建筑，并不是一個(gè)遙遠(yuǎn)的事情。為什么這么說？因?yàn)槲矣行覅⒓恿藝?guó)家科技部的十三五重大專項(xiàng)，其中有一個(gè)專項(xiàng)就是零能耗建筑，學(xué)習(xí)了一些這方面的知識(shí)。

其實(shí)一開始我也以為這是一件很遙遠(yuǎn)的事情，什么時(shí)候建筑能走向零能耗呢？這太遙遠(yuǎn)了，但通過學(xué)習(xí)，我發(fā)現(xiàn)事實(shí)上這個(gè)進(jìn)程并不是很慢。

比如丹麥到2020年要比2006年降低75%的能耗，荷蘭2020年要達(dá)到能源中和，也就是消耗的能量和建筑自身產(chǎn)生的能量，最后達(dá)到平衡，而德國(guó)是到2020年建筑不需要化石燃料就可以使用，在充分降低了建筑能量需求的同時(shí)，用可再生能源去滿足無需化石燃料運(yùn)營(yíng)的建筑，我覺得這個(gè)就有點(diǎn)浪漫主義和激進(jìn)了，即使建筑可以對(duì)外供能，但這需要條件，不是城市里幾億平方米的建筑都對(duì)外供能，這也不可能實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然如果都是鄉(xiāng)村，有這個(gè)可能。

因?yàn)樽罱囊淮?，我去美?guó)突然發(fā)現(xiàn)，美國(guó)很多獨(dú)立住宅的屋頂上多了一堆一堆的光伏，估計(jì)這就是所謂的“有可能變成對(duì)外供能”的可能。

美國(guó)有一個(gè)具體的目標(biāo)——到2020年實(shí)現(xiàn)近零能耗住宅市場(chǎng)化，到2025年實(shí)現(xiàn)商業(yè)近零能耗建筑低增量成本的運(yùn)營(yíng)，到2030年100%新建聯(lián)邦建筑達(dá)到近零能耗的目標(biāo)。

其實(shí)通過美國(guó)這一目標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，美國(guó)不像我們國(guó)家，很多事情不計(jì)成本，有的時(shí)候甚至不合邏輯，就像前一陣子的“煤改氣”，是不是有種“大躍進(jìn)”的感覺，各級(jí)都在比，然后呢？發(fā)現(xiàn)天然氣不夠用了。而且有的農(nóng)村，竟然標(biāo)語“售煤非法”，不讓買煤，又沒有天然氣，結(jié)果就讓老百姓挨凍。

所以美國(guó)非常關(guān)注在實(shí)現(xiàn)近零能耗目標(biāo)中的成本，這是要大眾可接受的，因?yàn)橹挥谐杀究山邮?，才能走向市?chǎng)化，才能真正地被社會(huì)接受，這樣一種技術(shù)、理念才能得到市場(chǎng)力量的推動(dòng)。

從上圖中，大家可以看到美國(guó)在實(shí)現(xiàn)近零能耗目標(biāo)中的情況，左下角的小圖是基本的理念和途徑，可以看出建筑的能量需求在逐漸降低，建筑里可再生能源的貢獻(xiàn)率越來越高，兩條曲線最后相交。當(dāng)你的建筑能量需求下降到足夠低的程度之后，建筑場(chǎng)地里能夠產(chǎn)生的光伏、光熱就能滿足一定的需求，這才是達(dá)到了近零能耗的概念。

接著我來說韓國(guó)（上圖），韓國(guó)更像是德國(guó)所說的“被動(dòng)房”，強(qiáng)調(diào)不斷地降低建筑的能量需求，由于它的氣侯條件很類似于中國(guó)東北的氣侯條件，所以它用德國(guó)的被動(dòng)技術(shù)應(yīng)該是非常有效的，因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)更好地保溫、更強(qiáng)的氣密性、可控的新風(fēng)換氣系統(tǒng)，而且因?yàn)槎焯柛叨缺容^低的特點(diǎn)，可以增加南向的太陽得熱，實(shí)現(xiàn)降低建筑能量的目標(biāo)，這也是韓國(guó)的概念。

從上圖中不難看出全球近零能耗建筑當(dāng)前的分布情況，北美比較多，西歐、東亞也有一部分，而且近零能耗建筑在國(guó)際上也已經(jīng)有了一些案例在使用。

從國(guó)際上講，關(guān)于近零能耗建筑有什么樣的目標(biāo)，可以簡(jiǎn)單總結(jié)為幾點(diǎn)：

第一、主要是發(fā)達(dá)國(guó)家和經(jīng)濟(jì)體政府，而且政府在過去的5～10年相繼制訂了邁向零能耗建筑的發(fā)展目標(biāo)。

第二、各國(guó)都在尋找適合本國(guó)的零能耗建筑發(fā)展的技術(shù)體系和優(yōu)化路徑。（這里我想提一下，其實(shí)中國(guó)更應(yīng)該找到適合各地區(qū)的低能耗方式，畢竟南北氣候差異大，技術(shù)路線也不一樣。）

第三、各個(gè)國(guó)家關(guān)于零能耗建筑的定義、名稱、路線、政策、推廣方式，實(shí)際上是不一樣的。（這里我又要提到我國(guó)的情況了，不能一個(gè)技術(shù)做到底，要因地制宜，這也是一直以來我想表達(dá)的觀點(diǎn)，包括我們的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，應(yīng)該更多強(qiáng)調(diào)目標(biāo)，特別是措施要多樣化，包括現(xiàn)在的清潔供暖，如果換一種邏輯，也許情況會(huì)更好。）

現(xiàn)在我國(guó)對(duì)低能耗建筑的發(fā)展，是一個(gè)什么樣的態(tài)度呢？

其實(shí)我國(guó)的態(tài)度非常積極，這里我列舉了國(guó)家和地區(qū)的一系列政策，包括在國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見里，就提到了發(fā)展被動(dòng)式房屋等綠色節(jié)能建筑。

在住房城鄉(xiāng)十三五規(guī)劃綱要里明確提到，在不同氣侯區(qū)，盡快建設(shè)一批超低能耗和近零能耗的示范工程，然后啟動(dòng)超低能耗社區(qū)的建設(shè)試點(diǎn)。

北京從去年以來對(duì)被動(dòng)式建筑的推動(dòng)非常厲害，出臺(tái)的政策是建一平方米獎(jiǎng)勵(lì)1000元，然后從2018年開始，逐年遞減，大概是單一項(xiàng)目的總額不超過3000元，其實(shí)這是非?？陀^的。我們以往對(duì)任何單項(xiàng)技術(shù)的鼓勵(lì)大概額度都是在100元/m²，現(xiàn)在對(duì)被動(dòng)建筑的鼓勵(lì)達(dá)到了1000元/m²，山東省、河南省甚至出臺(tái)了相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)措施，這都說明了國(guó)內(nèi)對(duì)低能耗建筑發(fā)展的態(tài)度。

上圖是國(guó)內(nèi)已經(jīng)有的一些標(biāo)準(zhǔn)體系，包括地方，以及2015年住建部發(fā)布的被動(dòng)式超低能耗建筑的技術(shù)導(dǎo)則，然后2016年7月份國(guó)家又啟動(dòng)了近零能耗建筑的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而且河北也出臺(tái)了河北省自己被動(dòng)式低能耗住宅建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，山東也出臺(tái)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，這說明什么？大家都很積極。

從被動(dòng)房來講，大家耳熟能詳且最早的案例是秦皇島在水一方的項(xiàng)目，之后是哈爾濱西樹庭院的一個(gè)項(xiàng)目，都是住宅項(xiàng)目。還有天津的一些項(xiàng)目，天津?qū)τ诔湍芎慕ㄖ蛘呓ㄖ呦蚋湍芎倪@件事也非常重視，還出臺(tái)過一系列的政策和相應(yīng)的一些實(shí)踐項(xiàng)目，像天津生態(tài)城的公屋展示中心、解放南路片區(qū)的文體中心，包括天津天友建筑設(shè)計(jì)院的辦公樓都是低能耗改造，這些都獲得了不錯(cuò)的成果。

從這些項(xiàng)目中我們可以看出，通過我們的努力，讓建筑消耗的能源更少是可以實(shí)現(xiàn)的，而且通過我們的努力，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)也未必一定要有非常大的付出，甚至是成本不可回收的代價(jià)。

近零能耗/凈零能耗/被動(dòng)房

還有國(guó)外的一些國(guó)家，如瑞士的近零能耗建筑有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是總體能耗下降不高于常規(guī)建筑的75%，意大利也有這方面的標(biāo)準(zhǔn)。

美國(guó)的近零能耗定義就非常清晰，以一次能源為衡量單元，全年消耗的能源小于或者等于可再生能源產(chǎn)生的節(jié)能建筑，意思是說從邏輯上講，建筑不可能不耗能，耗的能需要平衡。比如說一棟建筑一年用了1000kWh的電，那么你就要想辦法再發(fā)出來1000kWh的電，不難看出美國(guó)人套路的靈活性。

上圖是世界上最大的近零能耗建筑——蘋果公司在硅谷地區(qū)新建的辦公建筑，有一個(gè)巨大的圓環(huán)，號(hào)稱里面可以容納4萬人辦公，也確實(shí)實(shí)現(xiàn)了一系列降低建筑的能源消耗目標(biāo)。比如在建筑里充分考慮了自然通風(fēng)，以及它的可再生能源，或者它要平衡地消耗掉整個(gè)屋頂上鋪設(shè)的光伏。

典型工程案例分析趨勢(shì)和現(xiàn)狀

德國(guó)被動(dòng)房的環(huán)境參數(shù)是冬季室內(nèi)空氣溫度維持在20℃，夏季室內(nèi)的空氣溫度在25℃，受控的新風(fēng)量30m³（h·人），在這種情況下，能源指標(biāo)叫作供暖負(fù)荷，要小于15kWh（m²·a），相當(dāng)于小于10W/m²。

整個(gè)建筑一次能源用量小于120kWh，包括所有炊事、照明、看電視都加在一起，這就對(duì)建筑的氣密性有很高的要求，比如在室內(nèi)外壓差、房間內(nèi)外壓差50Pa的情況下，換氣次數(shù)不高于0.6次。

當(dāng)然并不是要承諾冬天每小時(shí)都不低于20℃，也并不能承諾夏天的每小時(shí)都不高于25℃，只是低于20℃或者高于25℃的小時(shí)數(shù)，在總的小時(shí)數(shù)里不超過10%，這就是所謂的德國(guó)被動(dòng)房的一些指標(biāo)，這個(gè)指標(biāo)更適合于住宅，對(duì)于辦公樓并不適用。

對(duì)于被動(dòng)房的技術(shù)，我做了一個(gè)形象的圖解（如上圖），我們可以看到雖然墻很厚但是熱橋可能產(chǎn)生的熱量損失很大，充分解決好的熱橋，叫作沒有熱橋的設(shè)計(jì)。再一個(gè)就是高度的氣密性，加上高效率的熱回收，熱回收裝置的效率要求是不小于75%。

相對(duì)于被動(dòng)房還有人提出了主動(dòng)房，主動(dòng)房強(qiáng)調(diào)的不僅僅是增強(qiáng)保溫，還要通過日光的照射和蓄能的措施，來降低建筑物的能量需求。比如天津和北京地區(qū)，天津的建筑特點(diǎn)以前叫作小洋樓，小洋樓里的小院很好地利用了氣侯，夏天園子里樹長(zhǎng)得非常茂密，這樣就擋住了陽光的照射，冬天這些植物落葉了，南向的房間又有非常充足的陽光照射，可以從自然中為建筑物獲得熱量。

在建筑物邁向更低能耗的方向上，其實(shí)國(guó)際上還沒有統(tǒng)一的定義，但是目標(biāo)是一致的，就是通過建筑被動(dòng)式、主動(dòng)式的設(shè)計(jì)和高性能的能源系統(tǒng)，以及可再生能源系統(tǒng)的應(yīng)用，最大幅度地減少化石能源消耗。

其次，從定義的涵蓋范圍來看，被動(dòng)房是屬于近零能耗建筑，核心是通過被動(dòng)的手段來達(dá)到近零能耗，而近零能耗建筑比近零能耗增強(qiáng)了向智能電網(wǎng)、分布式能源的概念，跟傳統(tǒng)意義的建筑節(jié)能在某些方面是有所不同的。比如蘋果公司的新辦公樓就是廣泛采用光伏和燃料電池，再加上一系列的自然通風(fēng)、遮陽、能量需求等手段，這也是它的一些關(guān)鍵技術(shù)。

上圖是一家美國(guó)可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，它本身就是一個(gè)很大規(guī)模的近零能耗建筑，所謂四凈，指的是凈零能耗、凈零排放、凈零能源、凈零能源成本。不過實(shí)際上還是有點(diǎn)忽悠的成分，但有一些理念是值得我們?nèi)タ紤]的，比如氣侯，像硅谷處的地方相對(duì)比較干燥，就有一些蒸發(fā)冷的技術(shù)在里面。

上圖是建筑科學(xué)研究院近零能耗辦公樓，里面的數(shù)據(jù)確實(shí)讓我覺得很驚訝，也讓我覺得很震撼，這種建筑上做了很多的光伏，從這個(gè)角度上來講，它現(xiàn)在自身消耗的電和光伏產(chǎn)生的電，基本只差了8%左右，真正意義上實(shí)現(xiàn)了所謂的近零能耗建筑。

我國(guó)超低能耗/近零能耗建筑的發(fā)展

上圖是我國(guó)超低能耗建筑節(jié)能的發(fā)展路線圖，也就是說未來30%的新建建筑要達(dá)到超低能耗，可再生能源要滿足新建建筑30%的能耗，30%既有建筑改造要達(dá)到超低能耗。拿80年代的建筑來說，節(jié)能是65%，如果在這個(gè)基礎(chǔ)上，再一個(gè)階梯一個(gè)階梯地下降，便成了第一步節(jié)能75%，第二步節(jié)能82.5%，最后節(jié)能達(dá)到95%，這樣也許我國(guó)就實(shí)現(xiàn)了所謂的近零能耗建筑的目標(biāo)。