能源轉(zhuǎn)型：德國海德堡的被動式建筑

　　能源問題是人類的終極命題之一。在德國，當前“能源轉(zhuǎn)型”是重要的口號和訴求。
　　2011年3月11日，日本因地震海嘯引起福島第一核電站核泄漏，遠在萬里之外的德國，政壇彼時也受影響：核危機事件爆發(fā)16天后，2011年3月27日，德國綠黨和社會民主黨在巴登-符騰堡州州議會選舉中(分別獲得24.2%和23.1%的選票)勝出，一舉擊碎了一貫傳統(tǒng)保守的基督教民主聯(lián)盟(獲得39%的選票)長達近60年的執(zhí)政堡壘。綠黨領袖克雷奇曼出任州長，并成為德國歷史上首名綠黨籍州長。
　　此后，德國計劃加速核能退出能源生產(chǎn)版圖，同時，“能源轉(zhuǎn)型”也真正登上了德國的政治舞臺，這個詞毫無懸念成為環(huán)境生態(tài)領域2012年度的最佳深度流行語。
　　那么，如何解讀“能源轉(zhuǎn)型”，又如何運用新型建筑節(jié)能技術促進能源轉(zhuǎn)型和城市發(fā)展？近年來，位于德國巴登-符騰堡州北部的海德堡市建設了一個被動式建筑(Passivhaus)標準的新城區(qū)，向世人展示了一個令人信服的答案。
　　環(huán)境氣候保護
　　海德堡是一座歐洲文化名城，位于德國西南部，距離著名金融中心法蘭克福約90公里。海德堡的歷史可追溯到羅馬人和凱爾特人年代，其興盛時期也曾是普法爾茨選帝候國領地的都城。于1386年建校的海德堡大學，是德國最古老的大學，迄今從中涌現(xiàn)了十余位諾貝爾獎獲得者。在依山傍水的海德堡，這數(shù)百年間，更是云集了無數(shù)詩人、作家、畫家和思想家，詩人歌德也“將心遺忘在了海德堡”，他們對海德堡的一見鐘情，使這座城市成為浪漫主義的地標。這樣一座充滿文藝色彩的城市，如何與環(huán)境氣候保護和能源科技創(chuàng)新發(fā)生聯(lián)系？
　　實際上，海德堡與環(huán)境氣候保護的淵源由來已久。無論自1990年上任、2006年卸任的前任市長韋伯女士，還是自2006年起任市長的現(xiàn)任市長維爾茨納博士，都是環(huán)境和氣候保護的積極倡導者和實踐者。
　　早在1992年，海德堡就成為德國第一個通過并實施地方性氣候保護計劃方案的城市。通過多方合作及長年努力，最終還贏得德國“環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展之都”的美譽。
　　在德國經(jīng)濟能源部的大力支持下，由海德堡市環(huán)保局主導，于2009年破土動工興建的新城區(qū)Bahnstadt，就是一個重要的城市發(fā)展地標。該城區(qū)遵循“核心社區(qū)、能源高效、自然綠色”的理念，擁有歐洲乃至世界目前規(guī)模最大的被動式建筑群，并配合需要，擴建改建供熱、供水、輸電和交通網(wǎng)絡，真正成為優(yōu)雅、舒適、健康的宜居新區(qū)。2014年，在國際“被動式建筑大獎賽”上，新城區(qū)Bahnstadt從來自20個國家的百余個項目的競爭之中脫穎而出，榮獲“年度最佳被動式建筑區(qū)域”的稱號。同年4月，德國被動式建筑研究所(Passivhaus-Institut)表彰了新城區(qū)Bahnstadt為歐盟“被動式建筑區(qū)域可再生能源利用(PassREg)”計劃做出的杰出貢獻。
　　什么是“被動式建筑”
　　對“被動式建筑”，各種版本的解釋和示范項目層出不窮，令人眼花繚亂。實際上，古今中外，隨時隨地可以發(fā)現(xiàn)被動式建筑原理的基本應用：即利用墻體厚度，最大限度地維持室內(nèi)熱環(huán)境，如中國窯洞這種民居建筑形式。但在高速建設過程中，現(xiàn)代建筑卻逐漸拋棄了這個傳統(tǒng)，隨著居民使用建筑面積和生活質(zhì)量水平的大幅提升，室內(nèi)供暖需求激增，建筑也成為與交通和工業(yè)并列的三大能耗領域。
　　所謂給建筑“穿衣戴帽”，便是對建筑節(jié)能改造工程的形象比喻。以此，我們就不難理解“被動式建筑”的核心定義了：最大程度減少熱損失，最終使室內(nèi)無須設置獨立的供熱設備。若建筑最大熱負荷小于10W/m2(采暖面積)，將全部通過新風系統(tǒng)加熱新鮮空氣來滿足熱需求。若加熱的新風是可滿足建筑熱要求的唯一熱源，則稱該建筑為被動式建筑。亦即，被動式建筑不再需要主動式供熱系統(tǒng)(包括空調(diào)設備)。
　　作為一種理念，被動式建筑的核心內(nèi)容，是最大程度地減小熱損失，同時要求充分利用當?shù)靥栞椛淙胧?非主動式利用太陽能)，以達到供暖需熱量低于15kWh/m2a，即15千瓦時每年每平米(采暖面積，終端能源Endenergie)。此外，在德國氣候條件下，被動式建筑還必須達到其它技術要求，幾項常見技術參數(shù)指標，包括室內(nèi)換氣次數(shù)n50
　　不過，在此要特別注意的是：這幾項技術參數(shù)指標，應用前提是德國的情境。換句話說，在中國實現(xiàn)被動式建筑，不但要考慮地區(qū)性氣候環(huán)境差異，還需根據(jù)現(xiàn)狀，有針對性地調(diào)整技術手段和措施。
　　在德國，被動式建筑的概念已有20余年的歷史。世界第一幢被動式標準的建筑，是由被動式建筑研究所設計改造的一幢普通三層居住建筑，它位于德國南部達姆施塔特市(Damrstadt)的城區(qū)Kranichstein。該建筑1991年經(jīng)過節(jié)能改造以后投入使用，年終端耗能(Endenergie)降低了約78%，從年能耗略約160kWh/m2a(當時按德國熱保護條例95標準建造)降到1992年后的年均約35kWh/m2a。實測結果是，除1992年因墻體升溫等原因略高外，其余各年均達到被動式建筑設計標準參數(shù)指標，特別是采暖技術指標均低于15kWh/m2a。
　　海德堡的被動式建筑新區(qū)
　　筆者認為，我們不必過于糾結“被動式”一詞，應把注意力集中于被動式建筑的核心理念，即最大程度減小熱損失。無論“零能耗房”還是“正能源房”，無論是德國復興銀行低能耗房（KfW40/55/70房）還是“三升房”，其原理近似。筆者在新疆天山曾拍攝到這樣一個景象：在一片幾乎光禿禿的濕地上，有一塊冰卻未融化，因為它頂著的一坨動物糞便結結實實遮擋住了陽光的照射。這就是建筑節(jié)能的核心內(nèi)容了。
　　我們來看看，海德堡為營造一個被動式建筑的新城區(qū)，具體都做了些什么。以“科學創(chuàng)造城市”為口號，海德堡確立了建筑節(jié)能與氣候保護的緊密關系，以及建筑節(jié)能在能源與城市發(fā)展戰(zhàn)略中的重要地位。新城區(qū)Bahnstadt的所有建筑，全部采用被動式建筑標準建設。該城區(qū)位于已廢棄的貨運火車站和部分美軍軍營所在地，規(guī)劃共占地116公頃，總人口容量為12000人，建設期為2008-2022年，總投資額預計達20億歐元。這里未來將形成高質(zhì)量的多功能生活科技區(qū)，包括居住、科研、商業(yè)及休閑等空間。區(qū)內(nèi)將創(chuàng)造7000個工作崗位，計劃建設2500個居住單元。截至2014年5月，已遷入居民1500人。整個城區(qū)將由海德堡市政公司供熱供電，其熱電廠以木材等可再生能源為原料，配合地熱和生物質(zhì)能（僅供熱一項便可減排二氧化碳56%）。為支持智能電網(wǎng)，城區(qū)還全面安裝使用智能電表。2014年10月下旬，第83屆德國環(huán)境部長會議在海德堡召開，現(xiàn)任環(huán)境部長亨德里克斯女士參觀訪問了Bahnstadt被動式建筑城區(qū)項目。同期并行舉辦的能效大會，將建筑節(jié)能推向了一個新高潮，更出現(xiàn)了“供熱轉(zhuǎn)型”和“建筑轉(zhuǎn)型”兩個新概念。
　　相應地，也有針對資金壓力的措施。因新城區(qū)建設需要高額投入，這些項目的市場接受度難免受到影響，為此，德國復興銀行、巴符州國家銀行及環(huán)境銀行，分別針對不同對象，提供不同形式的低息貸款。在海德堡市政府的主導下，海德堡市發(fā)展公司將落實總額為600萬歐元的資助計劃，共涉及區(qū)內(nèi)住宅20%的總面積(300個居住單元，30萬平方米)，使中等收入的市民也有機會購買或租用。此外，海德堡市開發(fā)并實施“合理能源消費”激勵方案，以高于聯(lián)邦和巴符州政府的資助標準，大力鼓勵市民投入高節(jié)能標準的改造和新建建筑。德國建筑節(jié)能升級造成的成本增量一般約為5%~10%，而能源價格相對較高，再配合銀行低息貸款和政府激勵措施，可在10年左右收回投資成本，并帶來經(jīng)濟利益。當然，這里的經(jīng)濟性，也是基于德國的國情而言。
　　國情差異與借鑒方式
　　中德國情不同，在對建筑節(jié)能的認知上，兩國存在很多差異，這使得中德兩國在科研和實踐領域，在交流和借鑒經(jīng)驗時，效果往往大打折扣。
　　其一，系統(tǒng)界定。當我們看到技術參數(shù)指標時，應深究其包含的具體內(nèi)容，即系統(tǒng)邊界的設定。筆者認為建筑節(jié)能的關鍵是提高建筑“外殼”(建筑能源需求示意圖中黑色虛線部分)的熱工性能，即采暖空間。
　　其二，參數(shù)定義。15kWh/m2a是被動式建筑的核心參數(shù)，常用于中德建筑質(zhì)量的比較。但因中德情況存在差異，直接比較往往不能令人信服（詳見表格）。
　　其三，氣候條件。中國地域廣闊，氣候條件多樣。技術參數(shù)度日數(shù)(degree-days，日平均溫度低于或高于某臨界溫度時的累積度數(shù))的計算結果，展示了中德城市間巨大的氣候差異，并再次證明了中德建筑技術參數(shù)未經(jīng)氣候參數(shù)修正而直接比較的不嚴謹性。
　　“能源轉(zhuǎn)型”與“供熱轉(zhuǎn)型”，既是生態(tài)與氣候保護的必然，又是人類對自然的回應。因歷史遺留原因，中國北方供暖是社會福利，而南方即使冬季寒冷也沒有集中供熱。在不同的政策環(huán)境、經(jīng)濟機制、管理水平、監(jiān)管質(zhì)量等因素的影響下，中國建筑節(jié)能行業(yè)正面臨嚴峻的產(chǎn)業(yè)化問題。
　　中國借鑒被動式建筑的意義何在？就此，筆者提出下列四點建議，僅供參考，歡迎各界人士批評指正：
　　一、利用私人與工商業(yè)熱價和電價差異，實現(xiàn)跨行業(yè)補貼，從而建立北方建筑節(jié)能市場化機制；
　　二、配合建筑節(jié)能改造，在南方逐步實現(xiàn)小型熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱供冷，在提高生活質(zhì)量的同時，改善供能以電力為主的能源結構，并降低一次能源消耗量；

　　三、嚴格執(zhí)行建筑節(jié)能“三部曲”并強調(diào)其應用順序的必要性。即，在現(xiàn)有技術條件下，首先應用外保溫圍護結構最大限度降低建筑能耗，然后最大限度提高技術設備、能源轉(zhuǎn)換和使用效率(主要針對供熱設備設施)，最后應用可再生能源逐步覆蓋或完全替代剩余的建筑能源需求量。要達到建筑節(jié)能整體系統(tǒng)效率，這個三部曲的順序不能任意顛倒。
　　四、結合居民的工作生活，大力宣傳建筑節(jié)能與個人的經(jīng)濟性和社會性的關系，更有效地促進實現(xiàn)行為節(jié)能。