徐偉：被動式超低能耗綠色建筑（下）

4 被動式超低能耗建筑能源系統(tǒng)

　 被動式超低能耗建筑由于良好的圍護結(jié)構(gòu)及密閉性設(shè)計建造工藝，有效的降低了建筑的冷熱負荷需求，這給建筑供能系統(tǒng)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，機遇是有效的降低了建筑能耗需求，輸入的能量可以更小，系統(tǒng)可以更加靈活，挑戰(zhàn)是傳統(tǒng)的供能系統(tǒng)往往過大，過于復(fù)雜，靈活性不足,已經(jīng)無法滿足被動式超低能耗建筑的需求。

　 因此，各國在發(fā)展不同氣候區(qū)域內(nèi)的被動式超低能耗建筑的同時，都在不斷探索適宜的輔助能源系統(tǒng)，包括太陽能光伏、太陽能光熱、可再生能源熱泵系統(tǒng)、點源天然氣壁爐、電阻加熱器、生物質(zhì)鍋爐、小型熱電聯(lián)產(chǎn)等。

　 經(jīng)過對國內(nèi)外被動式超低能耗建筑資料的調(diào)研分析，可以知道決定被動式超低能耗建筑能源系統(tǒng)的關(guān)鍵因素：所處氣候區(qū)域；建筑類型；當(dāng)?shù)刭Y源條件。明確了被動式超低能耗建筑能源系統(tǒng)的決定因素后，結(jié)合我國當(dāng)前被動房建設(shè)主要集中在寒冷地區(qū)的實際特點，分析寒冷地區(qū)被動式超低能耗建筑能源系統(tǒng)，對當(dāng)前工作最具有實際指導(dǎo)意義。

　 寒冷地區(qū)的被動式超低能耗建筑，同時具有補充冷熱負荷的需求，因此，能源系統(tǒng)需要同時考慮輔助冷熱源。本文通過對國內(nèi)外同時具有冷熱負荷需求的被動式超低能耗建筑項目進行綜合分析，期望為未來我國寒冷地區(qū)被動房建設(shè)提供參考。

　 本文以國際能源署聯(lián)合太陽能供熱供冷項目TASK40“走向近零能耗太陽能建筑”中調(diào)研的30個近零能耗建筑為參考，重點分析其中同時具有冷熱負荷需求的項目。圖6為其全部30個監(jiān)測項目中應(yīng)用技術(shù)方式示意圖。

圖6 不同建筑類型應(yīng)用技術(shù)方式

　 由圖6可知，太陽能光伏發(fā)電和太陽能生活熱水技術(shù)是被動式超低能耗建筑中應(yīng)用比例最高的技術(shù)形式。其中，具有冷熱負荷需求的，近似于我國寒冷地區(qū)氣候條件的項目如表6所示。

表6 具有冷熱負荷需求氣候區(qū)內(nèi)被動式超低能耗建筑項目應(yīng)用技術(shù)列表

　 由表6可知，實現(xiàn)被動式超低能耗建筑的近零能耗目標(biāo)，即實現(xiàn)建筑能量供求平衡，提高可再生能源供給與降低建筑能源需求是兩個密不可分的部分。采用光伏發(fā)電（PV）幾乎是每個項目都需要用到的技術(shù)，但是同時采用PV也會對建筑設(shè)計及外觀產(chǎn)生影響，尤其是對非南方向會需要更大的安裝面積（北半球），需要的發(fā)電量越大，由其帶來的增量投資也越大。

　 太陽能生活熱水是一種非常有效的降低能耗的技術(shù)方式，尤其對于中小型項目，其靈活緊湊的滿足了用戶需求。 但在較大的被動式項目中，太陽能集熱器則可由生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）取代。生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)，具有更好的經(jīng)濟性，可以更穩(wěn)定的以較小熱水管網(wǎng)向較多末端設(shè)備供熱水。

　 由于熱泵產(chǎn)品不斷提升能效和降低價格，使得熱泵技術(shù)在被動式超低能耗建筑中應(yīng)用更具有競爭力。而且，不需要在建筑物內(nèi)儲存燃料或建造煙囪，節(jié)省了建筑空間。以電力作為驅(qū)動能源，也簡化了監(jiān)測管理系統(tǒng)。

　 雖然圖6中，一些項目采用小型風(fēng)力發(fā)電機組，但是在表6寒冷地區(qū)被動式超低能耗建筑中，并沒有風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用，這是因為城市地區(qū)的低風(fēng)速和噪聲問題，使得風(fēng)力發(fā)電機在較大范圍內(nèi)無法使用。

　 分析了國外寒冷地區(qū)被動式超低能耗建筑能源系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)措施后，對比我國寒冷地區(qū)現(xiàn)有項目應(yīng)用技術(shù)情況如表7所示。

表7 寒冷地區(qū)被動式超低能耗建筑項目能院校通應(yīng)用技術(shù)列表

　 由表7可知，我國現(xiàn)有項目與國際上的同類氣候區(qū)域內(nèi)項目應(yīng)用的技術(shù)類型大致相同，但是就具體技術(shù)應(yīng)用仍有區(qū)別。首先，目前投入使用的公建，均為示范項目，由于科研及展示的需要，集成了多種能源系統(tǒng)，增量投資估算不具有參考性，項目的經(jīng)濟性較差。其次，由于我國人口眾多，新建被動式住宅均為高層密集型的特點，目前已經(jīng)建成的兩個住宅類被動式超低能耗建筑均沒有應(yīng)用PV補充建筑能源系統(tǒng)用電，主要原因是由于高層住宅缺乏PV安裝位置，以及我國住宅分戶產(chǎn)權(quán)所有，建筑用電系統(tǒng)分戶計量，PV補充用電系統(tǒng)并網(wǎng)及管理問題復(fù)雜。第三，我國寒冷地區(qū)被動式超低能耗建筑熱泵技術(shù)應(yīng)用廣泛，地源熱泵由于具有能效高，供能穩(wěn)定等特點，較多的應(yīng)用于公建中?？諝庠礋岜糜捎诎惭b靈活及方便管理，責(zé)權(quán)劃分容易，較多的應(yīng)用在住宅類建筑中。

　 小型風(fēng)力發(fā)電機，在我國現(xiàn)有被動式超低能耗建筑建設(shè)中沒有應(yīng)用，除了上面提到的與國外項目相同的風(fēng)力及噪聲因素外，與我國發(fā)電及并網(wǎng)的相關(guān)法律法規(guī)也有很大關(guān)系。

5 發(fā)展展望

 5.1 發(fā)展被動式超低能耗建筑是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路

　 大力發(fā)展被動式超低能耗建筑是中國建筑業(yè)同時也是住房城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。隨著改革開放的不斷深入，我們越來越清晰地看到中國建設(shè)業(yè)在取得的巨大發(fā)展及能源消耗所占的比重。中國從1949年以前每人每年消耗100公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，1978年達到了0.5噸，從1978年—1998年達到了每人每年1噸，到2008年達到了人均2噸的標(biāo)準(zhǔn)煤，到2013年達到了人均接近3噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能源消耗的總量是巨大的。為此，需要我們進行能源轉(zhuǎn)型，隨著建筑節(jié)能和可再生能源技術(shù)的進步，一定有很大的發(fā)展前景。建筑行業(yè)在這方面做出了貢獻，且得到了世界的承認(rèn)。

　 從全球氣候變化的角度而言，人類有一個共同的目標(biāo)，就是從1895年到2100年全球氣候升高不超過2℃。自1992年起，人們開始重視這個問題。1992—2012年，用了8年時間研究和討論，得出一個結(jié)論，從2012年到2100年全球氣候排放的總量為5000-10000億噸，也就是說全球平均每年的排放總量在60—100億噸左右。實際情況看，2012年全球排放了312噸，中國排放了80億噸，超過了美國52億噸，中國的人均排放已經(jīng)達到了6.4噸，超過了世界4.6噸的平均水平，也接近歐盟的平均水平；2013年全球氣候排放總量360億噸，中國達到100億噸，都已經(jīng)遠遠超過了全球允許的排放空間。中國人均排放達到7.6噸，超過了歐洲，我們這方面壓力很大。建筑節(jié)能作為世界公認(rèn)的三大節(jié)能減排的主要領(lǐng)域之一，潛力最大。所以，發(fā)展被動式超低能耗，可以大幅度調(diào)整建筑節(jié)能的用能結(jié)構(gòu)，從根本上解決這個問題，對世界的能源消耗，對減少全球溫室氣體排放和氣候變化將會做出巨大貢獻。

 5.2 積極探索符合中國國情的被動式超低能耗建筑技術(shù)

我　　國地域廣闊，各地氣候差異大，沒有哪個完整的國外經(jīng)驗可以照搬，因此我們要結(jié)合中國實際，發(fā)展被動式超低能耗技術(shù)，積極探索符合中國國情的被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)。我們學(xué)習(xí)全人類包括中國古代的理念，學(xué)習(xí)西方技術(shù)，要因地制宜地解決我們的實際問題。中國經(jīng)過5000年的發(fā)展，很多理念和技術(shù)都不落后，可在結(jié)合與因地制宜上并未做得很好。我們國家橫跨多個氣候帶，南北地區(qū)的供暖和空調(diào)分布極不平衡，與同一緯度的歐洲國家、美國相比，冬季比較寒冷，夏季十分炎熱，又是一個發(fā)展中國家，各地經(jīng)濟發(fā)展不平衡，城市和農(nóng)村不平衡。受社會經(jīng)濟發(fā)展水平影響，我們的居住環(huán)境要達到小康水平，要利用各種技術(shù)控制和智能化手段，利用自然結(jié)合的方式，利用中國高層建筑的特點，這需要一個深入系統(tǒng)全面的研究方案。

　 東西方觀點有區(qū)別，中國人觀察宇宙地球，崇尚天人合一；而西方人更多是分析、采集，將地球作為客觀對象認(rèn)識，充分地發(fā)展了他們的特色。這一點我們確實落后西方，所以我們在吸收歐洲被動式綠色節(jié)能建筑技術(shù)的基礎(chǔ)上，立足我國國情，因地制宜發(fā)展我國建筑節(jié)能技術(shù)，特別是考慮氣候特征的因素?，F(xiàn)在國內(nèi)設(shè)計的低能耗技術(shù)，很多帶有機械性，全盤地甚至原汁原味來學(xué)習(xí)西方的技術(shù)，創(chuàng)新的還不多。為了建立中國被動式超低能耗建筑技術(shù)，我們委托中國建筑科學(xué)研究院、中國被動式超低能耗建筑聯(lián)盟編制了《被動式超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則》，該導(dǎo)則經(jīng)過十幾次修改，現(xiàn)在基本定稿，即將發(fā)布，希望能夠指導(dǎo)我國被動式超低能耗建筑這項工作的實施。

　 我們發(fā)展被動式超低能耗建筑，同時要發(fā)展綠色建材來促進符合中國特色的超低能耗建筑的發(fā)展。綠色建材和裝備技術(shù)是發(fā)展中國被動式建筑重要的物質(zhì)基礎(chǔ)和手段，被動式建筑需特殊高效的保溫材料，高性能的圍護結(jié)構(gòu)及熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)，很多技術(shù)和材料與傳統(tǒng)技術(shù)要求不一樣，我們在這方面與國外還有很大的差距。自2014年以來，我們聯(lián)合工信部，陸續(xù)出臺了綠色建材評價的標(biāo)準(zhǔn)辦法，促進綠色建材生產(chǎn)和應(yīng)用的評定方案，綠色建材評價標(biāo)準(zhǔn)管理細則和綠色建材評價技術(shù)導(dǎo)則，我們希望可以從生產(chǎn)、運輸、使用、循環(huán)整個全過程，對新材料，新方式進行評價。

 5.3 發(fā)揚科學(xué)精神，扎扎實實地工作

　 我國的建筑節(jié)能工作相較于西方起步得比較晚，起點也比較低，然而我們在綠色建筑方面起步?jīng)]有那么晚和低，我們在被動式超低能耗建筑方面可以說和西方發(fā)達國家基本上處在同步水平，雖然西方人在這方面研究得比較早，工程建設(shè)比較好，但真正發(fā)展從規(guī)模、總量、速度上，中國現(xiàn)在不亞于世界上任何國家，所以我們要抓緊這個機會?？梢酝耆珡倪@次重新起步的機會深入研究，取得創(chuàng)新性的成果。德國的被動式技術(shù)也是受到了中國南北窯洞和閩西土樓的理念影響，雖然我們做到了可是沒有科學(xué)的理論，而西方人有這種特長和認(rèn)真檢測、分析計算制定各種公式。

　 應(yīng)該說，在開展符合中國實際的超低能耗建筑技術(shù)方面，沒有哪個國家比我們更有優(yōu)勢。其中還有無數(shù)的“蘋果”、“針眼大的窟窿”需要廣大建筑技術(shù)人員去分析和測試。我們應(yīng)該根據(jù)氣候條件，應(yīng)該研發(fā)中國的計算公式。說我們建筑技術(shù)發(fā)展得很快，但在居住環(huán)境技術(shù)方面我們還有很大的差距，所以我們又一定要學(xué)習(xí)國外先進的技術(shù)，開放合作，扎扎實實地工作，促進符合中國實際的超低能耗建筑技術(shù)達到國際水平，改善中國人民的居住環(huán)境，為全面建成小康社會作出我們建筑技術(shù)人員的貢獻。

　 建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)先行，被動式超低能耗建筑作為我國建筑最終邁向零能耗的先導(dǎo)，制定科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)是其健康有序發(fā)展的先決條件。加強被動式超低能耗建筑的基礎(chǔ)性研究工作，包括標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計評估工具的開發(fā)、技術(shù)適宜性的研究、高性能建筑部品和設(shè)備的研發(fā)工作。為我國逐步提高建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，最終邁向建筑零能耗的目標(biāo)的實現(xiàn)提供技術(shù)積累。

（本文收錄于中國城市科學(xué)研究會主編的《中國綠色建筑2016》，作者系中國建筑科學(xué)研究院環(huán)境與節(jié)能研究院院長）