薦讀 | 對歐洲“被動(dòng)房”的思考

歐洲國家對節(jié)能建筑的研究和實(shí)踐一直都十分活躍而卓有成效，不少新的概念和技術(shù)都源自歐洲，“被動(dòng)房”（Passive House）作為節(jié)能建筑的一種類型，由于其具有獨(dú)特的研究出發(fā)點(diǎn)和逐漸成熟的設(shè)計(jì)、建造和評價(jià)體系，在歐洲國家越來越受到社會(huì)各界的青睞，成為學(xué)術(shù)研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐的有一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。

“被動(dòng)房”建筑的基本情況

“被動(dòng)房”建筑的定義

按照歐盟委員會(huì)支持的歐洲“被動(dòng)房”促進(jìn)項(xiàng)目中對“被動(dòng)房”的定義，“被動(dòng)房”是指不通過傳統(tǒng)的采暖方式和主動(dòng)的空調(diào)形勢來實(shí)現(xiàn)舒適的冬季和夏季室內(nèi)環(huán)境的建筑。

各國研究者比較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為“被動(dòng)房”最大特點(diǎn)在于通過被動(dòng)式設(shè)計(jì)，使得建筑對采暖和空調(diào)需求的最小化。

由于“被動(dòng)房”的研究與實(shí)踐始于德國，根據(jù)德國的氣候條件，目前歐洲大多數(shù)的“被動(dòng)房”的技術(shù)措施著眼于冬季采暖需求的最小化。

“被動(dòng)房”建筑概念的創(chuàng)立

“被動(dòng)房”的概念是在德國上世紀(jì)80年代低能耗建筑的基礎(chǔ)上建立起來，1988年瑞典德隆大學(xué)的阿達(dá)姆森教授和德國的費(fèi)斯特博士首先提出這一概念，他們認(rèn)為“被動(dòng)房”應(yīng)該是不用主動(dòng)的采暖和空調(diào)系統(tǒng)就可以維持舒適內(nèi)熱環(huán)境的建筑。

1991年在德國的達(dá)姆施塔特建成了第一座“被動(dòng)房”，在建成至今的十幾年里，一直按照設(shè)計(jì)的要求正常運(yùn)行，取得了很好的效果。

1996年，費(fèi)斯特博士在德國達(dá)姆施塔特創(chuàng)建了“被動(dòng)房”研究所（PHI）。該研究所是目前“被動(dòng)房”研究最權(quán)威的機(jī)構(gòu)之一。

在歐洲已經(jīng)有上萬座“被動(dòng)房”建成，并且“被動(dòng)房”的理念已經(jīng)不再只局限于住宅建筑中，在一些公共建筑中，也逐漸開始采用“被動(dòng)房”的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。

“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”

“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”實(shí)際上是一個(gè)實(shí)現(xiàn)建筑超低能耗的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，目前這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并非官方制定，而是研究者們達(dá)成一個(gè)共識。

在歐洲國家，要真正被認(rèn)證為“被動(dòng)房”必須滿足2條標(biāo)準(zhǔn)：1）建筑每年的采暖能耗不超過15kwh/㎡；2）建筑每年總年耗（采暖、空調(diào)、生活熱水、照明、家電等）不超過120kwh/㎡。

按照這些標(biāo)準(zhǔn)，建筑的冬季采暖可以被減少到歐洲現(xiàn)有同類型建筑的10%以內(nèi)，建筑每年的總能耗可以減少到30%以內(nèi)，二氧化碳的排放可以減少到50%以內(nèi)。

在歐洲目前大約一萬座被認(rèn)證為“被動(dòng)房”的建筑中，都是按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)建造的，他們大多數(shù)都是居住建筑，也包括一些辦公樓、學(xué)校、幼兒園、超市等公共建筑。

“被動(dòng)房”設(shè)計(jì)的主要措施

目前的“被動(dòng)房”項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)和建造“被動(dòng)房”建筑時(shí)主要致力于解決冬季的采暖問題，其設(shè)計(jì)理念的核心思想在于最大限度地減少建筑的熱量損失。其技術(shù)措施可以歸納為4個(gè)方面。

加強(qiáng)建筑維護(hù)體系的保溫性能

建筑維護(hù)體系主要由外墻、屋面和外窗組成，加強(qiáng)圍護(hù)體系的保溫性能是“被動(dòng)房”建筑設(shè)計(jì)和建造中最為重要的技術(shù)措施。正如人在冬季最重要的御寒手段就是穿上保暖衣服一樣，這是一個(gè)非常簡單的道理。

而“被動(dòng)房”正是充分發(fā)揮了這一原則。在考慮現(xiàn)有建筑材料的性能和價(jià)格的基礎(chǔ)上，為建筑穿上一件最保暖的外套，并把可能存在的“冷橋”盡量阻隔掉。

建筑外墻和屋面是圍護(hù)體系主體，在歐洲目前的“被動(dòng)房”中，外墻和屋面的保溫材料較多地采用XPS擠塑聚苯板以及巖棉等。為達(dá)到“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”，所采用的厚度都非常大。

例如：德國達(dá)姆施塔特建成的第一座“被動(dòng)房”建筑中，外墻采用275mm的EPS聚苯保溫板，其傳熱系數(shù)為0.14w/(㎡·K)；屋面采用了445mm的巖棉保溫，其傳熱系統(tǒng)達(dá)到0.1w/(㎡·K)。

在其他已建成的“被動(dòng)房”項(xiàng)目中，外墻和屋面的傳熱系數(shù)通常都在0.1w/(㎡·K)左右。

外窗的保溫性能對玻璃和窗框要求讀很高，在不少歐洲國家現(xiàn)有的建筑中，大多數(shù)采用雙層中空玻璃和斷橋鋁合金的窗框，其傳熱系數(shù)為2.4w/(㎡·K)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到“被動(dòng)房”外窗的保溫性能要求。

目前已建成的“被動(dòng)房”中，建筑外窗通常采用3層中空玻璃以及帶保溫夾層的窗框，其傳熱系數(shù)可達(dá)0.8 w/(㎡·K)以下。

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的阻熱性能明顯提高以后，“冷橋”就成為一個(gè)影響圍護(hù)體系保溫效果的重要因素。在現(xiàn)有建筑的設(shè)計(jì)中，“冷橋”也已經(jīng)成為一個(gè)被關(guān)注的問題，但是遠(yuǎn)沒有在“被動(dòng)房”設(shè)計(jì)中那樣盡可能的被避免。在“被動(dòng)房”里，盡量避免“冷橋”存在。

提高建筑的氣密性能

基于“被動(dòng)房”的理念，建筑應(yīng)該是一個(gè)盡量不受室外環(huán)境干擾的獨(dú)立系統(tǒng)。因此，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有可以隔絕室內(nèi)外空氣滲透的功能，這一點(diǎn)在冬季尤為重要，所以，“被動(dòng)房”建筑與室外空氣交換都是通過可以控制的機(jī)械系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

建筑的氣密性能對于“被動(dòng)房”非常重要，好的密閉性除了可以降低熱量損失以外，還可以控制室內(nèi)環(huán)境的濕度和保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)。

在“被動(dòng)房”建筑設(shè)計(jì)中，不少窗扇都是固定不可以打開的，部分可開啟窗扇在關(guān)閉時(shí)也要滿足很高的氣密性要求。

在“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”中有一條不做嚴(yán)格要求但是推薦采用的指標(biāo)，就是在建筑的氣密性測試中，要求在室內(nèi)外50Pa壓力差的情況下，每小時(shí)的空氣滲透量不能超過建筑總?cè)莘e的60%。

在歐洲各國的現(xiàn)有建筑中，這一指標(biāo)都還遠(yuǎn)不能達(dá)到要求，通常在200%-400%之間，而在德國達(dá)姆施塔特建成的第一座“被動(dòng)房”中，這一指標(biāo)僅為30%，有效地減少了冬季熱量的損失。

機(jī)械送新風(fēng)并進(jìn)行熱回收

當(dāng)建筑的氣密性能大大提高以后，適宜的通風(fēng)換氣方式對于“被動(dòng)房”就尤為重要了。

要保持室內(nèi)空氣的清潔與健康，必須要滿足一定的新風(fēng)量，在歐洲各國中，新風(fēng)量的指標(biāo)從室內(nèi)空氣每小時(shí)換氣0.4~0.9次，我國北京居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的冬季換氣指標(biāo)為0.5次，與歐洲各國的要求大致相同。

在現(xiàn)有建筑中，開啟窗戶和門窗縫隙的滲透是實(shí)現(xiàn)建筑冬季換氣的常用方式，但這樣無疑會(huì)帶來大量的熱量損失，并且產(chǎn)生室內(nèi)吹冷風(fēng)的不舒適感。

在“被動(dòng)房”中，這一換氣指標(biāo)則完全需要通過機(jī)械通風(fēng)的方式來完成，在每套住宅中，室內(nèi)污濁的空氣從廚房和衛(wèi)生間的排風(fēng)口排入風(fēng)管中，新鮮空氣則從起居室和臥室的送風(fēng)口中進(jìn)入房間。

把建筑排風(fēng)中的熱量回收，用以預(yù)熱室外的新鮮空氣并送入室內(nèi)是實(shí)現(xiàn)“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”的關(guān)鍵技術(shù)之一，在歐洲目前使用的熱交換器的熱回收效率非常高，可以達(dá)到75%~90%的熱回收率，所以傳統(tǒng)建筑在冬季通風(fēng)換氣損失的熱量在“被動(dòng)房”建筑中很大程度上被避免了。

新風(fēng)排風(fēng)熱交換器的體積很小，通常裝在建筑吊頂或者閣樓內(nèi)就可以。由于“被動(dòng)房”建筑隊(duì)采暖所需的熱量需求已經(jīng)很少，所以甚至可以通過新風(fēng)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)房間的溫度，經(jīng)過加熱的新風(fēng)送入房間就足夠保持設(shè)計(jì)的室內(nèi)氣溫，這樣，建筑內(nèi)就可以完全不用安裝傳統(tǒng)意義的采暖系統(tǒng)了。

當(dāng)然，在設(shè)計(jì)者看來，機(jī)械新風(fēng)的另一個(gè)好處是可以保證空氣的質(zhì)量。在新風(fēng)的處理過程中，除了可以回收熱量以外，還可以過濾室外空氣的塵土，控制空氣的濕度，使空氣的質(zhì)量可以比自然通風(fēng)的空氣質(zhì)量大大提高。

所以，即使是在非采暖季節(jié)，在不必考慮熱量損失的情況下，有不少建筑師還是堅(jiān)持在設(shè)計(jì)采用機(jī)械新風(fēng)系統(tǒng)。

低熱負(fù)荷的采暖方式

通過上述3方面的措施，“被動(dòng)房”的冬季采暖需求已經(jīng)被降低的程度，只需要很少的熱量即可以達(dá)到室內(nèi)的設(shè)計(jì)溫度，有研究者在“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”中提出，“被動(dòng)房”建筑的采暖熱負(fù)荷應(yīng)該低于10W/㎡。

這時(shí)候，作為被動(dòng)式建筑的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，在這個(gè)基礎(chǔ)上，為建筑提供采暖的熱源就完全可以擺脫對傳統(tǒng)采暖設(shè)備的依賴，設(shè)計(jì)者可以充分發(fā)揮想象力利用各種“免費(fèi)”能源來為建筑提供熱量。

利用太陽能是最常見的方式，滿足“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”的建筑，可以通過被動(dòng)式太陽房的設(shè)計(jì)獲得熱量，也可以通過建筑立面的設(shè)計(jì)，是充足的陽光在冬季直接照射到建筑室內(nèi)，所獲得的太陽能就能夠提供相當(dāng)一部分采暖的熱量。

另外，建筑內(nèi)的電燈、家用電器和廚房設(shè)施產(chǎn)生的熱能都為房間供暖，甚至人體自身產(chǎn)生的熱能也可以維持房間的溫度。

當(dāng)然，這些都不穩(wěn)定的熱源，所以建筑內(nèi)一般也會(huì)有小型的采暖設(shè)施作為備用。通過加熱新風(fēng)或者安裝小型低溫?zé)彷椛淦魇浅Ｒ姷姆绞?，采暖設(shè)施的熱量可以通過小型的地源熱泵、生物質(zhì)燃爐、太陽能集熱器等可再生能源設(shè)施來獲得。

“被動(dòng)房”的發(fā)展方向

建造多樣化的“被動(dòng)房”

因?yàn)椤氨粍?dòng)房”的緣起是在德國、奧地利等歐洲中部國家，所以相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)措施更多的是針對這一地區(qū)的氣候特征和地域特點(diǎn)。

要推廣“被動(dòng)房”的設(shè)計(jì)理念，必須使其適應(yīng)不同的地域和環(huán)境，發(fā)展多樣化的“被動(dòng)房”。

在其他歐洲國家中，這種多樣化的趨勢正在不斷深入。歐洲幅員廣闊，氣候差異較大，北歐國家冬季嚴(yán)寒，而地中海沿岸國家夏季較為炎熱，這些氣候特征都與德國有很大不同，在設(shè)計(jì)中必須采用不同策略。

居住建筑的修建方式也各有特點(diǎn)，比如外墻，在德國外墻涂料很常見，而荷蘭、比利時(shí)等國家磚砌空心墻較多，瑞典、芬蘭等國家則通常采用木構(gòu)建筑。

針對這些不同的修建方式，需要在建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)上采用不同的方式來使墻外的保溫性能達(dá)到“被動(dòng)房”的要求。

隨著“被動(dòng)房”理念的不斷推廣，在歐洲各國也都建成了不少“被動(dòng)房”建筑實(shí)例。

目前，“被動(dòng)房”理念也傳播到了歐洲以外的國家。2006年在美國明尼蘇達(dá)州的貝密吉建成了北美第一座經(jīng)過認(rèn)證的“被動(dòng)房”建筑Waldsee Biohaus，2007年美國的“被動(dòng)房”研究所（Passive House Institute US）在伊利諾伊州的厄巴納成立。

亞洲國家中，目前有研究者在韓國進(jìn)行把“被動(dòng)房”理念運(yùn)用于城市高層住宅的可行性研究，這些項(xiàng)目對東亞周邊國家也將會(huì)起到一定的示范作用。

“被動(dòng)房”在歐洲的發(fā)展速度很快，有德國的研究者樂觀地認(rèn)為德國在未來10年內(nèi)將全面采用“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”，10年后的所有新建住宅都會(huì)是“被動(dòng)房”。

如此看來，如果“被動(dòng)房”的理念能夠得以廣泛普及，其技術(shù)措施能夠得到廣泛運(yùn)用，在將來的某個(gè)時(shí)期，城市中的建筑都滿足“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”，所有的建筑都可以在建筑內(nèi)部輕易地解決冬季采暖問題，那目前作為重要市政基礎(chǔ)設(shè)施的城市供暖系統(tǒng)就可以退出歷史舞臺了。

這樣看來，“被動(dòng)房”在實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保的環(huán)境目標(biāo)的同時(shí)，也將改變?nèi)藗兊纳罘绞胶统鞘械男螒B(tài)。

提高“被動(dòng)房”建筑的性價(jià)比

與其他節(jié)能建筑一樣，高額的附加成本往往是影響發(fā)展的瓶頸。要普及“被動(dòng)房”，就必須要提高其性價(jià)比，使之成為對普通城市居民具有吸引力并可以負(fù)擔(dān)的建筑。

“被動(dòng)房”體現(xiàn)的是被動(dòng)式的設(shè)計(jì)理念，其最主要的技術(shù)手段是提高建筑外圍體系的保溫性能，所以相對其他節(jié)能建筑而言，它所采用的大都是低技術(shù)的措施，在造價(jià)上是有一定優(yōu)勢的。

“被動(dòng)房”建筑也不會(huì)像其他節(jié)能建筑一樣總是追隨最新的技術(shù)手段，讓建筑的調(diào)節(jié)與操控變得很復(fù)雜，而使節(jié)能建筑成為高技術(shù)高成本的代名詞。因此，長遠(yuǎn)看來“被動(dòng)房”是很有市場潛力的。

根據(jù)德國“被動(dòng)房”研究所公布的案例資料，在德國一套新建成的100㎡的“被動(dòng)房”住宅，增加的額外投資為7669歐元，另一套新建成的130㎡的“被動(dòng)房”住宅，增加的額外投資為13140歐元，而他們每年所節(jié)省的能耗費(fèi)用在511~1023歐元之間。

在德國對于節(jié)能建筑的財(cái)政補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠政策下，對于購房者而言，這樣的性能價(jià)格比已經(jīng)是非常容易接受的了。

當(dāng)然，節(jié)能建筑的性價(jià)比總是受到各種因素影響的。由于石油、天然氣、煤炭等不可再生能源的價(jià)格會(huì)長期趨漲，而普及程度的提高會(huì)使節(jié)能技術(shù)的成本逐漸下降，這是大的趨勢。

而目前，市場對節(jié)能住宅的接受度很大程度上還是要受到投資與收益平衡的影響，對于普通城市居民而言，如果附加的購房成本能夠在可以預(yù)見的時(shí)期內(nèi)通過大大減少采暖費(fèi)用而得以回收，那一定還是非常具有吸引力的。

建立基于“被動(dòng)房”理念的設(shè)計(jì)方法

在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)建筑的節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保等環(huán)境目標(biāo)的策略中，總的來講可以劃分為兩大部分：一部分是“需求最小化”策略，另一部分是“供給最優(yōu)化”策略。

而對需求的控制完全可以用被動(dòng)式的方法來完成，“被動(dòng)房”正是充分運(yùn)用這一方法的例子?！氨粍?dòng)房”一方面是一種節(jié)能建筑類型，這種類型的建筑需要滿足“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”的要求；另一方面，“被動(dòng)房”理念也可以發(fā)展成為一種可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)方法——被動(dòng)式法。

被動(dòng)式方式是一種利用建筑自身而不通過設(shè)備來滿足建筑物理環(huán)境的要求，并實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能、環(huán)保等環(huán)境可持續(xù)目標(biāo)的方法。

把建筑對能能源和資源的日常需求控制到最低是被動(dòng)式方法的核心思想，這些需求涉及到建筑的采暖、空調(diào)、照明、用水等方面，對于位于不同氣候條件和社會(huì)環(huán)境中的建筑，這些需求會(huì)有很大不同，建筑師需要發(fā)揮足夠的智慧，運(yùn)用多方面的策略才能很好地把這些需求降到最低。

“需求最小化”是可持續(xù)建筑的重要內(nèi)容，在這一基礎(chǔ)上，再采取可再生能源利用、能源效率提高、資源循環(huán)再利用等“供給最優(yōu)化”的具體相關(guān)策略，才能獲得最大的環(huán)境收益。

對住宅建筑而言，被動(dòng)式方法可以涵蓋居住區(qū)規(guī)劃、住宅設(shè)計(jì)、管理機(jī)制、居住生活模式等幾個(gè)不同的方面，在這幾個(gè)方面都有各自可以實(shí)現(xiàn)控制要求的措施，把這些措施有機(jī)的組合到一起，可以把住宅對能源和資源的日常需求降到最低，從而形成一個(gè)實(shí)現(xiàn)住宅建筑環(huán)境可持續(xù)目標(biāo)的“被動(dòng)式體系”。

“被動(dòng)房”在我國的應(yīng)用前景分析

“被動(dòng)房”經(jīng)過歐洲國家不斷研究與實(shí)踐，已經(jīng)發(fā)展出比較成熟的設(shè)計(jì)、建造和評價(jià)體系。從大量建成項(xiàng)目的效果看，“被動(dòng)房”建筑有很好的發(fā)展前景。

目前“被動(dòng)房”建筑的研究和實(shí)踐也已經(jīng)在北美和亞洲的國家中開始進(jìn)行。我國對節(jié)能建筑歷來非常重視，近年來也在研究和實(shí)踐中取得了不少積極的成果，可以結(jié)合國情，吸取歐洲“被動(dòng)房”建筑的經(jīng)驗(yàn)。

首先要考慮我國不同地區(qū)的氣候特征?！氨粍?dòng)房”最初的設(shè)計(jì)原則和技術(shù)方法是以德國、奧地利等歐洲中部國家的氣候?yàn)橐罁?jù)，而目前北歐和南歐國家已經(jīng)在此基礎(chǔ)上發(fā)展了各自的“被動(dòng)房”，東歐國家如匈牙利、捷克等也正在進(jìn)行相關(guān)研究與實(shí)踐。

我國國土面積與歐洲近似，有7個(gè)不同的氣候分區(qū)，各地區(qū)的氣候特征以及對采暖和通風(fēng)的要求也不同，在我國不同地區(qū)建造“被動(dòng)房”可以根據(jù)情況參考?xì)W洲相應(yīng)氣候特征國家的經(jīng)驗(yàn)。

同時(shí)，我國與歐洲國家文化上的差異也會(huì)影響到“被動(dòng)房”的設(shè)計(jì)。

例如，我國的飲食方式對住宅廚房的要求和歐洲國家有很大不同，住宅中廚房產(chǎn)生的油煙和氣味通常需要通過自然通風(fēng)或者抽油煙機(jī)及時(shí)排走，而“被動(dòng)房”對建筑密閉性和室內(nèi)換氣量卻有特定的要求。

因此如何在住宅設(shè)計(jì)中同時(shí)滿足節(jié)能和生活習(xí)慣的要求是一個(gè)需要綜合考慮的問題。

另外，我國目前大多數(shù)住宅是市場化的，“被動(dòng)房”的收益和所增加的額外投資是否能夠平衡，從而被市場所接受，這也是影響到“被動(dòng)房”是否可以推廣的關(guān)鍵因數(shù)。

盡可能采用本土的建筑材料和相關(guān)產(chǎn)品是有效降低建造成本的方式，這一點(diǎn)需要在研究和實(shí)踐中做更多的嘗試。

當(dāng)然，從歐洲國家的經(jīng)驗(yàn)來看，“被動(dòng)房”的造價(jià)明顯低于其他高技術(shù)節(jié)能建筑，而且隨著需求的增加和相關(guān)產(chǎn)品的普及，其生產(chǎn)成本的優(yōu)勢會(huì)越來越大。

“被動(dòng)房”的基本理念和技術(shù)策略在我國是完全可以實(shí)現(xiàn)的。我國在節(jié)能建筑的政策法規(guī)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、建造施工以及建筑材料的研發(fā)生產(chǎn)上已經(jīng)具備一定的基礎(chǔ)，歐洲“被動(dòng)房”建筑所要求的材料和設(shè)備大多數(shù)在我國都有相同或者類似的產(chǎn)品。

建筑師需要在運(yùn)用“被動(dòng)房”基本理念的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的實(shí)際情況，創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出符合我國國情的“被動(dòng)房”，為可持續(xù)建筑的發(fā)展增加新的亮點(diǎn)。

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