盧求 / LU Qiu

德國(guó)被動(dòng)房超低能耗建筑技術(shù)體系

盧求 / LU Qiu

1 被動(dòng)房的起源

被動(dòng)房最初是指在寒冷的氣候條件下，建筑不需要采暖設(shè)備，僅通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫就能實(shí)現(xiàn)較舒適的室內(nèi)環(huán)境。按照該理念實(shí)現(xiàn)的第一件作品是1883年在挪威建造的弗拉姆（Fram）號(hào)極地考察船（圖1）。這艘35m長(zhǎng)，用橡木建造的考察船，載重量為800t，配有三桅風(fēng)帆和220馬力的柴油動(dòng)力螺旋槳，曾是當(dāng)時(shí)世界上深入極地最遠(yuǎn)的考察船。在南極、北極極度寒冷的氣候條件下，該船不需要開(kāi)啟采暖火爐，即可保持船體內(nèi)較為舒適的溫度。實(shí)現(xiàn)這一效果主要依靠?jī)?yōu)秀的保溫構(gòu)造，船壁和甲板構(gòu)造厚度達(dá)40～50cm，由多層材料組合而成，窗戶由3層玻璃構(gòu)成。如今，這艘船作為一座博物館在奧斯陸被保護(hù)下來(lái)。

在歐洲寒冷地區(qū)，建造一棟不用采暖就能過(guò)冬的房子，對(duì)很多人來(lái)說(shuō)是夢(mèng)想也是挑戰(zhàn)。20世紀(jì)，在北歐和英國(guó)，有建筑師、工程師小范圍地嘗試建造不用采暖設(shè)備就可以過(guò)冬的住房。1973年，位于哥本哈根的丹麥科技大學(xué)建造了一棟試驗(yàn)性被動(dòng)房建筑，實(shí)際上它還沒(méi)有達(dá)到被動(dòng)房的水平，只能被稱作低能耗建筑，但它為后來(lái)被動(dòng)房技術(shù)體系的完善積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。早期的被動(dòng)房實(shí)踐暴露出許多問(wèn)題，缺少高性能窗戶，人們沒(méi)有意識(shí)到建筑氣密性的重要性，不少項(xiàng)目采用了復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備和構(gòu)造機(jī)關(guān)，使建筑后期的使用和圍護(hù)復(fù)雜且成本高。人們?cè)诓粩嗝鳌L試各種技術(shù)組合，進(jìn)行理論研究、模擬計(jì)算，但還是沒(méi)能找到最佳技術(shù)組合。為減少熱能損失，必須提高建筑氣密性，通過(guò)新風(fēng)系統(tǒng)保證室內(nèi)空氣質(zhì)量，而根據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)，僅維持室內(nèi)新鮮空氣一項(xiàng)就需要35kWh/（m2·a）的電能，高于現(xiàn)在被動(dòng)房采暖能耗標(biāo)準(zhǔn)的2倍。

2 德國(guó)低能耗建筑的分類標(biāo)準(zhǔn)和近零能耗建筑發(fā)展目標(biāo)

德國(guó)經(jīng)過(guò)幾十年的努力與實(shí)踐，建筑節(jié)能技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)大幅提高。德國(guó)低能耗建筑根據(jù)建筑能耗水平劃分為3個(gè)等級(jí)。在達(dá)到相關(guān)規(guī)范所要求的建筑室內(nèi)舒適度和健康標(biāo)準(zhǔn)的前提下，建筑物對(duì)一次性能源的需求量如表1所示。

表1 不同建筑一次能源需求量

圖1 挪威弗拉姆（Fram）號(hào)極地考察船（來(lái)源：www.timbowden.com.au）

除此之外，還有兩個(gè)重要的概念，零能耗建筑（Zero Energy Building）和產(chǎn)能建筑（Plus Energy Building）。零能耗建筑通常是通過(guò)被動(dòng)設(shè)計(jì)，使建筑的能源需求量降到很低，進(jìn)一步采用可再生能源（太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等），覆蓋所需能源，建筑不依靠外部能源；產(chǎn)能建筑采用可再生能源（太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等），覆蓋所需能源之外，建筑向外部輸出能源。

需要注意的是，這里的能耗是指一次性能耗（primary energy），房屋采暖使用的能耗為終端能耗（end energy），一次性能源（石油、煤、天然氣等）經(jīng)過(guò)燃燒和輸送才能把熱能送到房間里，這一過(guò)程中有相當(dāng)?shù)膿p耗，因此，如果房間里采暖使用1kWh的能源，則需要大于1kWh的一次性能源供應(yīng)。如果使用電加熱，使用1kWh的電則大約需要消耗3kWh的煤炭，是一次性能源消耗量的3倍。

德國(guó)2014版節(jié)能條例于2014年5月1日生效。新版節(jié)能條例在2009版節(jié)能條例的基礎(chǔ)上，提高了建筑節(jié)能要求，分兩步共降低建筑一次性能源消耗量25%。執(zhí)行新版節(jié)能條例后，建筑采暖能耗約為50kWh/（m2·a），即德國(guó)新建建筑都必須達(dá)到低能耗建筑的標(biāo)準(zhǔn)。

德國(guó)要求自2021年起新建建筑達(dá)到“近零能耗建筑”（Nearly-Zero Energy Building）標(biāo)準(zhǔn)?！敖隳芎慕ㄖ笔侵附ㄖ锞哂蟹浅８叩墓?jié)能性能，建筑物在運(yùn)行過(guò)程中按照歐盟建筑能效指令2010/31/ EU附件1方法計(jì)算出的運(yùn)行所需的一次性能源消耗幾乎為零或非常低，而這部分能源消耗的大部分由建筑自身或附近生產(chǎn)的可再生能源提供。

圖2 Bo Adamson（左）和Wolfgang Feist（右）在1998年杜塞爾多夫的第二屆被動(dòng)房年會(huì)上（來(lái)源：PHI）

圖3 德國(guó)Darmstadt-Kranichstein連排住宅室內(nèi)環(huán)境（來(lái)源：PHI）

圖4 世界上第一棟被動(dòng)房建筑德國(guó)Darmstadt-Kranichstein連排住宅（來(lái)源：PHI）

德國(guó)《節(jié)能法》（EnEG 2013）要求自2019年起新建政府公共建筑達(dá)到近零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)、2021年起所有新建建筑達(dá)到近零能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)、2050年所有存量建筑改造成近零能耗建筑。采用被動(dòng)房超低能耗建筑技術(shù)體系和提升可再生能源使用比例是德國(guó)實(shí)現(xiàn)上述宏偉目標(biāo)的主要技術(shù)路線。

3 德國(guó)被動(dòng)房和被動(dòng)房研究所的誕生

1988年瑞典隆德大學(xué)（Lund University）的阿達(dá)姆森教授（Bo Adamson）和德國(guó)的沃爾夫?qū)?· 法伊斯特博士（Wolfgang Feist）在共同進(jìn)行的低能耗建筑研究項(xiàng)目過(guò)程中，首先提出完整的“被動(dòng)房”建筑技術(shù)體系，找到了被動(dòng)房的最佳技術(shù)組合（圖2）。阿達(dá)姆森教授和法伊斯特博士都是建筑物理學(xué)家和工程師。1990年，在法伊斯特博士的參與下，達(dá)姆施塔特的克蘭尼斯坦區(qū)（Darmstadt-Kranichstein）成功建造了世界上第一棟被動(dòng)房試驗(yàn)建筑（圖3～5）。這是一座4戶連排私人投資建設(shè)的住宅，每戶156m2，建筑師是博特（Bott），里德（Ridder）和韋斯特邁耶（Westermeyer）。項(xiàng)目受到德國(guó)黑森州政府的資助，這座被動(dòng)房非常成功，至今一直有4個(gè)家庭居住在里面，多年實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，其采暖能耗小于12kWh/（m2·a）。

圖5 德國(guó)Darmstadt-Kranichstein連排住宅剖面（來(lái)源：PHI）

圖6 德國(guó)被動(dòng)房認(rèn)證標(biāo)識(shí)

1996年，法伊斯特博士在德國(guó)達(dá)姆施塔特創(chuàng)建了“被動(dòng)房”研究所（Passive House Institute，簡(jiǎn)稱PHI），該研究所作為獨(dú)立的科研學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，是被動(dòng)式建筑研究領(lǐng)域的權(quán)威機(jī)構(gòu)，為世界上第一棟被動(dòng)式住宅、第一棟被動(dòng)式辦公建筑、第一棟被動(dòng)式學(xué)校建筑、第一棟被動(dòng)式體育館、第一棟被動(dòng)式游泳館、第一棟被動(dòng)式工業(yè)建筑、第一棟既有建筑被動(dòng)式改造等提供設(shè)計(jì)咨詢、技術(shù)支持及后續(xù)跟蹤研究。同時(shí)，被動(dòng)房研究所編制出版了被動(dòng)房設(shè)計(jì)手冊(cè)（Passive House Planning Package，簡(jiǎn)稱PHPP）、被動(dòng)房計(jì)算軟件、被動(dòng)房評(píng)價(jià)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、被動(dòng)房部品認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，并不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的維護(hù)

和更新，并對(duì)達(dá)到被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)的建筑、建筑部品（門(mén)窗、保溫系統(tǒng)、空調(diào)、新風(fēng)設(shè)備等）進(jìn)行認(rèn)證（圖6）。

4 德國(guó)被動(dòng)房的技術(shù)體系

4.1 被動(dòng)房的定義

在德國(guó)，被動(dòng)房是指建筑僅利用太陽(yáng)能、建筑內(nèi)部得熱、建筑余熱回收等被動(dòng)技術(shù)，而不使用主動(dòng)采暖設(shè)備、實(shí)現(xiàn)建筑全年達(dá)到ISO7730規(guī)范要求的室內(nèi)舒適溫度范圍和新風(fēng)要求。

被動(dòng)房舒適度核心指標(biāo)包括：室內(nèi)溫度20～25℃；圍合房間各面的表面溫度不低于室內(nèi)溫度3℃；空氣相對(duì)濕度：40%～60%；室內(nèi)空氣流速小于0.2m/s。室內(nèi)表面不能出現(xiàn)凝結(jié)水和長(zhǎng)霉。德國(guó)被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)不僅能耗超低，而且室內(nèi)舒適度明顯高于我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范要求。

被動(dòng)房核心能耗指標(biāo)包括：被動(dòng)房的采暖一次能源消耗量≤15kWh/（m2·a），一次能源總消耗量≤120kWh/（m2·a）。

4.2 被動(dòng)房住宅建筑的設(shè)計(jì)（針對(duì)中歐地區(qū)氣候條件）

被動(dòng)房需要細(xì)致精心的設(shè)計(jì)與施工。設(shè)計(jì)建造被動(dòng)房，需從以下幾方面入手：緊湊的建筑體型系數(shù)，控制窗墻比，極好的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能（屋面、墻體、地面、門(mén)窗），適當(dāng)?shù)恼陉?yáng)設(shè)施，嚴(yán)格的建筑氣密性要求，帶有高效熱回收的通風(fēng)換氣系統(tǒng)（圖7）。在設(shè)計(jì)過(guò)程中通常須滿足以下要求：

（1）高效外保溫：不透明的外維護(hù)結(jié)構(gòu)的U值必須小于0.15 W/（m2·K）。即當(dāng)室內(nèi)外溫差為10℃時(shí)，外墻散熱量不超過(guò)1.5W/m2。

（2）高效外窗：透明的圍護(hù)結(jié)構(gòu)（窗戶、幕墻等，含窗框）的U值必須小于0.8W/（m2·K），總能量穿透率G值小于50%。

（3）東西向窗（±50°）和水平窗（坡度小于75°）的窗地比小于15%，南向窗的窗地比小于25%，超過(guò)限值須設(shè)置遮陽(yáng)系數(shù)大于75%的可移動(dòng)式遮陽(yáng)設(shè)施。

（4）舒適新風(fēng)系統(tǒng)，保持室內(nèi)有足夠的新鮮空氣，余熱回收率75%以上。在室內(nèi)出風(fēng)口的送風(fēng)溫度不得低于17℃，必須保證均勻流過(guò)所有領(lǐng)域和所有房間（通風(fēng)效率），通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足空氣衛(wèi)生要求（DIN1946），通風(fēng)系統(tǒng)的噪聲值要小于25dB。

（5）每個(gè)居室、臥室等主要房間至少有一扇可開(kāi)啟窗戶，盡量保證建筑對(duì)流通風(fēng)降溫。

（6）杜絕冷橋，所有建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，特別是陽(yáng)臺(tái)、挑檐、女兒墻、飄窗等出挑部件必須嚴(yán)格保溫處理。

（7）建筑氣密性達(dá)到0.6倍以下（在室內(nèi)外50Pa壓差情況，換氣量小于每小時(shí)0.6倍）。

4.3 被動(dòng)房核心技術(shù)指標(biāo)

被動(dòng)房的采暖一次能耗量≤15kWh/（m2·a），或采暖負(fù)荷≤10W/m2；制冷（含除濕）一次性能耗

＜15kWh/（m2·a）+0.3W/（m2·a·K）·TGH（Trockengradstunden）?；蛑评湄?fù)荷≤10W/m2，同時(shí)制冷需求

≤4kWh/（m2·a·K）.?e+2x0.3W/（m2·a·K）·TGH–75kWh/（m2·a）。但最高

≯45kWh（m2·a）+0.3W/（m2·aK）·TGH。

按照被動(dòng)房設(shè)計(jì)手冊(cè)（Passive House Planning Package，PHPP）計(jì)算方法計(jì)算。

其中?e：年平均室外溫度℃，TGH：干度時(shí)數(shù)，指全年之中，露點(diǎn)溫度和參考溫度（13℃）的差值為正數(shù)時(shí)，所有時(shí)間的積分?jǐn)?shù)值。

一次能源總消耗量不超過(guò)120kWh/（m2·a）（含采暖、制冷、生活熱水、家用電器，輔助電源、公攤用電等，按照被動(dòng)房設(shè)計(jì)手冊(cè)PHPP方法計(jì)算）；建筑氣密性n50＜0.6/h（在室內(nèi)外空氣壓差為50Pa的情況，換氣量小于每小時(shí)0.6倍）。

4.4 被動(dòng)房設(shè)計(jì)計(jì)算模型邊界條件

按照被動(dòng)房設(shè)計(jì)手冊(cè)（PHPP）的要求，被動(dòng)房設(shè)計(jì)計(jì)算模型邊界條件如下，采暖設(shè)計(jì)溫度20℃，空調(diào)設(shè)計(jì)溫度25℃，人員密度35m2/人，換氣量20～30m3/h人，最小換氣量0.3倍，室內(nèi)CO2含量小于1 000ppm，生活熱水需求60℃，25L/人天，室內(nèi)熱源2.1W/m2，夏天室溫超溫頻率（超過(guò)25℃時(shí)間）小于10%，等等。

此外，被動(dòng)房的設(shè)計(jì)建造還需滿足德國(guó)其他相關(guān)規(guī)范，如：（1）舒適度標(biāo)準(zhǔn)：《適中的熱環(huán)境——PMV與PPD指標(biāo)的確定及熱舒適條件的確定》（ISO7730）；（2）外墻U值：EN6946；（3）冷橋：ISO10211；（4）外窗：ISO10077；（5）玻璃Ug值：EN673、g-Wert EN 410；等等。

4.5 德國(guó)被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)對(duì)既有建筑改造的評(píng)價(jià)和認(rèn)證

對(duì)既有建筑改造的認(rèn)證（EnerPHit）可以通過(guò)兩種方法獲得：

4.5.1 計(jì)算方法

即按照被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)提供的計(jì)算方法和邊界條件，通過(guò)計(jì)算，證明改造后單位建筑面積的采暖能耗值QH≤25kWh/（m2·a）年。同時(shí)須滿足外維護(hù)結(jié)構(gòu)基本傳熱系數(shù)限值要求。

4.5.2 建筑構(gòu)件認(rèn)證

通過(guò)使用獲得被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的構(gòu)件系統(tǒng)，如外保溫系統(tǒng)、外窗系統(tǒng)進(jìn)行改造；或通過(guò)提供相關(guān)資料證明建筑構(gòu)件達(dá)到相關(guān)要求。

主要技術(shù)要求：（1）不透明外墻外保溫，傳熱系數(shù)≤15W/（m2·K）；（2）不透明外墻內(nèi)保溫，傳熱系數(shù)≤35W/（m2·K）（內(nèi)保溫系統(tǒng)只適用建筑外保溫法規(guī)上被禁止使用，如歷史保護(hù)建筑、或建筑構(gòu)造上無(wú)法實(shí)施、或全壽命周期成本評(píng)估不經(jīng)濟(jì)的情況）；（3）外窗傳熱系數(shù)≤0.85W/（m2·K）（安裝到建筑上的綜合U值）；（4）戶門(mén)傳熱系數(shù)≤0.85W/（m2·K）（安裝到建筑上的綜合U值）；（5）所有采暖房間都須安裝帶有熱回收設(shè)備的通風(fēng)換氣裝置，系統(tǒng)熱回收效率≥75%；（6）氣密性最低要求n50≤1.0/h，目標(biāo)值n50≤0.6/h；（7）采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施，保證建筑內(nèi)墻不出現(xiàn)任何潮濕結(jié)露現(xiàn)象。

圖7 被動(dòng)房構(gòu)成要素示意（來(lái)源：PHI）

5 被動(dòng)房的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)

被動(dòng)房是最初主要針對(duì)中歐地區(qū)住宅建筑而研發(fā)的技術(shù)體系（圖8），其最大優(yōu)點(diǎn)是相比其他低能耗技術(shù)體系建設(shè)投資少，運(yùn)維成本低；有較高的熱工舒適度，使用舒適方便，經(jīng)久耐用、不易出現(xiàn)建筑損傷。

目前被動(dòng)房技術(shù)體系不斷發(fā)展完善，除居住建筑以外，已擴(kuò)展到其他建筑類型，包括辦公、學(xué)校、酒店、體育館、博物館、工業(yè)建筑等，項(xiàng)目也拓展到其他氣候地區(qū)：包括歐洲、亞洲、北美洲、南美洲、澳洲（圖9、10）。

6 被動(dòng)房的成本增量與資助措施

圖8 德國(guó)弗來(lái)堡Weingarten-West 1960年代的高層住宅改造成被動(dòng)式住宅項(xiàng)目（來(lái)源：PHI）

圖9 2012年落成的世界上最大規(guī)模的被動(dòng)式辦公建筑——維也納RHW2辦公樓，使用面積21 000m2（來(lái)源：PHI）

圖10 維也納RHW2辦公樓門(mén)廳（上）及室內(nèi)（下）（來(lái)源：PHI）

被動(dòng)房的成本增量，主要體現(xiàn)在增加的外保溫、消除冷橋構(gòu)造、高性能門(mén)窗、帶熱回收的新風(fēng)裝置和提供氣密性的建筑措施。根據(jù)歐洲低成本被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)（CEPHEUS，Cost-Eff cient Passive Houses as European Standards）提供的數(shù)據(jù)，被動(dòng)房的成本增量為建筑造價(jià)的5%～8%，但30年使用運(yùn)行下來(lái)，考慮前期成本增量和資金成本，對(duì)照30年節(jié)約能源的效果，二者經(jīng)濟(jì)效益基本持平。而被動(dòng)房可以獲得更好的室內(nèi)舒適度，更好的抵抗能源價(jià)格浮動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，更好的環(huán)境效益。

被動(dòng)房如果設(shè)計(jì)得好，可以節(jié)省常規(guī)建筑的采暖設(shè)備投入，包括冷熱源設(shè)備和末端設(shè)備的投入。這部分成本基本可以抵消被動(dòng)房的成本增量，這種情況下，在30年的使用運(yùn)行中，被動(dòng)房節(jié)約能源部分的成本就非?？捎^了。

在德國(guó)，復(fù)興銀行（Kreditanstalt Fuer Wiederaufbau）為被動(dòng)房提供低息貸款。此外，還有很多聯(lián)邦州的區(qū)域財(cái)務(wù)資助計(jì)劃。

奧地利對(duì)被動(dòng)房的資助力度更大。國(guó)家最高資助可達(dá)被動(dòng)房建造成本的10%。在蒂羅爾州（Tirol）為被動(dòng)房提供最高14個(gè)點(diǎn)額外的資助，滿足資助條件的住房每平米每個(gè)點(diǎn)可獲得8歐元的資助。例如一個(gè)四口之家，最高可補(bǔ)貼建筑面積為110m2，即880歐元每個(gè)點(diǎn)，14個(gè)點(diǎn)相當(dāng)于12 320歐元的補(bǔ)貼（數(shù)據(jù)時(shí)間：2007年6月）。

在福拉貝格州（Vorarlberg），如果滿足要求（包括收入、建筑平面、家庭人數(shù)等），對(duì)被動(dòng)房的資助最高可達(dá)1 100歐元/m2，最大面積150m2，最大支持力度為165 000歐元。資助形式為長(zhǎng)期低息貸款，貸款時(shí)間可達(dá)30年，利率極低，因而這種貸款對(duì)于年輕家庭和建筑業(yè)具有強(qiáng)烈的刺激作用。

歐洲被動(dòng)房技術(shù)發(fā)展到今天，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的路徑，有眾多的機(jī)構(gòu)、科研工程技術(shù)人員參與其中。隨著技術(shù)的進(jìn)步與突破，特別是能源價(jià)格的增長(zhǎng)和建筑環(huán)保壓力的增大，以及政府相關(guān)經(jīng)濟(jì)資助政策的扶植，才有歐洲今天被動(dòng)房建設(shè)項(xiàng)目的大規(guī)模實(shí)施。

7 有關(guān)被動(dòng)房的爭(zhēng)議

雖然大規(guī)模被動(dòng)房項(xiàng)目的建設(shè)大幅降低了建筑采暖能耗，改善了室內(nèi)熱舒適度。但被動(dòng)房技術(shù)對(duì)建筑節(jié)能和環(huán)境保護(hù)方面的貢獻(xiàn)程度在西方國(guó)家存在一定爭(zhēng)議。對(duì)被動(dòng)房的批評(píng)，也集中在支持被動(dòng)房一方所宣傳的被動(dòng)房的優(yōu)點(diǎn)：

（1）相關(guān)被動(dòng)房的節(jié)能量計(jì)算，常常以二戰(zhàn)以前沒(méi)有節(jié)能措施的老房子為比較對(duì)象，因而得出被動(dòng)房所帶來(lái)的巨大的節(jié)能效果。對(duì)比最新節(jié)能規(guī)范要求下的新建住宅，節(jié)能量并沒(méi)有那么大。

（2）經(jīng)濟(jì)比較計(jì)算時(shí)，沒(méi)有考慮現(xiàn)實(shí)情況，即被動(dòng)房項(xiàng)目增量成本超過(guò)70%是由銀行提供貸款支持，利息成本往往沒(méi)有考慮在計(jì)算中。

（3）被動(dòng)房所增加的保溫和其他技術(shù)設(shè)備沒(méi)有在建筑全壽命周期生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)性能（Oekobilanz）中反映出來(lái)。

（4）帶熱回收的通風(fēng)裝置、3層雙中空玻璃窗等技術(shù)已越來(lái)越多地用在節(jié)能住宅項(xiàng)目上，并不是被動(dòng)房的專用產(chǎn)品。

被動(dòng)房室內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于德國(guó)“全空調(diào)”（vollklimatisiert）室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，由此帶來(lái)的問(wèn)題是：舒適的室內(nèi)環(huán)境需要精心設(shè)計(jì)、安裝通風(fēng)系統(tǒng)。內(nèi)部功能需要調(diào)整時(shí)就不那么簡(jiǎn)單。常規(guī)住宅如果將儲(chǔ)藏間改成衛(wèi)生間，只需要改變使用方式，增加開(kāi)窗通風(fēng)習(xí)慣或增設(shè)一個(gè)排風(fēng)扇即可，而被動(dòng)房可能不能輕易改動(dòng)，否則技術(shù)系統(tǒng)就被破壞了。

有人認(rèn)為，與被動(dòng)房技術(shù)相比，在低能耗建筑的基礎(chǔ)上，結(jié)合太陽(yáng)能利用，能夠在同樣投資規(guī)模下，達(dá)到同樣能耗水平、獲得一個(gè)可以根據(jù)個(gè)人需求可調(diào)節(jié)的室內(nèi)舒適環(huán)境，而且運(yùn)行成本還能更

低。通過(guò)降低外保溫厚度，還能夠有效改善建筑的生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)性能（Oekobilanz）。

8 被動(dòng)房建設(shè)及應(yīng)用情況

根據(jù)被動(dòng)房權(quán)威網(wǎng)站（www.passivhausprojekte.de）2015年1月底的數(shù)據(jù)顯示，已有3 145棟建筑獲得被動(dòng)房認(rèn)證，包括居住、辦公、學(xué)校、博物館、工業(yè)建筑等類型，總建筑面積超過(guò)100萬(wàn)m2。相關(guān)資料和實(shí)地考察顯示，還有許多建筑按照被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)建造，但沒(méi)有申請(qǐng)被動(dòng)房認(rèn)證，如正在建設(shè)的德國(guó)海德堡鐵路城（Bahnstadt Heidelberg），項(xiàng)目用地116hm2，包含居住、教育、研發(fā)、商業(yè)、工業(yè)的全部建筑；法蘭克福歐洲新城區(qū)（Europavietel）和雷德貝格新區(qū)（Riedelberg）中相當(dāng)數(shù)量的住宅建筑群都是按照被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，但沒(méi)有申請(qǐng)被動(dòng)房認(rèn)證。估計(jì)已建成的被動(dòng)房建筑總面積已超過(guò)數(shù)百萬(wàn)平米。

被動(dòng)房研究所每年舉辦一次世界范圍的被動(dòng)房年會(huì)。近年來(lái)被動(dòng)房年會(huì)每年都有超過(guò)1 000多位代表參會(huì)，行業(yè)內(nèi)影響可謂巨大，亦有不少部品廠家積極參與其中。

9 被動(dòng)房案例分析

9.1 法蘭克福CAMPO被動(dòng)房項(xiàng)目（CAMPO am BornheimerDepot）

隨著地鐵的發(fā)展，原有的有軌電車(chē)系統(tǒng)逐步被淘汰，在法蘭克福波恩海姆區(qū)（Bornheim），原先的有軌電車(chē)車(chē)庫(kù)和修理廠的荒廢土地被整理出來(lái)成為建設(shè)用地。這里距法蘭克福市中心不到5km，政府部門(mén)就此建設(shè)項(xiàng)目舉行設(shè)計(jì)競(jìng)賽，最終由多家建筑設(shè)計(jì)公司分別完成設(shè)計(jì)。規(guī)劃方案形成了傳統(tǒng)地中海城市空間街道尺度，完善了這一區(qū)域的街道空間，保留了原有修理車(chē)間等歷史保護(hù)建筑，將其改造成超市、零售商店和小酒館，購(gòu)物和美食相結(jié)合，形成高質(zhì)量的新城區(qū)（圖11～14，表2）。項(xiàng)目包含當(dāng)時(shí)德國(guó)內(nèi)城規(guī)模最大的146套被動(dòng)式住宅公寓。

9.2 海德堡鐵路城（Bahnstadt Heidelberg）

海德堡鐵路城位于海德堡市中心，用地116hm2，是目前世界上最大的被動(dòng)房建設(shè)項(xiàng)目。這里曾經(jīng)是德國(guó)鐵路系統(tǒng)編組、倉(cāng)儲(chǔ)用地，隨著鐵路運(yùn)輸式微，用地被騰出成為城市開(kāi)發(fā)用地。2007年進(jìn)行城市規(guī)劃深化設(shè)計(jì)，2010年開(kāi)始建設(shè)，整個(gè)項(xiàng)目將提供居住、研發(fā)、商業(yè)和文化的充滿活力的綜合城區(qū)。

整個(gè)城區(qū)規(guī)劃并承諾按照被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)建造（表3），包括辦公、實(shí)驗(yàn)室、商業(yè)、電影院、學(xué)校、幼兒園、大學(xué)生宿舍、住宅等建筑類型（圖15～19）。海德堡城建部門(mén)與海德堡氣候保護(hù)和能源咨詢機(jī)構(gòu)（Klimaschutz and Energieberatungsagentur Heidelberg）及社區(qū)聯(lián)盟（Nachbargemeinden）合作，共同負(fù)責(zé)被動(dòng)房的實(shí)施質(zhì)量保障。

第一期開(kāi)發(fā)用地：60hm2，其中包括：居住9hm2，產(chǎn)業(yè)研發(fā)16.5hm2，校園4.5hm2，開(kāi)放空間16hm2，社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施3hm2，道路用地11hm2，公共設(shè)施包括：2個(gè)幼兒園、1個(gè)小學(xué)、1個(gè)文娛中心和3個(gè)兒童游戲場(chǎng)。城區(qū)遠(yuǎn)期通過(guò)可再生能源提供市政供暖。園區(qū)還將實(shí)行智能電網(wǎng)系統(tǒng)。

9.3 德國(guó)斯圖加特Leonberg產(chǎn)能別墅

圖11 法蘭克福CAMPO被動(dòng)房項(xiàng)目街區(qū)廣場(chǎng)及商業(yè)（來(lái)源：PHI）

圖12 法蘭克福CAMPO被動(dòng)房項(xiàng)目總平面（來(lái)源：PHI）

圖13 法蘭克福CAMPO被動(dòng)房項(xiàng)目住宅內(nèi)庭園（來(lái)源：PHI）

圖14 法蘭克福CAMPO被動(dòng)房項(xiàng)目住宅平面（來(lái)源：PHI）

表2 法蘭克福CAMPO被動(dòng)房項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)

這座別墅位于斯圖加特附近的萊翁貝格（Leonberg Warmbronn）小鎮(zhèn)，不僅達(dá)到了被動(dòng)房水平，而且還是一棟成功的產(chǎn)能建筑。該

建筑坐落在山坡上，可以遠(yuǎn)眺平緩的山谷和對(duì)面山坡上的景觀（圖20～25）。業(yè)主是費(fèi)仕（Fisch）教授，德國(guó)節(jié)能建筑領(lǐng)域的著名專家。這棟建筑突破了人們關(guān)于被動(dòng)式超低能耗建筑的傳統(tǒng)觀念。早期的被動(dòng)式建筑相對(duì)比較封閉，建筑形象大多比較平庸，室內(nèi)常有過(guò)于封閉的感覺(jué)。而這棟建筑優(yōu)雅、現(xiàn)代的形象，瀟灑地嵌入山坡樹(shù)木景色之中，南向巨大連通的玻璃面使周?chē)谰叭谌胧覂?nèi)，造就了這棟夢(mèng)幻般的德式別墅。

表3 海德堡鐵路城主要技術(shù)指標(biāo)

圖15 海德堡鐵路城總規(guī)劃（來(lái)源：www.heidelberg.de）

圖16 海德堡鐵路城被動(dòng)房住宅建筑1（來(lái)源：盧求 攝）

圖17 海德堡鐵路城被動(dòng)房住宅建筑2（來(lái)源：盧求 攝）

圖18 海德堡鐵路城被動(dòng)房辦公研發(fā)建筑（來(lái)源：盧求 攝）

圖19 海德堡鐵路城被動(dòng)房住宅內(nèi)庭園（來(lái)源：盧求 攝）

我們聽(tīng)過(guò)許多類似的故事，早期建筑大師堅(jiān)持自己的理念，為客戶設(shè)計(jì)了全玻璃別墅，但蓋好之后無(wú)法正常使用，夏天太熱、冬天太冷，以至于業(yè)主與建筑師吵翻臉將建筑師告上法庭?？梢?jiàn)大面積玻璃如果處理不當(dāng)，建筑師要吃官司。但這棟建筑的業(yè)主本人就是一位出色的建筑機(jī)電設(shè)備工程師，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)、模擬計(jì)算，依靠先進(jìn)的建筑材料和技術(shù)系統(tǒng)，使太陽(yáng)輻射得到有效控制，建筑的采暖、制冷能耗需求很低。四口之家居住在這棟別墅里，一年四季的采暖、制冷、新風(fēng)、照明、家用電器、生活熱水、炊事等所有使用能源，全部來(lái)自于屋頂?shù)墓夥l(fā)電，業(yè)主不需要從城市購(gòu)買(mǎi)任何能源，并且發(fā)電量還可為兩輛私家電動(dòng)汽車(chē)充電，滿足日常交通能源需求（圖26）。

建筑設(shè)計(jì)有完善的能源策略，通過(guò)先進(jìn)監(jiān)視系統(tǒng)，與建筑結(jié)合一體的光伏發(fā)電設(shè)施提供的太陽(yáng)能（光伏發(fā)電和太陽(yáng)能熱）大于建筑

總能源需求（采暖、生活熱水、照明、通風(fēng)、用電等）。大部分電能供建筑自己使用，多余的發(fā)電量通過(guò)智能管理并網(wǎng)（表4）。

圖20 斯圖加特Leonberg產(chǎn)能別墅夜景（來(lái)源：Fisch教授）

圖21 斯圖加特Leonberg產(chǎn)能別墅（來(lái)源：Fisch教授）

圖22 斯圖加特Leonberg產(chǎn)能別墅餐廳（來(lái)源：盧求 攝）

圖23 斯圖加特Leonberg產(chǎn)能別墅廚房（來(lái)源：盧求 攝）

圖24 斯圖加特Leonberg產(chǎn)能別墅室外露臺(tái)（來(lái)源：盧求 攝）

圖25 斯圖加特Leonberg產(chǎn)能別墅起居室（來(lái)源：盧求 攝）

10 中國(guó)被動(dòng)房發(fā)展的思考

研究歐洲被動(dòng)房技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用實(shí)踐，我們可以看出推動(dòng)其發(fā)展的3方面主要?jiǎng)恿Α?/p>

首先是技術(shù)進(jìn)步，理論研究的深入，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)提高，技術(shù)系統(tǒng)的完善與簡(jiǎn)化，高質(zhì)量的門(mén)窗、保溫材料、高效新風(fēng)機(jī)組等產(chǎn)品的研發(fā)與量產(chǎn)；其次是經(jīng)濟(jì)動(dòng)力，上述技術(shù)的進(jìn)步、產(chǎn)品成本不斷降低，節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的提高，導(dǎo)致增量成本相對(duì)更低，被動(dòng)房的建設(shè)經(jīng)濟(jì)上有吸引力；第三是政府的推動(dòng)和社會(huì)意識(shí)進(jìn)步，社會(huì)范圍環(huán)保意識(shí)的提高，擺脫對(duì)化石能源依賴的國(guó)家政策、政府資助政策都對(duì)被動(dòng)房大規(guī)模發(fā)展起到重要推動(dòng)作用。中國(guó)被動(dòng)房超低能耗建筑的大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展，也離不開(kāi)高質(zhì)量技術(shù)產(chǎn)品、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)吸引力和政府政策支持這3方面的動(dòng)力。

圖26 斯圖加特Leonberg產(chǎn)能別墅電動(dòng)汽車(chē)（來(lái)源：Fisch教授）

表4 德國(guó)斯圖加特Leonberg產(chǎn)能別墅主要技術(shù)指標(biāo)

德國(guó)被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)高，特別適用于當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件。中國(guó)幅員遼闊，有嚴(yán)寒到夏熱冬暖等5個(gè)不同氣候帶，中國(guó)正在編制被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)。我認(rèn)為中國(guó)必須建立與采暖度日數(shù)、空調(diào)度日數(shù)相關(guān)的中國(guó)被動(dòng)房能耗標(biāo)準(zhǔn)，確立中國(guó)被動(dòng)房室內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)和模擬計(jì)算邊界條件，而不是一刀切地要求達(dá)到德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，采暖能耗≤15kWh/（m2·a）。從科學(xué)角度來(lái)看，要求中國(guó)被動(dòng)式建筑強(qiáng)制達(dá)到德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)也不盡合理，例如哈爾濱的建筑采暖度日數(shù)大于德國(guó)，同樣的被動(dòng)式建筑維持室內(nèi)同樣舒適度，在德國(guó)法蘭克福和中國(guó)哈爾濱的能耗肯定不一樣；而廣州的建筑制冷除濕負(fù)荷遠(yuǎn)大于德國(guó)，建造被動(dòng)房建筑所面臨的將是全新的挑戰(zhàn)，在這里冬季保溫不是主要問(wèn)題，夏季遮陽(yáng)、通風(fēng)、散熱成為主要矛盾， 德國(guó)被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有在這樣氣候條件下大規(guī)模的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和成熟的解決方案，需要我們探索實(shí)踐，建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

考慮到中國(guó)目前的建筑部品和技術(shù)水平，建議被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)分步實(shí)施。如初期3～5年時(shí)間，可定義為“中國(guó)被動(dòng)房先導(dǎo)項(xiàng)目”，達(dá)到該級(jí)別的項(xiàng)目可授予“中國(guó)被動(dòng)房先導(dǎo)項(xiàng)目認(rèn)證”證書(shū)。這樣可以降低成本，調(diào)動(dòng)開(kāi)發(fā)商和部品制造企業(yè)的積極性，大面積開(kāi)展工作，積累數(shù)據(jù)，摸索經(jīng)驗(yàn)。只要按照被動(dòng)房理念設(shè)計(jì)建設(shè)的建筑，其節(jié)能性效果就會(huì)顯著提高，對(duì)節(jié)能減排有積極作用。研究世界范圍建筑節(jié)能發(fā)展的歷程，對(duì)照今天中國(guó)面臨的環(huán)境及能源問(wèn)題的巨大壓力和挑戰(zhàn)，可以預(yù)見(jiàn)被動(dòng)式超低能耗建筑是中國(guó)建筑發(fā)展的必然方向。

[1] 德國(guó)被動(dòng)房研究所（PHI）官網(wǎng)：www.passiv.de.

[2] 德國(guó)被動(dòng)房研究所認(rèn)證項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)：www.passivhausprojekte.de.

[3] PHI.The world’s first Passive House, Darmstadt-Kranichstein, Germany.

[4] PHI.Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP).

[5] PHI.Kriterien zur Zertif zierung von Passivhaus.

[6] www.heidelberg-bahnstadt.de.

[7] www.heidelberg.de.

[8] Buero EBOEK. Baugebiet Bahnstadt in Heidelberg-St?dtebauliches Energieund W?rmeversorgungskonzept. Ing.

[9] Fisch.Energy Plus Buildings and Districts as Renewable Energy Sources.N.

2015-02-02

GERMAN PASSIVE AND ULTRA-LOWENERGY BUILDING TECHNOLOGY SYSTEM

本文系統(tǒng)介紹了被動(dòng)房的起源和德國(guó)被動(dòng)房的技術(shù)體系，包括被動(dòng)房的核心技術(shù)指標(biāo)、被動(dòng)房計(jì)算模型邊界條件、被動(dòng)房住宅的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、既有建筑被動(dòng)房技術(shù)改造。分析了被動(dòng)房的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，被動(dòng)房的成本增量與政府資助措施以及3個(gè)項(xiàng)目案例。文章結(jié)尾對(duì)中國(guó)被動(dòng)房的發(fā)展提出了思考與建議。

This paper systematically introduces the origin of the passive house and the German passive house technology system, including the core technical specif cation, the design model boundary conditions, key design points of the residential passive house, and the refurbishment of the existing buildings with passive house technology. Furthermore, the paper analyzes its advantages and development trends, its cost increment and the governmental f nancial support measures, as well as three project cases. Finally, it concludes with the author' s thinking and suggestions on the development of passive houses in China.

德國(guó)被動(dòng)房 被動(dòng)房研究所 被動(dòng)房技術(shù) 被動(dòng)房設(shè)計(jì) 既有建筑被動(dòng)房改造

German Passive House, Passive House Institute (PHI), Passive House Technology, Passive House Design, Refurbishment of the Existing Buildings with Passive House Technology

盧求，洲聯(lián)集團(tuán)-五合國(guó)際副總經(jīng)理，德國(guó)可持續(xù)建筑委員會(huì)（DGNB）國(guó)際部董事，清華大學(xué)城市規(guī)劃碩士，德國(guó)多特蒙德大學(xué)建筑學(xué)碩士