徐偉 孫德宇 / XU Wei, SUN Deyu

中國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑能耗指標(biāo)研究

徐偉 孫德宇 / XU Wei, SUN Deyu

1 引言

改革開放以來，伴隨著工業(yè)化進(jìn)程加速，我國(guó)城鎮(zhèn)化經(jīng)歷了一個(gè)起點(diǎn)低、速度快的發(fā)展過程。1978～2013年，城鎮(zhèn)常住人口從1.7億增加到7.3億，城鎮(zhèn)化率從17.9%提升到53.7%。目前我國(guó)正處在城鎮(zhèn)化發(fā)展的高潮。2014年3月中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014-2020年）》指出“城鎮(zhèn)化是現(xiàn)代化的必由之路，是解決農(nóng)業(yè)農(nóng)村農(nóng)民問題的重要途徑，是推動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的有力支撐，是擴(kuò)大內(nèi)需和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要抓手?！卑殡S著城鎮(zhèn)人口和建筑面積的不斷增長(zhǎng)，目前我國(guó)已成為世界第一大建筑市場(chǎng)，快速的城市化進(jìn)程促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也導(dǎo)致了建筑總能耗在能源總消耗中的比重快速上升。在新型城鎮(zhèn)化的背景下，我國(guó)建筑面積將持續(xù)增長(zhǎng)，建筑總能耗仍將增長(zhǎng)，面對(duì)能源短缺、資源匱乏、環(huán)境污染等現(xiàn)狀，作為減緩建筑總能耗的增長(zhǎng)趨勢(shì)和保障我國(guó)新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中國(guó)家能源安全的重要手段，建筑節(jié)能工作的重要性更加凸顯。

人生三分之二的時(shí)間是在建筑內(nèi)度過的。住，自古以來就和衣、食、行并列為生活四大要素之一。人類對(duì)居住質(zhì)量和舒適性的追求從未停止，而且隨著生活水平的快速提高呈加速狀態(tài)。為了營(yíng)造居住環(huán)境，建筑消耗了人類所使用能源總量的40%。近年來，環(huán)境和資源形勢(shì)不斷惡化，建筑在人類應(yīng)對(duì)氣候變化和可持續(xù)發(fā)展的過程中都處于核心位置。如何解決建筑面積增長(zhǎng)和降低建筑總能耗，以及人們對(duì)居住環(huán)境要求的提升和減低建筑能耗這兩大矛盾，一直是建筑節(jié)能研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容，在經(jīng)濟(jì)升級(jí)轉(zhuǎn)型中的中國(guó)，這兩大矛盾尤為突出，建筑節(jié)能工作作為解決這兩大矛盾的根本途徑越來越受到重視。

自1980年代以來，在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的領(lǐng)導(dǎo)和科研機(jī)構(gòu)及各級(jí)政府的共同努力下，以建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)為先導(dǎo)，我國(guó)建筑節(jié)能工作取得了舉世矚目的成果，尤其在降低公共建筑能耗和嚴(yán)寒寒冷地區(qū)居住建筑供暖能耗、提高可再生能源建筑應(yīng)用的比例等領(lǐng)域取得了顯著的成效，我國(guó)的建筑節(jié)能工作經(jīng)歷了近30年的發(fā)展，現(xiàn)階段建筑節(jié)能65%的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)正在普及，建筑節(jié)能工作減緩了我國(guó)建筑能耗隨城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展而持續(xù)高速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，并提高了人們居住環(huán)境的質(zhì)量。但建筑節(jié)能工作的發(fā)展方向和終極目標(biāo)是什么的問題一直困擾著政府管理部門和行業(yè)。

與此同時(shí)，在世界范圍內(nèi)，低能耗高舒適度的高性能建筑研究一直是建筑節(jié)能領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，綠色建筑、生態(tài)建筑、低能耗建筑、被動(dòng)房、超低能耗建筑、零能耗建筑、正能耗建筑的概念不斷涌現(xiàn)。被動(dòng)房作為解決我國(guó)長(zhǎng)江流域過渡地區(qū)冬季室內(nèi)溫度過低的問題一種高性能建筑，在德國(guó)被動(dòng)房研究所的研發(fā)和推廣下，其理念在世界范圍內(nèi)得到越來越廣泛的認(rèn)可。隨著應(yīng)用被動(dòng)房理念而建造的漢堡之家、在水一方、布魯克、幸福堡等項(xiàng)目的建成，國(guó)內(nèi)掀起了被動(dòng)式超低能耗建筑的研究應(yīng)用熱潮，被動(dòng)式超低能耗建筑無疑已經(jīng)成為我國(guó)下一

階段建筑節(jié)能工作關(guān)注的重點(diǎn)技術(shù)之一，但如何建立適用于我國(guó)建筑和氣候特點(diǎn)及人們生活習(xí)慣的被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系，來保證被動(dòng)式超低能耗建筑的健康有序發(fā)展，是擺在政府和建筑行業(yè)面前迫切需要解決的問題。

2 國(guó)際被動(dòng)式超低能耗建筑體系

建筑能耗的邊界可以劃分為兩個(gè)，第一個(gè)邊界為建筑能量需求邊界，建筑物同室外環(huán)境在這個(gè)邊界上進(jìn)行能量交換，如太陽輻射和室內(nèi)得熱、圍護(hù)結(jié)構(gòu)與室外環(huán)境之間的能量交換，在這個(gè)邊界上的能量需求我們定義為負(fù)荷，即滿足建筑功能和維持室內(nèi)環(huán)境所需要向建筑提供的能量（冷、熱、電）；第二個(gè)邊界是建筑能源使用邊界，在這個(gè)邊界上建筑的電力、供暖、空調(diào)等能源系統(tǒng)提供建筑需要的能量所消耗的化石能源（圖1）。

現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)建筑的超低能耗主要是在建筑的兩個(gè)能量邊界上采取相應(yīng)的技術(shù)措施，技術(shù)措施的側(cè)重點(diǎn)的差異產(chǎn)生了不同的低能耗建筑概念。而被動(dòng)式低能耗建筑強(qiáng)調(diào)在建筑能量需求邊界上采取措施最大程度地降低建筑能量需求，最小程度地依賴建筑能源系統(tǒng)，進(jìn)而降低建筑的能源消耗。被動(dòng)式超低能耗建筑的理念認(rèn)為降低能耗的關(guān)鍵在于減低需求，而不是提高能源供應(yīng)的數(shù)量和效率。起源于德國(guó)的被動(dòng)房（Passive House）就是秉承這一理念的高性能建筑標(biāo)準(zhǔn)，德國(guó)被動(dòng)房理念又被其他多個(gè)國(guó)家學(xué)習(xí)和借鑒，并在世界范圍內(nèi)推廣和應(yīng)用。

2.1 德國(guó)被動(dòng)房

德國(guó)被動(dòng)房的概念最早源于瑞典隆德大學(xué)的阿達(dá)姆森（Bo Adamson，1986）參加中瑞合作項(xiàng)目工作時(shí)，為改善我國(guó)長(zhǎng)江流域室內(nèi)建筑環(huán)境惡劣的現(xiàn)狀提出的解決方案。1988年被動(dòng)房概念首次被提出，1991年第一棟被動(dòng)房在德國(guó)達(dá)姆施塔特被建造，經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，德國(guó)被動(dòng)房已經(jīng)成為具有完備技術(shù)體系的自愿性超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)。目前，已經(jīng)有60 000多棟的房屋按照被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)建造，其中有約30 000棟建筑獲得了被動(dòng)房的認(rèn)證，主要以住宅建筑為主，也有辦公、學(xué)校、酒店等類型的建筑。

德國(guó)被動(dòng)房研究所（Passive House Institute，PHI）是被動(dòng)房研究和認(rèn)證的權(quán)威機(jī)構(gòu)，其對(duì)被動(dòng)房的定義為“被動(dòng)房是一個(gè)節(jié)能、舒適的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，比既有建筑節(jié)能90%以上，比新建建筑節(jié)能75%以上；利用高性能圍護(hù)結(jié)構(gòu)、太陽得熱、熱回收等技術(shù)使建筑不再需要傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)，并通過通風(fēng)系統(tǒng)供應(yīng)持續(xù)的新風(fēng)?！睆亩x可以看出，被動(dòng)房通過采用高性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將建筑熱需求降低，僅需充分利用太陽能和室內(nèi)得熱即可解決冬季供暖問題。同時(shí)，通過采用高效熱回收系統(tǒng)的新風(fēng)系統(tǒng)向室內(nèi)提供清潔的新鮮空氣，營(yíng)造良好舒適的室內(nèi)環(huán)境。即使在極端寒冷的條件下，被動(dòng)房?jī)H需要使用很少的輔助能源就能滿足室內(nèi)舒適度要求?？梢钥闯霰粍?dòng)房主要著眼于解決冬季供暖問題，所應(yīng)用技術(shù)也以解決供暖為主，對(duì)應(yīng)用在夏季需要主動(dòng)供冷的地區(qū)的研究較少。

德國(guó)被動(dòng)房的認(rèn)證要求簡(jiǎn)潔凝練，其認(rèn)證的要求為：（1）供暖能耗：供暖能耗≤15kWh/（m2·a）或熱負(fù)荷≤10W/m2；當(dāng)采用空調(diào)時(shí)，對(duì)供冷能耗的要求與供暖能耗一致；（2）建筑一次能源用量≤120kWh/（m2·a）；（3）氣密性必須滿足n50≤0.6①；（4）超溫頻率≤10%②。被動(dòng)房認(rèn)證中僅需要對(duì)建筑氣密性進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，其他參數(shù)僅通過計(jì)算即可，因此被動(dòng)房并不對(duì)建筑實(shí)際能源消耗進(jìn)行要求。在被動(dòng)房的設(shè)計(jì)和認(rèn)證的過程中，PHPP（Passive House Planning Package）對(duì)認(rèn)證結(jié)果的權(quán)威性提供了重要的保障，PHPP是一個(gè)能夠進(jìn)行建筑熱工、冷熱負(fù)荷、能耗、通風(fēng)等計(jì)算的工具包，另外PHI還對(duì)建筑材料、建筑設(shè)備、認(rèn)證工程師、設(shè)計(jì)單位、施工單位進(jìn)行了認(rèn)證。保證了被動(dòng)房認(rèn)證結(jié)果的可靠性和權(quán)威性。德國(guó)被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)體系作為被動(dòng)超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)體系中最為成熟的一員，在世界范圍內(nèi)受到極大的關(guān)注，很多國(guó)家都學(xué)習(xí)和參考德國(guó)被動(dòng)房體系，開展適用于本國(guó)特色的建筑標(biāo)準(zhǔn)體系的研發(fā)和推廣。

2.2 丹麥主動(dòng)房

由于對(duì)全球變暖的擔(dān)憂和對(duì)長(zhǎng)期能源供應(yīng)安全的渴求，1990年代，丹麥政府提出“到2050年丹麥將成為化石能源零依賴的國(guó)家”。建筑節(jié)能被作為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的核心手段，丹麥通過提出嚴(yán)格的建筑節(jié)能要求、稅收政策調(diào)控等政策措施，加強(qiáng)既有建筑改造，建筑能耗大幅下降。近年來丹麥政府通過不斷提高建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求，推進(jìn)超低能耗建筑的普及開展建筑節(jié)能工作。由丹麥企業(yè)主導(dǎo)的主動(dòng)房（Active house）自愿性超低能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在歐洲同樣擁有重要的影響力。主動(dòng)房建筑理念是威盧克斯集團(tuán)提出的一種應(yīng)對(duì)能源和氣候挑戰(zhàn)的前瞻性理念，該理念倡導(dǎo)建筑應(yīng)該實(shí)現(xiàn)氣候平衡、居住舒適、感官優(yōu)美、具備充足的日光照明和新鮮的空氣，即實(shí)現(xiàn)能耗效率與最佳室內(nèi)氣候之間的平衡，同時(shí)保證建筑以動(dòng)態(tài)方式適應(yīng)周圍環(huán)境，實(shí)現(xiàn)碳中和。在這一理念的指導(dǎo)下，建筑將自主生產(chǎn)能源，以可持續(xù)地利用資源，有效改善人們的健康水平和居住舒適度。主動(dòng)房與被動(dòng)房相比，在強(qiáng)調(diào)降低建筑能量需求的前提下，更強(qiáng)調(diào)可再生能源在建筑中的應(yīng)用。目前在全球范圍內(nèi)建成和在建的主動(dòng)房40余棟，并顯現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。另外，2000年丹麥也引入了被動(dòng)房的理念，被動(dòng)房的認(rèn)證參考了德國(guó)被動(dòng)房的標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)，認(rèn)證由德國(guó)被動(dòng)房研究所的合作單位丹麥被動(dòng)房研究所負(fù)責(zé)。

2.3 瑞典迷你能源（Minergie）標(biāo)準(zhǔn)

瑞典政府通過支持研究機(jī)構(gòu)推廣超低能耗建筑。Minergie是由瑞典政府支持的一系列超低能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1994年Minergie的理念被提出，同年兩棟示范建筑完成。1997年Minergie理念獲得瑞典政府的認(rèn)可。2001年參照德國(guó)被動(dòng)房技術(shù)體系的Minergie-P標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。截止到2009年，約有15 000棟建筑獲得了Minergie認(rèn)證。Minergie標(biāo)準(zhǔn)體系由Minergie、Minergie-p、Minergie-A和Minergie-ECO等組成。其中Minergie-p標(biāo)準(zhǔn)是在德國(guó)被動(dòng)房技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以適合瑞典的氣候條件和國(guó)情的被動(dòng)式超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)，相比于德國(guó)被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)，Minergie-P對(duì)不同類型建筑的供暖能量需求分別做了詳細(xì)規(guī)定（表1），并對(duì)增量成本及熱舒適做了規(guī)定（表2）。

2.4 其他國(guó)家

圖1 建筑能量邊界的劃分

德國(guó)被動(dòng)房作為被動(dòng)式超低能耗建筑理念的重要參考標(biāo)準(zhǔn)，在世界范圍內(nèi)被廣泛吸收和應(yīng)用，除上述的丹麥和瑞典外，其他國(guó)家推廣被動(dòng)式超低能耗建筑的方式可以分為3類：（1）直接應(yīng)用德國(guó)被

動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)，如挪威、新西蘭、英國(guó)、加拿大等國(guó)；（2）根據(jù)本國(guó)的氣候條件和國(guó)情在德國(guó)被動(dòng)房的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，如奧地利、芬蘭、意大利等國(guó)家；（3）僅接受被動(dòng)式理念，針對(duì)本國(guó)情況重新開發(fā)，如美國(guó)、瑞士等。

表1 Minergie-P主要性能要求

表2 Minergie-P對(duì)不同建筑類型的供暖能量需求的規(guī)定

表3 中德主要城市供暖度日數(shù)和供冷度日數(shù)

圖2 北京與柏林月平均溫度對(duì)比情況

被動(dòng)式超低能耗建筑作為具有更高節(jié)能性能的建筑，是建筑節(jié)能的中短期目標(biāo)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家均將超低能耗建筑作為建筑節(jié)能的發(fā)展方向和現(xiàn)有節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的重要補(bǔ)充。為全面提升建筑能效儲(chǔ)備技術(shù)和產(chǎn)品。它是目前歐美建筑節(jié)能研發(fā)和應(yīng)用的重要領(lǐng)域，歐美主要國(guó)家已經(jīng)或正在制定適應(yīng)本國(guó)國(guó)情的被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系。

3 我國(guó)開展被動(dòng)式超低能耗建筑應(yīng)用的特殊國(guó)情

我國(guó)作為一個(gè)歷史悠久、國(guó)土廣袤的多民族發(fā)展中大國(guó)，在室內(nèi)環(huán)境、建筑特點(diǎn)、居民生活習(xí)慣和建筑用能強(qiáng)度等方面都有獨(dú)特之處，且無發(fā)達(dá)國(guó)家的成熟經(jīng)驗(yàn)可供參考，這些都增加了我國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系的研發(fā)難度。

3.1 室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和生活習(xí)慣

我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡，不同氣候區(qū)居住建筑室內(nèi)環(huán)境有著較大的差異，但整體低于發(fā)達(dá)國(guó)家，主要體現(xiàn)在室內(nèi)溫度不達(dá)標(biāo)、新風(fēng)量不足。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家大多嚴(yán)格規(guī)定滿足用戶的新風(fēng)量，為了保證送風(fēng)量的穩(wěn)定，一方面增加建筑的氣密性要求，一方面使用機(jī)械通風(fēng)保證新風(fēng)量的供應(yīng)，在我國(guó)開窗是居住建筑獲得新風(fēng)最普遍的方式，并不對(duì)室內(nèi)新風(fēng)量進(jìn)行嚴(yán)格要求。在室內(nèi)溫度方面，我國(guó)夏季室內(nèi)溫度顯著高于歐美，冬季室內(nèi)溫度普遍偏低，調(diào)查表明，冬季嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)集中供暖的建筑室內(nèi)溫度普遍在18℃以上，但夏熱冬冷地區(qū)室內(nèi)溫度基本在10℃以下，該地區(qū)供暖設(shè)施并不普及，室內(nèi)濕度主要分布在60%～90%之間，室內(nèi)濕冷，舒適度差。在夏季，開窗通風(fēng)是解決室內(nèi)過熱問題的首選，空調(diào)系統(tǒng)間歇運(yùn)行，室內(nèi)溫度偏高，基本分布在25～32℃。

如果我國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑追求歐美的全空間全時(shí)間的高舒適度，對(duì)室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大幅度的提升，勢(shì)必導(dǎo)致建筑能耗的快速上升，因此我國(guó)被動(dòng)式低能耗建筑指標(biāo)體系必須立足于國(guó)情，在尊重居民生活習(xí)慣和降低建筑能耗的前提下，適當(dāng)?shù)靥岣呓ㄖh(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，營(yíng)造適合我國(guó)居民的健康舒適的室內(nèi)環(huán)境。

3.2 氣候特點(diǎn)

不同于德國(guó)的單一氣候，我國(guó)地域廣闊，橫跨多個(gè)氣候帶，5大建筑氣候分區(qū)特點(diǎn)差異大，表3展示了不同氣候區(qū)城市間以及中德城市間巨大的氣候差異，從相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)我國(guó)不同氣候區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一的能耗要求是不科學(xué)的。從緯度上看，柏林比哈爾濱更靠近北極，但其冬季供暖度日數(shù)與沈陽接近，供冷度日數(shù)與哈爾濱相近，也就是說德國(guó)相比于我國(guó)同緯度的地區(qū)氣候更加溫和，供暖為主而空調(diào)需求較小。從數(shù)值上看，德國(guó)夏季基本無需空調(diào)，我國(guó)多數(shù)地區(qū)夏季存在空調(diào)需求（圖2）。而且，從供暖度日數(shù)和供冷度日數(shù)上看，我國(guó)不同氣候區(qū)差異大，東西南北的供暖和空調(diào)需求極不均衡，因此，我國(guó)不同氣候區(qū)的氣候差異使得全國(guó)無法實(shí)施統(tǒng)一的被動(dòng)式超低能耗建筑能耗指標(biāo)，德國(guó)被動(dòng)房指標(biāo)體系更是無法適用。

3.3 建筑特點(diǎn)

我國(guó)的居住建筑與歐美存在顯著差異，國(guó)內(nèi)大型城市新建城鎮(zhèn)住宅建筑以高層建筑為主，中小型城市則以多層住宅為主，從分布來看，多層住宅是我國(guó)住宅的主要形式，高層住宅的比例在不斷提升。歐美的居住建筑普遍為3層以及3層以下的別墅，德國(guó)約85%（以面積計(jì)算）的居住建筑為3層以及3層以下（別墅），15%為中高層公寓（apartment）。與德國(guó)的建筑相比，我國(guó)建筑密度大、容積率高、公共空間面積大、公共外門頻繁開啟，導(dǎo)致了能耗特點(diǎn)的明顯差異。

我國(guó)住宅空置率偏高是另一個(gè)對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑指標(biāo)體系產(chǎn)生重要影響的因素，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明我國(guó)住宅的空置率在20%～30%間變化。2007年對(duì)北京50個(gè)2003～2006年入住的小區(qū)調(diào)查表明，空置住房占被調(diào)查住房的比例高達(dá)27.16%，而且空置率從市中心向外逐漸升高。空置率過高導(dǎo)致的戶間傳熱損失大和集中設(shè)備負(fù)荷率低對(duì)建筑能耗產(chǎn)生重要的影響，因此我國(guó)的被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系應(yīng)考慮我國(guó)獨(dú)特的建筑特征的影響。

3.4 建筑能耗特點(diǎn)

不同于發(fā)達(dá)國(guó)家高舒適度和高保證率下的高能耗，我國(guó)建筑能耗特點(diǎn)為低舒適度和低保證率下的低能耗，且不同年代建筑能耗強(qiáng)度差異大。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，英法德意4國(guó)普通居住建筑單位面積能耗為35kgce/（m2·a）（一次能源消耗量約為285kWh/m2·a），我國(guó)普通城鎮(zhèn)居住建筑單位面積能耗僅為14.5kgce/（m2·a）（一次能源消耗量約為118kWh/m2·a），現(xiàn)有居住建筑的能耗本來就滿足德國(guó)被動(dòng)房一次能源消耗≤120kWh/（m2·a）的要求。不可否認(rèn)，隨著生活水平的提高，建筑能耗強(qiáng)度會(huì)有所上升，但就現(xiàn)階段而言，德國(guó)被動(dòng)房指標(biāo)體系中的一次能源消耗量要求對(duì)于我國(guó)是不適用的。

表4 不同氣候區(qū)典型城市氣象參數(shù)

表5 不同氣候區(qū)控制性指標(biāo)要求［單位：kWh/（m2·a）］

圖3 我國(guó)不同氣候區(qū)典型城市典型被動(dòng)式超低能耗建筑年供熱量和供冷量計(jì)算結(jié)果

4 中國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑指標(biāo)體系的建立

在立足于我國(guó)基本國(guó)情，吸收和借鑒歐洲被動(dòng)式低能耗建筑體系的基礎(chǔ)上，細(xì)致分析國(guó)內(nèi)現(xiàn)有被動(dòng)式超低能耗建筑試點(diǎn)工程，充分考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)情況、建筑特點(diǎn)、居民生活習(xí)慣的因素，科學(xué)合理地制定了中國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑指標(biāo)體系。該體系以控制性性能要求作為核心評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并推薦對(duì)應(yīng)指標(biāo)的技術(shù)和做法，對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求、能耗指標(biāo)等進(jìn)行了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)定。我國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑的定義為“被動(dòng)式超低能耗建筑指通過最大限度提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能和氣密性，充分利用自然通風(fēng)、自然采光、太陽輻射和室內(nèi)非供暖熱源得熱等被動(dòng)式技術(shù)手段，將供暖和空調(diào)需求降到最低，實(shí)現(xiàn)舒適的室內(nèi)環(huán)境并與自然和諧共生的建筑?！?/p>

4.1 健康舒適的建筑室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

營(yíng)造健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境是被動(dòng)式超低能耗建筑的核心目的之一。就像保溫瓶的保溫原理一樣，被動(dòng)式超低能耗建筑的高保溫性能的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)使室內(nèi)能夠保持適宜的溫度。無論是寒冷的冬季還是炎熱的夏季，被動(dòng)式超低能耗建筑通過被動(dòng)技術(shù)措施使室內(nèi)溫度在適宜的范圍內(nèi)波動(dòng)。在我國(guó)傳統(tǒng)的習(xí)慣中，居民在室外環(huán)境適宜時(shí)，通過開窗調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境。在自然通風(fēng)的環(huán)境下，人可以獲得滿意的舒適度，這也是被動(dòng)式超低能耗建筑追求的目標(biāo)，而當(dāng)室外氣象條件無法通過自然通風(fēng)滿足人體的熱舒適要求時(shí)，主動(dòng)供冷或供暖系統(tǒng)將啟動(dòng)，用以保持適宜的室內(nèi)環(huán)境。被動(dòng)式超低能耗建筑通過高效的新風(fēng)系統(tǒng)能夠在室外環(huán)境不適宜開啟外窗自然通風(fēng)時(shí)，以極低的能源消耗，在保證室內(nèi)溫度恒定的前提下，提供充足、健康、新鮮的空氣，新風(fēng)量不少于30m3/（h·人），保證室內(nèi)良好的空氣品質(zhì)，因此，被動(dòng)式超低能耗建筑能夠提供充足健康的新風(fēng)。

被動(dòng)式超低能耗建筑使用被動(dòng)式技術(shù)在所有的氣候區(qū)都能夠營(yíng)造健康和舒適的室內(nèi)環(huán)境，它通過供暖系統(tǒng)保證冬季室內(nèi)溫度不低于20℃，在過渡季，通過高性能的外墻和外窗遮陽系統(tǒng)保證室內(nèi)溫度在20～26℃之間波動(dòng)，在夏季，當(dāng)室外溫度低于28℃、相對(duì)濕度低于70%時(shí)，通過自然通風(fēng)保證舒適的室內(nèi)環(huán)境，當(dāng)室外溫度高于28℃或相對(duì)濕度高于70%以及其他室外環(huán)境不適宜自然通風(fēng)的情況下，主動(dòng)供冷系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)，使室內(nèi)溫度≤26℃，相對(duì)濕度≤60%。當(dāng)然，在一些氣候區(qū)，被動(dòng)式超低能耗建筑不使用主動(dòng)供暖或供冷系統(tǒng)也可以保證室內(nèi)有很好的舒適度，當(dāng)不設(shè)供暖設(shè)施時(shí)，要求過冷小時(shí)數(shù)③≤10%，當(dāng)不設(shè)空調(diào)設(shè)施時(shí)，要求過熱小時(shí)數(shù)④≤10%。例如，在嚴(yán)寒地區(qū)，僅通過被動(dòng)式技術(shù)就可以保證夏季室內(nèi)保持舒適的溫度，或是在夏熱冬暖氣候區(qū)，良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)使得冬季不采用主動(dòng)供暖系統(tǒng)即可改善冬季室內(nèi)溫度偏低的情況。我國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑的室內(nèi)環(huán)境較現(xiàn)有水平有較大的提升，但不能盲目追求歐美過高的舒適度和保證率。

4.2 科學(xué)合理的主要控制性性能指標(biāo)的制定

控制性性能指標(biāo)作為被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系的核心，其科學(xué)合理性對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑的發(fā)展有著至關(guān)重要的意義。控制性性能指標(biāo)由單位面積年供暖量和年供冷量要求、氣密性要求、供暖空調(diào)和照明年一次能源消耗3項(xiàng)指標(biāo)組成，單位面積年供暖量和供冷量要求主要立足于通過被動(dòng)技術(shù)將建筑物的冷熱需求減至最低，低至僅新風(fēng)系統(tǒng)即可承擔(dān)建筑的冷、熱負(fù)荷，不再需要傳統(tǒng)的供熱和供冷設(shè)施，尤其是集中供熱，使被動(dòng)式超低能耗建筑的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生質(zhì)的變化。氣密性要求主要是保證建筑物在需要時(shí)能夠與室外環(huán)境有良好的隔絕，當(dāng)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)足夠好時(shí)，室外空氣滲透就成了影響建筑室內(nèi)環(huán)境的主要因素。而良好的氣密性可以降低建筑室外環(huán)境對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響，如在供暖和供冷或當(dāng)室外PM2.5超標(biāo)時(shí)，室內(nèi)環(huán)境需要與室外環(huán)境完全隔絕；一次能源消耗指標(biāo)則是要求建筑物在能量需求極低的前提下，能源消耗最少。根據(jù)國(guó)內(nèi)外被動(dòng)式超低能耗建筑工程實(shí)踐情況，在考慮技術(shù)措施適宜性和氣候特點(diǎn)的前提下對(duì)我國(guó)不同氣候區(qū)典型城市典型被動(dòng)式超低能耗建筑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)（圖3，表4）。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)有空調(diào)需求，通過采取不同的技術(shù)措施，建筑的年供暖量都可以控制在15kWh/（m2·a）以下，但南方地區(qū)年供冷量需求依然較大，在上述研究成果的基礎(chǔ)上初步確定了被動(dòng)式超低能耗建筑的控制性性能指標(biāo)，主要控制性指標(biāo)如下。

（1）年供暖量、年供冷量滿足表5的要求；

（2）年供暖、空調(diào)和照明總一次能源消耗量

（3）氣密性必須滿足n50≤0.6。

被動(dòng)式超低能耗建筑作為具有更高節(jié)能性能的建筑，在舒適、健康和節(jié)能方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通過采用適宜的技術(shù)在不同氣候區(qū)都能提高室內(nèi)環(huán)境并大幅度減少建筑的能源消耗。通過對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑和滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的新建建筑進(jìn)行能耗模擬分析計(jì)算（圖4、5），可以看出：在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，被動(dòng)式超低能耗建筑同執(zhí)行國(guó)家現(xiàn)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的新建建筑相比，供熱需求量降低75%以上并大幅減少空調(diào)使用的時(shí)間；在夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)，被動(dòng)式技術(shù)的應(yīng)用使得冬季在降低供暖能耗的前提下，室內(nèi)環(huán)境大幅度改善，冬季室內(nèi)溫度在18℃以上，與此同時(shí)，夏季空調(diào)能耗降低50%以上；而在溫和地區(qū)，被動(dòng)式超低能耗建筑在不使用主動(dòng)供暖空調(diào)技術(shù)的前提下，改善冬夏室內(nèi)環(huán)境，提高建筑舒適度。

但就節(jié)能效果、技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)性而言，被動(dòng)式超低能耗的推廣次序應(yīng)該為嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，夏熱冬冷地區(qū)，夏熱冬暖地區(qū)。

圖4 年供暖量計(jì)算結(jié)果

圖5 年供熱量計(jì)算結(jié)果

4.3 主要技術(shù)措施

被動(dòng)式超低能耗建筑的核心要素是以超低的建筑能耗值為約束目標(biāo)，具有高保溫隔熱性能和高氣密性的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，高效熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)。被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)化、使用可再生能源是實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式超低能耗建筑的基本路線，它并不是高科技的堆砌，其更重要的內(nèi)涵是回歸建筑的根本，科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)和精細(xì)施工，建造高品質(zhì)的精品建筑。

被動(dòng)式超低能耗建筑主要依賴高性能圍護(hù)結(jié)構(gòu)、新風(fēng)熱回收、氣密性、可調(diào)遮陽等建筑技術(shù)，但實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式超低能耗的難點(diǎn)主要在技術(shù)的適宜性和多種技術(shù)的集成，如何提供一個(gè)基于被動(dòng)式理念的系統(tǒng)解決方案。被動(dòng)式的核心理念強(qiáng)調(diào)直接利用太陽光、風(fēng)力、地形、植被等場(chǎng)地自然條件，通過優(yōu)化規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑在非機(jī)械、不耗能或少耗能的條件下，全部或部分滿足建筑供暖、降溫及采光等需求，達(dá)到降低建筑使用能量需求進(jìn)而降低能耗、提高室內(nèi)環(huán)境性能的目的。因此，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式超低能耗建筑需要更加科學(xué)合理地進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，建筑師與暖通工程師的緊密配合，確定合理的建筑方案和設(shè)計(jì)，利用性能化設(shè)計(jì)方法提供實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)的系統(tǒng)解決方案，提升建筑設(shè)計(jì)的科技含量和附加值。

5 展望

被動(dòng)式超低能耗建筑作為可實(shí)現(xiàn)的新一代建筑，其健康、舒適、節(jié)能的特點(diǎn)必將在我國(guó)新型城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中扮演重要的角色。被動(dòng)式超低能耗的健康發(fā)展需要以科學(xué)的研究為基礎(chǔ)，建筑行業(yè)思維方式的轉(zhuǎn)變?yōu)楹诵?，政策的大力支持為主要?jiǎng)恿Α?/p>

從現(xiàn)有研究成果來看，被動(dòng)式超低能耗建筑在有供暖需求的地區(qū)更易于實(shí)現(xiàn)，也更易于體現(xiàn)其節(jié)能優(yōu)勢(shì)，無論從經(jīng)濟(jì)合理還是技術(shù)可行的角度，居住建筑較公共建筑更易于實(shí)現(xiàn)超低能耗。因此我國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑的推廣策略應(yīng)為先北方后南方，先居住建筑后公共建筑。

只要被動(dòng)式技術(shù)的理念得到應(yīng)用就可以促進(jìn)建筑節(jié)能的發(fā)展，因此考慮到我國(guó)的建筑部品和技術(shù)水平，建議對(duì)我國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑的認(rèn)證進(jìn)行分級(jí)管理，不能一刀切地要求達(dá)到最高水平，對(duì)按照被動(dòng)式超低能耗建筑理念設(shè)計(jì)建造并達(dá)到一定性能的建筑進(jìn)行認(rèn)證，促進(jìn)高性能建筑部品的研發(fā)和普及，積累經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為被動(dòng)式超低能耗建筑的全面推廣奠定基礎(chǔ)。

建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)先行，被動(dòng)式超低能耗建筑作為我國(guó)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(qiáng)被動(dòng)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(jì)評(píng)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(guó)逐步提高建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，最終邁向建筑零能耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)積累。

注釋

① n50≤0.6，即在室內(nèi)外壓差50Pa的條件下，每小時(shí)的換氣次數(shù)不得超過0.6次。

② 超溫頻率定義為全年室內(nèi)溫度高于25℃的小時(shí)數(shù)與全年時(shí)間的比值。

③ 過冷小時(shí)數(shù)：全年室內(nèi)溫度低于20℃的小時(shí)數(shù)占全年時(shí)間的比例。

④ 過熱小時(shí)數(shù)：全年室內(nèi)溫度高于28℃的小時(shí)數(shù)占全年時(shí)間的比例。

[1] 胡珊.中國(guó)城鎮(zhèn)住宅建筑能耗及與發(fā)達(dá)國(guó)家的比較[D].北京：清華大學(xué)，2013.

[2] 潘尤貴.長(zhǎng)沙市居住建筑室內(nèi)環(huán)境及其能耗的實(shí)測(cè)與調(diào)查分析研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2004.

[3] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB50178 建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1993.

[4] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB50176 民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1993.

[5] 周達(dá).對(duì)我國(guó)住房空置率相關(guān)問題的分析[J].中華建設(shè)，2010（12）.

[6] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB50736民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[7] 中共中央，國(guó)務(wù)院.國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014－2020年）[M].北京：人民出版社，2014.

[8] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.“十二五”建筑節(jié)能專項(xiàng)規(guī)劃[Z].2012-05-09.

[9] Adamson, B. Passive Climatisation of Residential Buildings in China[R]. Lun.2d University. Report TABK-92/3006, 1992.

[10] A.J. Marszal, P. Heiselberg, J.S. Bourrelle, E. Musall, K. Voss, I. Sartori, A. Napolitano. Zero Energy Building: A Review of Definitions and Calculation Methodologies[J]. Energy and Buildings, 2011,43(4).

[11] Passive House Institute. Criteria for Certif cation of Passive Houses for Non-residential use [OL]. [2014]. http://passiv.de/ downloads/03_certif cation_criteria_nonresidential_en.pdf.

2015-02-10

RESEARCH ON PERFORMANCE CRITERIA OF PASSIVE AND ULTRALOW-ENERGY BUILDING IN CHINA

被動(dòng)式超低能耗建筑越來越受到各國(guó)政府的關(guān)注。本文對(duì)國(guó)際上現(xiàn)有被動(dòng)式超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行研究和梳理，明確我國(guó)應(yīng)根據(jù)自身國(guó)情，充分考慮氣候特點(diǎn)、居民生活習(xí)慣、建筑特點(diǎn)和能耗情況，制定被動(dòng)式超低能耗建筑指標(biāo)體系。在研究的基礎(chǔ)上初步建立了我國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑指標(biāo)體系，指明先北方后南方、先居住建筑后公共建筑的推廣方向，提出了分級(jí)認(rèn)證的理念。為我國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑的健康發(fā)展奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

Governments all over the world pay more and more attention to the passive and ultra-low-energy building. This article summarizes the existing passive and ultra-low-energy building standards and points out that China should make its own passive ultra-low-energy building performance criteria based on its special national conditions, such as climatic characteristics, residents' living habits, building characteristics and energy consumption situation. Based on that, the passive and ultra-low-energy building performance criteria has been initiatively developed in China, specifying the sequence of popularizing the passive and ultra-low-energy building from northern to southern China, and from residential buildings to public buildings, and an idea of graded certif cation. The paper lays a theoretical and technical foundation for the development of the passive and ultra-low-energy building in China.

被動(dòng)房 超低能耗建筑 指標(biāo)體系

Passive House, Ultra-Low-Energy Buildings, Performance Criteria

徐偉，研究員，中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院孫德宇，工程師，中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院