為什么我們堅持要建被動式低能耗房屋
現(xiàn)在標榜與眾不同的房屋的名詞很多：如美國的凈零能耗建筑；歐盟的近零耗建筑；英國的零碳建筑；丹麥的主動房；德國的被動房、微能建筑和無源建筑；瑞典的被動房；芬蘭的低能耗 建筑；瑞士的迷你房；加拿大的超級節(jié)能房（Super-E）、奧地利的A+/A++建筑和韓國的零碳房。名詞多得讓人眼花繚亂，解釋 起來也令人云里霧里摸不著頭腦。實際上這些建筑從本質(zhì)上是按照被動房的理念：盡可能提高建筑本體的性能，減少對化石能源的依賴。人類對于建造房屋的終極目標追求是建造漂亮的、舒適的、能耗極低的、維護成本極低的永遠不壞的房屋。一位德國專家說，綠色建筑就是有長久使用壽命的漂亮建筑。無論從理念上還是從實踐上做被動式低能耗建筑是房屋建造最正確的選擇。被動式低能耗建筑同其它建筑相比，有如下不同之處：
1、評判體系不同
被動式低能耗房屋是以房屋建成以后的結(jié)果作為最終評判指標，是普通人可識別的房子。被動式低能耗房屋設計上首先要滿足能源需求的限定，能否被判定為被動式低能耗房屋還要以能耗指標和室內(nèi)舒適性指標是否達到要求為準。如果一棟建筑本身的設計符合被動式低能耗建筑的要求，而由于施工或材料不合格造成其能耗結(jié)果和室內(nèi)環(huán)境不符合要求，那這棟建筑就不能被稱之為被動式低能耗建筑。而以評價打分體系為認證基礎的高大上建筑，依賴專家的主觀判斷。這種評價只有具備專業(yè)知識的專家才可能完成。評價體系不同，用戶評價能力表現(xiàn)不同。用戶有能力判斷自己是否使用的是被動式低能耗建筑，他只要核查室內(nèi)環(huán)境指標和花了多少能源費用便可做出判斷。被動房是普通百姓可以識別的房子。這一特性使被動房比較容易獲得市場認可。開發(fā)商自發(fā)在山東、河北、江蘇等地大規(guī)模建造被動房，與這一特性不無關系。
2、被動式低能耗建筑必須首先是健康建筑
被動式低能耗建筑必須是健康建筑表現(xiàn)在兩個方面。其一，它的建筑構(gòu)造滿足建筑熱工的要求，建筑的室內(nèi)一側(cè)無結(jié)露發(fā)霉現(xiàn)象。其二，它的室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量是優(yōu)良的，室內(nèi)的CO2含量、VOC污染物、PM2.5等指標均符國家規(guī)定優(yōu)良標準。所有被動低能耗建筑既要控制好施工設計環(huán)節(jié)，又要做好的運營室內(nèi)環(huán)境控制。被動式低能耗建筑不但要控制好自己的身體不得病即不結(jié)露發(fā)霉；同時要提供優(yōu)質(zhì)室內(nèi)環(huán)境，包括適宜的溫度、濕度、CO2和其它污染物含量符合國家優(yōu)質(zhì)空氣標準規(guī)定等。
如果一個房屋內(nèi)部結(jié)露發(fā)霉了，它的建筑構(gòu)造一定出了問題。原因可能或是設計錯誤，或是施工錯誤。這個建筑有多么美麗的名稱或是多么高級認證，它也不能被稱之為被動房。圖1是符合國家節(jié)能標準的某高層公寓墻體結(jié)露狀況。圖2是該公寓按被動房改造之后室內(nèi)狀況。按被動房標準改造之后，消除了室內(nèi)結(jié)露發(fā)霉的狀況，采暖用能減少了90%。
圖1 改造前墻體 圖2 改造后墻體
被動式低能耗建筑的健康特性正逐漸被人們認知。譬如，有人住進被動房之后，感冒次數(shù)大大減少，心臟病癥狀大為減輕等等。
3、精確計算而不是權(quán)衡判斷
被動式低能耗建筑耗能極低。室內(nèi)人與設施散熱變化對能耗和負荷的影響較大。譬如，每增減一個人會對能耗和負荷結(jié)果會有10%左右的變化。設計一個好的被動式低能耗建筑必須進行精確計算。依據(jù)現(xiàn)行國家標準《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》GB 50736規(guī)定的方法進行采暖負荷、采暖需求、制冷負荷、制冷需求、采暖一次能源需求、制冷一次能源需求以及總一次能源需求計算，見圖3～4。計算過程中所用的氣候數(shù)據(jù)庫和人員、設備、燈光等參數(shù)的設定必須準確可靠。依據(jù)精確的計算結(jié)果，設計人員便可準確地為被動房配備設備。已有的被動房運行三年以上的被動式低能耗房屋表明，其實測結(jié)果與計算結(jié)果非常吻合。
圖3 室內(nèi)環(huán)境冷負荷分析
圖4 被動式低能耗建筑得失熱分析
用最終能耗計算結(jié)果而不是權(quán)衡判斷做出節(jié)能率表明一棟建筑的能耗會讓用戶知道確切的能耗水平。這種方法有效避免了計算中的投機取巧和無法用實際能耗追溯設計計算的錯誤情況。因為用戶可以用使用能耗較驗計算結(jié)果，從事計算的人員必須認真對待整個計算過程。市場上出現(xiàn)過不同軟件計算同一棟建筑的能耗結(jié)果有一倍以上差距的情況。如果用權(quán)衡判斷，這兩種計算結(jié)果可能都是正確的。而采用精確能耗結(jié)果的計算方法，只可能有一種是正確的。
4、全面考慮技術(shù)實用性，不是為用設備而用設備
圖5 屋頂太陽能設施
被動式低能耗建筑的設計對每項技術(shù)投入不但要進行投入產(chǎn)出分析，還要考慮它的負面影響。在被動式低能耗建筑中用可再生能源要考慮兩個問題：一是該不該用；二是用了之后有沒有負面影響。在一個工程案例中，業(yè)主為要不要做活動外遮陽而糾結(jié)。該建筑是城市標志性建筑，用了外遮陽雖然可以降低夏季冷負荷，但是會對原有外立面造成較大影響。權(quán)衡利弊之后，決定放棄外遮陽系統(tǒng)的使用，轉(zhuǎn)而采用通過調(diào)整玻璃的性能來降低能耗的技術(shù)手段。（圖5）
被動式低能耗建筑的根本是提高建筑本體性能，盡可能減少設備投資，不以多用高科技多用設備為榮耀。株洲市創(chuàng)業(yè)廣場(圖6)原本按綠色三星設計。當設計方案改為被動式低能耗建筑之后，其采暖制冷能耗和負荷大為降低。最終設計方案取消了原方案的地源熱泵和直燃機組等。設備投資節(jié)省了約3000萬元左右。
圖6 株洲市創(chuàng)業(yè)廣場效果圖
有一個寒冷地區(qū)的項目，原本只需安裝一個空氣源熱泵下就可以滿足全年的冷熱需求，但該項目為了滿足某些標識認證的需要，同時配備了地道風、地源熱泵、太陽能熱水溴化鋰機組，同時還安裝了空氣源熱泵。該項目用在新風空調(diào)的投資超過1200元/m2，是普通項目的三倍以上。同時，過多產(chǎn)品的使用給房屋使用帶來了負面影響。一是屋面太陽能熱水系統(tǒng)占用了使用面積。該項目屋面設計是屋頂花園。由于屋頂太陽能熱水系統(tǒng)占據(jù)了三分之二以上的屋頂面積，使原本可利用的300m2休閑使用空間，剩下不到100m2；二是室內(nèi)機組運行發(fā)熱給夏季帶來了負面影響。樓內(nèi)的機組設施有些部位燙手，增加了夏季的負荷；三是帶來了維護成本的提升。設備用的越多，維護工作越繁重，成本也越高；四是運行成本的大幅度上升。空調(diào)系統(tǒng)的使用年限一般在15年左右，太陽能熱水系統(tǒng)10-15年。將設備投資折合進使用費用中就能夠判斷出減少建筑用能所付出的代價。這種代價絕不同于我們將普通建筑的使用壽命從幾十年延長到幾百年的增量成本。前者是每隔10-15年就要投入一次，而后者僅是初始成本的一次性投入。
5、精細化設計
被動式低能耗建筑必須精細化設計，無法照抄現(xiàn)有的標準圖構(gòu)造其建筑圖紙和暖通圖紙要比普通建筑多得多。在建筑設計中，所有的重要節(jié)點無法靠照抄標準圖解決。設計師必須根據(jù)精確的計算，才能確定保溫材料的厚度，關鍵構(gòu)造節(jié)點必須畫出來才能保證建筑構(gòu)造不出問題。暖通方面除了準確計算出采暖和制冷負荷以配備暖通空調(diào)系統(tǒng)外，還必須進行精確的室內(nèi)環(huán)境分析。而CFD被我國建筑設計采用才剛剛開始。利用CFD技術(shù)可以準確判定不同暖通空調(diào)方案條件下室內(nèi)溫度、室內(nèi)相對濕度、室內(nèi)垂直溫度差、氣流速度，二氧化碳濃度等室內(nèi)環(huán)境指標，從而幫助設計人員優(yōu)化方案。這是一種非常有效的尋求最佳技術(shù)解決方案的手段，可以有效減少設備不必要的投資。
株洲市創(chuàng)業(yè)廣場是一個建筑面積大且業(yè)態(tài)非常復雜的建筑。為確保未來機組運行滿足室內(nèi)環(huán)境要求，其室內(nèi)溫度和CO2含量在不同工況下的變化狀況均進行了精確的模擬計算（圖7和圖8）。在這種精準計算的支持下，設備被進一步優(yōu)化，運行模式變得更為合理和節(jié)能。精細化設計不但為投資方節(jié)省大量費用，同時未來的設備運行變得更加可靠和節(jié)能。
而在一般建筑設計中，工程設計人員會憑借經(jīng)驗和直接引用國家標準圖進行設計；在設備方面基本上按照能滿足峰值要求進行配置。所以不多的圖紙便可搞定整個工程設計。工程中出現(xiàn)的室內(nèi)結(jié)露發(fā)霉和大馬拉小馬車就不足為奇了。
圖7 株洲市創(chuàng)業(yè)廣場不同高度溫度云圖
圖8 株洲市創(chuàng)業(yè)廣場不同高度CO2云圖
6、精細化施工
建筑領域國家一直提倡百年大計、精細化施工。如一個項目是被動式低能耗建筑，那么人們就不必太擔心工程會被粗制濫造?？赡芙ㄔO單位更擔心工程不能通過測試而影響房屋的使用效果。可以說，被動式低能耗建筑逼著建設市場實現(xiàn)了從粗放施工到精細化施工的強制轉(zhuǎn)變。
就拿窗的安裝工程來說，歷來是令人頭疼的問題。中國的建筑在暴風雨中從窗縫滲水是一種常見現(xiàn)象。這種現(xiàn)象同我國現(xiàn)行的外窗安裝方式有關（圖9）。這種安裝方法會導致窗與外墻之間極易形成縫隙。而被動式低能耗建筑的外墻與窗之間必須保證氣密層的完整體性。其安裝工藝和安裝方法必然要求精細化（圖10）。被動式低能耗建筑的外窗安裝必須帶玻璃安裝，不可先裝窗框，后在現(xiàn)場安裝玻璃。由于此項要求，中國工地已經(jīng)實現(xiàn)了塑料窗帶玻璃整窗安裝（圖11）。這是一項重大的進步，它保障了外窗在工程施工過程中免遭破壞，同時促使大批質(zhì)量平平的生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，否則就有被淘汰的風險。
圖9 窗與外墻用聚氨酯發(fā)泡填縫
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