為什么我們堅(jiān)持要建被動(dòng)式低能耗房屋
現(xiàn)在標(biāo)榜與眾不同的房屋的名詞很多：如美國(guó)的凈零能耗建筑；歐盟的近零耗建筑；英國(guó)的零碳建筑；丹麥的主動(dòng)房；德國(guó)的被動(dòng)房、微能建筑和無源建筑；瑞典的被動(dòng)房；芬蘭的低能耗 建筑；瑞士的迷你房；加拿大的超級(jí)節(jié)能房（Super-E）、奧地利的A+/A++建筑和韓國(guó)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(shí)際上這些建筑從本質(zhì)上是按照被動(dòng)房的理念：盡可能提高建筑本體的性能，減少對(duì)化石能源的依賴。人類對(duì)于建造房屋的終極目標(biāo)追求是建造漂亮的、舒適的、能耗極低的、維護(hù)成本極低的永遠(yuǎn)不壞的房屋。一位德國(guó)專家說，綠色建筑就是有長(zhǎng)久使用壽命的漂亮建筑。無論從理念上還是從實(shí)踐上做被動(dòng)式低能耗建筑是房屋建造最正確的選擇。被動(dòng)式低能耗建筑同其它建筑相比，有如下不同之處：
1、評(píng)判體系不同
被動(dòng)式低能耗房屋是以房屋建成以后的結(jié)果作為最終評(píng)判指標(biāo)，是普通人可識(shí)別的房子。被動(dòng)式低能耗房屋設(shè)計(jì)上首先要滿足能源需求的限定，能否被判定為被動(dòng)式低能耗房屋還要以能耗指標(biāo)和室內(nèi)舒適性指標(biāo)是否達(dá)到要求為準(zhǔn)。如果一棟建筑本身的設(shè)計(jì)符合被動(dòng)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(dòng)式低能耗建筑。而以評(píng)價(jià)打分體系為認(rèn)證基礎(chǔ)的高大上建筑，依賴專家的主觀判斷。這種評(píng)價(jià)只有具備專業(yè)知識(shí)的專家才可能完成。評(píng)價(jià)體系不同，用戶評(píng)價(jià)能力表現(xiàn)不同。用戶有能力判斷自己是否使用的是被動(dòng)式低能耗建筑，他只要核查室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)和花了多少能源費(fèi)用便可做出判斷。被動(dòng)房是普通百姓可以識(shí)別的房子。這一特性使被動(dòng)房比較容易獲得市場(chǎng)認(rèn)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(dòng)房，與這一特性不無關(guān)系。
2、被動(dòng)式低能耗建筑必須首先是健康建筑
被動(dòng)式低能耗建筑必須是健康建筑表現(xiàn)在兩個(gè)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(biāo)均符國(guó)家規(guī)定優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。所有被動(dòng)低能耗建筑既要控制好施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，又要做好的運(yùn)營(yíng)室內(nèi)環(huán)境控制。被動(dòng)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(shí)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(guó)家優(yōu)質(zhì)空氣標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定等。
如果一個(gè)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(shè)計(jì)錯(cuò)誤，或是施工錯(cuò)誤。這個(gè)建筑有多么美麗的名稱或是多么高級(jí)認(rèn)證，它也不能被稱之為被動(dòng)房。圖1是符合國(guó)家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的某高層公寓墻體結(jié)露狀況。圖2是該公寓按被動(dòng)房改造之后室內(nèi)狀況。按被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)式低能耗建筑的健康特性正逐漸被人們認(rèn)知。譬如，有人住進(jìn)被動(dòng)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(jì)算而不是權(quán)衡判斷
被動(dòng)式低能耗建筑耗能極低。室內(nèi)人與設(shè)施散熱變化對(duì)能耗和負(fù)荷的影響較大。譬如，每增減一個(gè)人會(huì)對(duì)能耗和負(fù)荷結(jié)果會(huì)有10%左右的變化。設(shè)計(jì)一個(gè)好的被動(dòng)式低能耗建筑必須進(jìn)行精確計(jì)算。依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50736規(guī)定的方法進(jìn)行采暖負(fù)荷、采暖需求、制冷負(fù)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(jì)算，見圖3～4。計(jì)算過程中所用的氣候數(shù)據(jù)庫和人員、設(shè)備、燈光等參數(shù)的設(shè)定必須準(zhǔn)確可靠。依據(jù)精確的計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)人員便可準(zhǔn)確地為被動(dòng)房配備設(shè)備。已有的被動(dòng)房運(yùn)行三年以上的被動(dòng)式低能耗房屋表明，其實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果非常吻合。
圖3 室內(nèi)環(huán)境冷負(fù)荷分析
圖4 被動(dòng)式低能耗建筑得失熱分析
用最終能耗計(jì)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(huì)讓用戶知道確切的能耗水平。這種方法有效避免了計(jì)算中的投機(jī)取巧和無法用實(shí)際能耗追溯設(shè)計(jì)計(jì)算的錯(cuò)誤情況。因?yàn)橛脩艨梢杂檬褂媚芎妮^驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，從事計(jì)算的人員必須認(rèn)真對(duì)待整個(gè)計(jì)算過程。市場(chǎng)上出現(xiàn)過不同軟件計(jì)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(jì)算結(jié)果可能都是正確的。而采用精確能耗結(jié)果的計(jì)算方法，只可能有一種是正確的。
4、全面考慮技術(shù)實(shí)用性，不是為用設(shè)備而用設(shè)備
圖5 屋頂太陽能設(shè)施
被動(dòng)式低能耗建筑的設(shè)計(jì)對(duì)每項(xiàng)技術(shù)投入不但要進(jìn)行投入產(chǎn)出分析，還要考慮它的負(fù)面影響。在被動(dòng)式低能耗建筑中用可再生能源要考慮兩個(gè)問題：一是該不該用；二是用了之后有沒有負(fù)面影響。在一個(gè)工程案例中，業(yè)主為要不要做活動(dòng)外遮陽而糾結(jié)。該建筑是城市標(biāo)志性建筑，用了外遮陽雖然可以降低夏季冷負(fù)荷，但是會(huì)對(duì)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(dòng)式低能耗建筑的根本是提高建筑本體性能，盡可能減少設(shè)備投資，不以多用高科技多用設(shè)備為榮耀。株洲市創(chuàng)業(yè)廣場(chǎng)(圖6)原本按綠色三星設(shè)計(jì)。當(dāng)設(shè)計(jì)方案改為被動(dòng)式低能耗建筑之后，其采暖制冷能耗和負(fù)荷大為降低。最終設(shè)計(jì)方案取消了原方案的地源熱泵和直燃機(jī)組等。設(shè)備投資節(jié)省了約3000萬元左右。
圖6 株洲市創(chuàng)業(yè)廣場(chǎng)效果圖
有一個(gè)寒冷地區(qū)的項(xiàng)目，原本只需安裝一個(gè)空氣源熱泵下就可以滿足全年的冷熱需求，但該項(xiàng)目為了滿足某些標(biāo)識(shí)認(rèn)證的需要，同時(shí)配備了地道風(fēng)、地源熱泵、太陽能熱水溴化鋰機(jī)組，同時(shí)還安裝了空氣源熱泵。該項(xiàng)目用在新風(fēng)空調(diào)的投資超過1200元/m2，是普通項(xiàng)目的三倍以上。同時(shí)，過多產(chǎn)品的使用給房屋使用帶來了負(fù)面影響。一是屋面太陽能熱水系統(tǒng)占用了使用面積。該項(xiàng)目屋面設(shè)計(jì)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(jī)組運(yùn)行發(fā)熱給夏季帶來了負(fù)面影響。樓內(nèi)的機(jī)組設(shè)施有些部位燙手，增加了夏季的負(fù)荷；三是帶來了維護(hù)成本的提升。設(shè)備用的越多，維護(hù)工作越繁重，成本也越高；四是運(yùn)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(shè)備投資折合進(jìn)使用費(fèi)用中就能夠判斷出減少建筑用能所付出的代價(jià)。這種代價(jià)絕不同于我們將普通建筑的使用壽命從幾十年延長(zhǎng)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(xì)化設(shè)計(jì)
被動(dòng)式低能耗建筑必須精細(xì)化設(shè)計(jì)，無法照抄現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)中，所有的重要節(jié)點(diǎn)無法靠照抄標(biāo)準(zhǔn)圖解決。設(shè)計(jì)師必須根據(jù)精確的計(jì)算，才能確定保溫材料的厚度，關(guān)鍵構(gòu)造節(jié)點(diǎn)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(zhǔn)確計(jì)算出采暖和制冷負(fù)荷以配備暖通空調(diào)系統(tǒng)外，還必須進(jìn)行精確的室內(nèi)環(huán)境分析。而CFD被我國(guó)建筑設(shè)計(jì)采用才剛剛開始。利用CFD技術(shù)可以準(zhǔn)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(duì)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(biāo)，從而幫助設(shè)計(jì)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(shè)備不必要的投資。
株洲市創(chuàng)業(yè)廣場(chǎng)是一個(gè)建筑面積大且業(yè)態(tài)非常復(fù)雜的建筑。為確保未來機(jī)組運(yùn)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(jìn)行了精確的模擬計(jì)算（圖7和圖8）。在這種精準(zhǔn)計(jì)算的支持下，設(shè)備被進(jìn)一步優(yōu)化，運(yùn)行模式變得更為合理和節(jié)能。精細(xì)化設(shè)計(jì)不但為投資方節(jié)省大量費(fèi)用，同時(shí)未來的設(shè)備運(yùn)行變得更加可靠和節(jié)能。
而在一般建筑設(shè)計(jì)中，工程設(shè)計(jì)人員會(huì)憑借經(jīng)驗(yàn)和直接引用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行設(shè)計(jì)；在設(shè)備方面基本上按照能滿足峰值要求進(jìn)行配置。所以不多的圖紙便可搞定整個(gè)工程設(shè)計(jì)。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(chǎng)不同高度溫度云圖
圖8 株洲市創(chuàng)業(yè)廣場(chǎng)不同高度CO2云圖
6、精細(xì)化施工
建筑領(lǐng)域國(guó)家一直提倡百年大計(jì)、精細(xì)化施工。如一個(gè)項(xiàng)目是被動(dòng)式低能耗建筑，那么人們就不必太擔(dān)心工程會(huì)被粗制濫造?？赡芙ㄔO(shè)單位更擔(dān)心工程不能通過測(cè)試而影響房屋的使用效果?？梢哉f，被動(dòng)式低能耗建筑逼著建設(shè)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了從粗放施工到精細(xì)化施工的強(qiáng)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(guó)的建筑在暴風(fēng)雨中從窗縫滲水是一種常見現(xiàn)象。這種現(xiàn)象同我國(guó)現(xiàn)行的外窗安裝方式有關(guān)（圖9）。這種安裝方法會(huì)導(dǎo)致窗與外墻之間極易形成縫隙。而被動(dòng)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(xì)化（圖10）。被動(dòng)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(chǎng)安裝玻璃。由于此項(xiàng)要求，中國(guó)工地已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了塑料窗帶玻璃整窗安裝（圖11）。這是一項(xiàng)重大的進(jìn)步，它保障了外窗在工程施工過程中免遭破壞，同時(shí)促使大批質(zhì)量平平的生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，否則就有被淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。
圖9 窗與外墻用聚氨酯發(fā)泡填縫
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評(píng)論
