【德國(guó)被動(dòng)房史】

被動(dòng)房的理念起源于德國(guó)，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)比較舒適的室內(nèi)環(huán)境。其誕生的目的就是為了節(jié)省化石能源消耗，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)提高居住品質(zhì)。

按照該理念實(shí)現(xiàn)的第一件作品是1883年挪威建造的弗拉姆號(hào)基地考察船。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、北極極度寒冷氣候條件下，該船不需要開啟采暖火爐，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)。

德國(guó)節(jié)能發(fā)展史

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)，使建筑后期使用圍護(hù)復(fù)雜且成本高。

人們?cè)诓粩嗝鳎瑖L試各種技術(shù)組合，進(jìn)行理論研究、模擬計(jì)算，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三個(gè)等級(jí)，該能耗是指在達(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。

（1）低能耗建筑（low energy house），采暖能耗在30-70 KWh/m2·a，符合現(xiàn)在國(guó)家的強(qiáng)制建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建筑能耗主要表現(xiàn)在住宅，住宅標(biāo)配有遮陽(yáng)，基本沒(méi)有空調(diào)。

（2）三升油建筑（three liter house），采暖能耗在15-30KWh/m2·a，這是一個(gè)比較形象的詞，很多建筑是燒柴油采暖，三升油建筑是指每平方米每年用能耗少于三升油，折合過(guò)來(lái)大概是15-30KWh/m2·a。

（3）被動(dòng)房超低能耗建筑（passive house），采暖能耗≤15KWh/m2·a，超低能耗被動(dòng)式是一種手段，要求每平米的采暖能耗在15KWh以下。

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，再進(jìn)一步采用可再生能源，包括太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等，覆蓋所需能源，即自身產(chǎn)生能源和所需能源達(dá)到平衡，全年平衡下來(lái)不需要再依靠外部能源，達(dá)到零能耗建筑；產(chǎn)能建筑，采用可再生能源，包括太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等，自身產(chǎn)生的能源除了能覆蓋所需能源之外，還可以向外部輸出能源。

在德國(guó)，被動(dòng)房是指僅利用高效保溫隔熱、太陽(yáng)能、建筑內(nèi)部得熱等被動(dòng)技術(shù)和帶有余熱回收的新風(fēng)裝置，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)舒適溫度范圍的建筑。根據(jù)這個(gè)定義，在設(shè)計(jì)中通常須滿足圖1所示的五個(gè)方面：

圖1

上述五種措施，使得整個(gè)建筑幾乎整年都不需要主動(dòng)采取任何供暖或者制冷措施就能保持室內(nèi)舒適，這意味著，這些建筑是“被動(dòng)的”。

當(dāng)然，“被動(dòng)”也不是指完全沒(méi)有能耗，而是指一種智能設(shè)計(jì)：最小限度地利用復(fù)雜系統(tǒng)和不可再生能源來(lái)達(dá)成節(jié)能目標(biāo)。

德國(guó)被動(dòng)房的氣候區(qū)分布如圖2所示，每個(gè)氣候區(qū)的門窗的U值（Component U-value）要求、安裝后的U值（U-value installed）要求和玻璃U值（Reference glazing）要求如表1所示：

表1 德國(guó)被動(dòng)房的認(rèn)證要求

德國(guó)被動(dòng)房的節(jié)能效率等級(jí)

除了整窗Uw值、玻璃Ug值等常見熱工性能參數(shù)外，德國(guó)被動(dòng)房研究所（PHI）提出了一個(gè)新的概念：“ψo(hù)paqe”值,即“不透明部分的線傳熱系數(shù)”，其計(jì)算公式為：

整窗Uw值達(dá)標(biāo)的被動(dòng)窗是依據(jù)通過(guò)不透明部分的熱量流失進(jìn)行評(píng)級(jí)的，其性能等級(jí)的影響因素有型材的Uf值、型材可視面積Af、玻璃邊部的線傳熱系數(shù)ψg和玻璃邊部周長(zhǎng)Lg。在德國(guó)被動(dòng)房研究所（PHI）的節(jié)能評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

• 當(dāng)ψo(hù)paqe≤0.065 W/(m·K) ，節(jié)能等級(jí)為A+；

• 當(dāng)ψo(hù)paqe≤0.110 W/(m·K) ，節(jié)能等級(jí)為A；

• 當(dāng)ψo(hù)paqe≤0.155 W/(m·K) ，節(jié)能等級(jí)為B；

• 當(dāng)ψo(hù)paqe≤0.220 W/(m·K) ，節(jié)能等級(jí)為C。

按照這種評(píng)級(jí)方法，在被動(dòng)窗開發(fā)過(guò)程中，僅僅考慮Uw值是不全面的。因?yàn)橐揽扛咝阅苤锌詹Ａ踔琳婵詹Ａ?lái)降低Ug值，以實(shí)現(xiàn)Uw值小于0.8 W/(m 2·K)的設(shè)計(jì)，會(huì)因?yàn)椴煌该鞑糠志€傳熱系ψo(hù)paqe值超標(biāo)而降級(jí)甚至無(wú)法通過(guò)認(rèn)證。所以型材Uf值和玻璃Ug值應(yīng)該同步提升，共同完成被動(dòng)窗的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

換言之，被動(dòng)房用窗追求的是同時(shí)兼顧使用優(yōu)質(zhì)的型材、玻璃和間隔條，而不是僅僅通過(guò)取長(zhǎng)補(bǔ)短來(lái)實(shí)現(xiàn)Uw值達(dá)標(biāo)。

世界范圍內(nèi)被動(dòng)房已經(jīng)有很多應(yīng)用，包括眾多的公共建筑類型、辦公建筑、學(xué)校、酒店、體育館、博物館、工業(yè)建筑，同時(shí)發(fā)展的不止是歐洲，包括亞洲、美洲等等區(qū)域。令人鼓舞的是這種技術(shù)前兩年開始引入中國(guó)，在中國(guó)已經(jīng)建成了幾十棟非常成功的被動(dòng)房建筑，包括像在秦皇島這樣寒冷的地區(qū)，一棟建筑十八層，不用采暖，室內(nèi)可以達(dá)到20度以上，房子蓋起來(lái)之前大部分的人包括很多業(yè)內(nèi)的人都是不可能實(shí)現(xiàn)的，但是已經(jīng)蓋起來(lái)了，而且運(yùn)行的非常好，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有很多的嘗試。