能源轉(zhuǎn)型：德國海德堡的被動式建筑

　　能源問題是人類的終極命題之一。在德國，當(dāng)前“能源轉(zhuǎn)型”是重要的口號和訴求。
　　2011年3月11日，日本因地震海嘯引起福島第一核電站核泄漏，遠(yuǎn)在萬里之外的德國，政壇彼時(shí)也受影響：核危機(jī)事件爆發(fā)16天后，2011年3月27日，德國綠黨和社會民主黨在巴登-符騰堡州州議會選舉中(分別獲得24.2%和23.1%的選票)勝出，一舉擊碎了一貫傳統(tǒng)保守的基督教民主聯(lián)盟(獲得39%的選票)長達(dá)近60年的執(zhí)政堡壘。綠黨領(lǐng)袖克雷奇曼出任州長，并成為德國歷史上首名綠黨籍州長。
　　此后，德國計(jì)劃加速核能退出能源生產(chǎn)版圖，同時(shí)，“能源轉(zhuǎn)型”也真正登上了德國的政治舞臺，這個(gè)詞毫無懸念成為環(huán)境生態(tài)領(lǐng)域2012年度的最佳深度流行語。
　　那么，如何解讀“能源轉(zhuǎn)型”，又如何運(yùn)用新型建筑節(jié)能技術(shù)促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型和城市發(fā)展？近年來，位于德國巴登-符騰堡州北部的海德堡市建設(shè)了一個(gè)被動式建筑(Passivhaus)標(biāo)準(zhǔn)的新城區(qū)，向世人展示了一個(gè)令人信服的答案。
　　環(huán)境氣候保護(hù)
　　海德堡是一座歐洲文化名城，位于德國西南部，距離著名金融中心法蘭克福約90公里。海德堡的歷史可追溯到羅馬人和凱爾特人年代，其興盛時(shí)期也曾是普法爾茨選帝候國領(lǐng)地的都城。于1386年建校的海德堡大學(xué)，是德國最古老的大學(xué)，迄今從中涌現(xiàn)了十余位諾貝爾獎獲得者。在依山傍水的海德堡，這數(shù)百年間，更是云集了無數(shù)詩人、作家、畫家和思想家，詩人歌德也“將心遺忘在了海德堡”，他們對海德堡的一見鐘情，使這座城市成為浪漫主義的地標(biāo)。這樣一座充滿文藝色彩的城市，如何與環(huán)境氣候保護(hù)和能源科技創(chuàng)新發(fā)生聯(lián)系？
　　實(shí)際上，海德堡與環(huán)境氣候保護(hù)的淵源由來已久。無論自1990年上任、2006年卸任的前任市長韋伯女士，還是自2006年起任市長的現(xiàn)任市長維爾茨納博士，都是環(huán)境和氣候保護(hù)的積極倡導(dǎo)者和實(shí)踐者。
　　早在1992年，海德堡就成為德國第一個(gè)通過并實(shí)施地方性氣候保護(hù)計(jì)劃方案的城市。通過多方合作及長年努力，最終還贏得德國“環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展之都”的美譽(yù)。
　　在德國經(jīng)濟(jì)能源部的大力支持下，由海德堡市環(huán)保局主導(dǎo)，于2009年破土動工興建的新城區(qū)Bahnstadt，就是一個(gè)重要的城市發(fā)展地標(biāo)。該城區(qū)遵循“核心社區(qū)、能源高效、自然綠色”的理念，擁有歐洲乃至世界目前規(guī)模最大的被動式建筑群，并配合需要，擴(kuò)建改建供熱、供水、輸電和交通網(wǎng)絡(luò)，真正成為優(yōu)雅、舒適、健康的宜居新區(qū)。2014年，在國際“被動式建筑大獎賽”上，新城區(qū)Bahnstadt從來自20個(gè)國家的百余個(gè)項(xiàng)目的競爭之中脫穎而出，榮獲“年度最佳被動式建筑區(qū)域”的稱號。同年4月，德國被動式建筑研究所(Passivhaus-Institut)表彰了新城區(qū)Bahnstadt為歐盟“被動式建筑區(qū)域可再生能源利用(PassREg)”計(jì)劃做出的杰出貢獻(xiàn)。
　　什么是“被動式建筑”
　　對“被動式建筑”，各種版本的解釋和示范項(xiàng)目層出不窮，令人眼花繚亂。實(shí)際上，古今中外，隨時(shí)隨地可以發(fā)現(xiàn)被動式建筑原理的基本應(yīng)用：即利用墻體厚度，最大限度地維持室內(nèi)熱環(huán)境，如中國窯洞這種民居建筑形式。但在高速建設(shè)過程中，現(xiàn)代建筑卻逐漸拋棄了這個(gè)傳統(tǒng)，隨著居民使用建筑面積和生活質(zhì)量水平的大幅提升，室內(nèi)供暖需求激增，建筑也成為與交通和工業(yè)并列的三大能耗領(lǐng)域。
　　所謂給建筑“穿衣戴帽”，便是對建筑節(jié)能改造工程的形象比喻。以此，我們就不難理解“被動式建筑”的核心定義了：最大程度減少熱損失，最終使室內(nèi)無須設(shè)置獨(dú)立的供熱設(shè)備。若建筑最大熱負(fù)荷小于10W/m2(采暖面積)，將全部通過新風(fēng)系統(tǒng)加熱新鮮空氣來滿足熱需求。若加熱的新風(fēng)是可滿足建筑熱要求的唯一熱源，則稱該建筑為被動式建筑。亦即，被動式建筑不再需要主動式供熱系統(tǒng)(包括空調(diào)設(shè)備)。
　　作為一種理念，被動式建筑的核心內(nèi)容，是最大程度地減小熱損失，同時(shí)要求充分利用當(dāng)?shù)靥栞椛淙胧?非主動式利用太陽能)，以達(dá)到供暖需熱量低于15kWh/m2a，即15千瓦時(shí)每年每平米(采暖面積，終端能源Endenergie)。此外，在德國氣候條件下，被動式建筑還必須達(dá)到其它技術(shù)要求，幾項(xiàng)常見技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，包括室內(nèi)換氣次數(shù)n50
　　不過，在此要特別注意的是：這幾項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，應(yīng)用前提是德國的情境。換句話說，在中國實(shí)現(xiàn)被動式建筑，不但要考慮地區(qū)性氣候環(huán)境差異，還需根據(jù)現(xiàn)狀，有針對性地調(diào)整技術(shù)手段和措施。
　　在德國，被動式建筑的概念已有20余年的歷史。世界第一幢被動式標(biāo)準(zhǔn)的建筑，是由被動式建筑研究所設(shè)計(jì)改造的一幢普通三層居住建筑，它位于德國南部達(dá)姆施塔特市(Damrstadt)的城區(qū)Kranichstein。該建筑1991年經(jīng)過節(jié)能改造以后投入使用，年終端耗能(Endenergie)降低了約78%，從年能耗略約160kWh/m2a(當(dāng)時(shí)按德國熱保護(hù)條例95標(biāo)準(zhǔn)建造)降到1992年后的年均約35kWh/m2a。實(shí)測結(jié)果是，除1992年因墻體升溫等原因略高外，其余各年均達(dá)到被動式建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)指標(biāo)，特別是采暖技術(shù)指標(biāo)均低于15kWh/m2a。
　　海德堡的被動式建筑新區(qū)
　　筆者認(rèn)為，我們不必過于糾結(jié)“被動式”一詞，應(yīng)把注意力集中于被動式建筑的核心理念，即最大程度減小熱損失。無論“零能耗房”還是“正能源房”，無論是德國復(fù)興銀行低能耗房（KfW40/55/70房）還是“三升房”，其原理近似。筆者在新疆天山曾拍攝到這樣一個(gè)景象：在一片幾乎光禿禿的濕地上，有一塊冰卻未融化，因?yàn)樗斨囊慧鐒游锛S便結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)遮擋住了陽光的照射。這就是建筑節(jié)能的核心內(nèi)容了。
　　我們來看看，海德堡為營造一個(gè)被動式建筑的新城區(qū)，具體都做了些什么。以“科學(xué)創(chuàng)造城市”為口號，海德堡確立了建筑節(jié)能與氣候保護(hù)的緊密關(guān)系，以及建筑節(jié)能在能源與城市發(fā)展戰(zhàn)略中的重要地位。新城區(qū)Bahnstadt的所有建筑，全部采用被動式建筑標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。該城區(qū)位于已廢棄的貨運(yùn)火車站和部分美軍軍營所在地，規(guī)劃共占地116公頃，總?cè)丝谌萘繛?2000人，建設(shè)期為2008-2022年，總投資額預(yù)計(jì)達(dá)20億歐元。這里未來將形成高質(zhì)量的多功能生活科技區(qū)，包括居住、科研、商業(yè)及休閑等空間。區(qū)內(nèi)將創(chuàng)造7000個(gè)工作崗位，計(jì)劃建設(shè)2500個(gè)居住單元。截至2014年5月，已遷入居民1500人。整個(gè)城區(qū)將由海德堡市政公司供熱供電，其熱電廠以木材等可再生能源為原料，配合地?zé)岷蜕镔|(zhì)能（僅供熱一項(xiàng)便可減排二氧化碳56%）。為支持智能電網(wǎng)，城區(qū)還全面安裝使用智能電表。2014年10月下旬，第83屆德國環(huán)境部長會議在海德堡召開，現(xiàn)任環(huán)境部長亨德里克斯女士參觀訪問了Bahnstadt被動式建筑城區(qū)項(xiàng)目。同期并行舉辦的能效大會，將建筑節(jié)能推向了一個(gè)新高潮，更出現(xiàn)了“供熱轉(zhuǎn)型”和“建筑轉(zhuǎn)型”兩個(gè)新概念。
　　相應(yīng)地，也有針對資金壓力的措施。因新城區(qū)建設(shè)需要高額投入，這些項(xiàng)目的市場接受度難免受到影響，為此，德國復(fù)興銀行、巴符州國家銀行及環(huán)境銀行，分別針對不同對象，提供不同形式的低息貸款。在海德堡市政府的主導(dǎo)下，海德堡市發(fā)展公司將落實(shí)總額為600萬歐元的資助計(jì)劃，共涉及區(qū)內(nèi)住宅20%的總面積(300個(gè)居住單元，30萬平方米)，使中等收入的市民也有機(jī)會購買或租用。此外，海德堡市開發(fā)并實(shí)施“合理能源消費(fèi)”激勵方案，以高于聯(lián)邦和巴符州政府的資助標(biāo)準(zhǔn)，大力鼓勵市民投入高節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的改造和新建建筑。德國建筑節(jié)能升級造成的成本增量一般約為5%~10%，而能源價(jià)格相對較高，再配合銀行低息貸款和政府激勵措施，可在10年左右收回投資成本，并帶來經(jīng)濟(jì)利益。當(dāng)然，這里的經(jīng)濟(jì)性，也是基于德國的國情而言。
　　國情差異與借鑒方式
　　中德國情不同，在對建筑節(jié)能的認(rèn)知上，兩國存在很多差異，這使得中德兩國在科研和實(shí)踐領(lǐng)域，在交流和借鑒經(jīng)驗(yàn)時(shí)，效果往往大打折扣。
　　其一，系統(tǒng)界定。當(dāng)我們看到技術(shù)參數(shù)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)深究其包含的具體內(nèi)容，即系統(tǒng)邊界的設(shè)定。筆者認(rèn)為建筑節(jié)能的關(guān)鍵是提高建筑“外殼”(建筑能源需求示意圖中黑色虛線部分)的熱工性能，即采暖空間。
　　其二，參數(shù)定義。15kWh/m2a是被動式建筑的核心參數(shù)，常用于中德建筑質(zhì)量的比較。但因中德情況存在差異，直接比較往往不能令人信服（詳見表格）。
　　其三，氣候條件。中國地域廣闊，氣候條件多樣。技術(shù)參數(shù)度日數(shù)(degree-days，日平均溫度低于或高于某臨界溫度時(shí)的累積度數(shù))的計(jì)算結(jié)果，展示了中德城市間巨大的氣候差異，并再次證明了中德建筑技術(shù)參數(shù)未經(jīng)氣候參數(shù)修正而直接比較的不嚴(yán)謹(jǐn)性。
　　“能源轉(zhuǎn)型”與“供熱轉(zhuǎn)型”，既是生態(tài)與氣候保護(hù)的必然，又是人類對自然的回應(yīng)。因歷史遺留原因，中國北方供暖是社會福利，而南方即使冬季寒冷也沒有集中供熱。在不同的政策環(huán)境、經(jīng)濟(jì)機(jī)制、管理水平、監(jiān)管質(zhì)量等因素的影響下，中國建筑節(jié)能行業(yè)正面臨嚴(yán)峻的產(chǎn)業(yè)化問題。
　　中國借鑒被動式建筑的意義何在？就此，筆者提出下列四點(diǎn)建議，僅供參考，歡迎各界人士批評指正：
　　一、利用私人與工商業(yè)熱價(jià)和電價(jià)差異，實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)補(bǔ)貼，從而建立北方建筑節(jié)能市場化機(jī)制；
　　二、配合建筑節(jié)能改造，在南方逐步實(shí)現(xiàn)小型熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱供冷，在提高生活質(zhì)量的同時(shí)，改善供能以電力為主的能源結(jié)構(gòu)，并降低一次能源消耗量；

　　三、嚴(yán)格執(zhí)行建筑節(jié)能“三部曲”并強(qiáng)調(diào)其應(yīng)用順序的必要性。即，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，首先應(yīng)用外保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大限度降低建筑能耗，然后最大限度提高技術(shù)設(shè)備、能源轉(zhuǎn)換和使用效率(主要針對供熱設(shè)備設(shè)施)，最后應(yīng)用可再生能源逐步覆蓋或完全替代剩余的建筑能源需求量。要達(dá)到建筑節(jié)能整體系統(tǒng)效率，這個(gè)三部曲的順序不能任意顛倒。
　　四、結(jié)合居民的工作生活，大力宣傳建筑節(jié)能與個(gè)人的經(jīng)濟(jì)性和社會性的關(guān)系，更有效地促進(jìn)實(shí)現(xiàn)行為節(jié)能。