張小玲：被動房與普通房屋優(yōu)劣比較分析

為什么我們堅(jiān)持要建被動式低能耗房屋

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(shí)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(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(shí)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(biāo)，是普通人可識別的房子。被動式低能耗房屋設(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(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。這種評價(jià)只有具備專業(yè)知識的專家才可能完成。評價(jià)體系不同，用戶評價(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(rèn)可。開發(fā)商自發(fā)在山東、河北、江蘇等地大規(guī)模建造被動房，與這一特性不無關(guān)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(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)均符國家規(guī)定優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。所有被動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(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認(rèn)證，它也不能被稱之為被動房。圖1是符合國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的某高層公寓墻體結(jié)露狀況。圖2是該公寓按被動房改造之后室內(nèi)狀況。按被動房標(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

被動式低能耗建筑耗能極低。室內(nèi)人與設(shè)施散熱變化對能耗和負(fù)荷的影響較大。譬如，每增減一個(gè)人會對能耗和負(fù)荷結(jié)果會有10%左右的變化。設(shè)計(jì)一個(gè)好的被動式低能耗建筑必須進(jìn)行精確計(jì)算。依據(jù)現(xiàn)行國家標(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)確地為被動房配備設(shè)備。已有的被動房運(yùn)行三年以上的被動式低能耗房屋表明，其實(shí)測結(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)真對待整個(gè)計(jì)算過程。市場上出現(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

被動式低能耗建筑的設(shè)計(jì)對每項(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(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(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)人員會憑借經(jīng)驗(yàn)和直接引用國家標(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(xì)化施工
建筑領(lǐng)域國家一直提倡百年大計(jì)、精細(xì)化施工。如一個(gè)項(xiàng)目是被動式低能耗建筑，那么人們就不必太擔(dān)心工程會被粗制濫造。可能建設(shè)單位更擔(dān)心工程不能通過測試而影響房屋的使用效果?？梢哉f，被動式低能耗建筑逼著建設(shè)市場實(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)象同我國現(xiàn)行的外窗安裝方式有關(guān)（圖9）。這種安裝方法會導(dǎo)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(xì)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(xiàng)要求，中國工地已經(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，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

圖10 被動式低能耗建筑窗的安裝方法

圖11 塑料窗帶玻璃安裝

7、追求耐久性好的產(chǎn)品
被動房所使用的材料必須有長久的使用壽命。一個(gè)合格的被動房第一次大修時(shí)間應(yīng)該是在房屋使用40年后。在中國出現(xiàn)了人們在建造被動房時(shí)主動選擇耐久性良好的產(chǎn)品而不是追求價(jià)格低的產(chǎn)品。被動房某些產(chǎn)品遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)。拿屋面防水材料來說，其材料的使用壽命最低為30年，而中國規(guī)定的保持期只有5年。圖12顯示的是真正的SBS改性瀝青的防水卷材，其原材料是橡膠和瀝青共混形成的具有良好性能的防水卷材；圖13是用廢舊輪胎等材料代替橡膠所形成所謂的SBS改性瀝青卷材。前者的價(jià)格是后者的三倍以上，而耐久性是后者的十倍以上。從長遠(yuǎn)利益看，前者比后者更具有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢。

圖12 SBS改性瀝青卷材

圖13 劣質(zhì)的SBS改性瀝青卷材

8、成為城市綠軸而不是城市熱島
所謂熱島現(xiàn)象就是該區(qū)域比周圍環(huán)境溫度高，主要原因是一些構(gòu)筑物白天吸熱，晚上放熱所造成現(xiàn)象。城市熱島現(xiàn)象在變得愈來愈嚴(yán)重，諸多城市的表現(xiàn)就是夏天愈來愈熱。一般普通熱島會比周邊環(huán)境高出3℃，強(qiáng)熱島會高出7～9℃。人們已經(jīng)認(rèn)識到城市熱島對地球所帶來的危害。被動房往往被包覆在厚厚的保溫材料中，不會產(chǎn)生城市熱島現(xiàn)象。

9、霧霾空氣中的安全島
當(dāng)出現(xiàn)霧霾時(shí)，被動房良好的氣密性可以阻止室外空氣的滲入到室內(nèi)。新風(fēng)機(jī)組可以有效地消除進(jìn)入室內(nèi)空氣中的霧霾。初效過濾裝置可以削除70%的霧霾，中效可消除90%以上的霧霾。被動房可以成為霧霾空氣中的安全島。

10、永遠(yuǎn)不壞的建筑
建造被動房可以讓建筑徹底解決中國建筑的短命問題。按照德國的建造標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)合格的被動房，它第一次維護(hù)的時(shí)間是在40年以后，到第60年時(shí)可通過節(jié)省能源花費(fèi)回收整個(gè)項(xiàng)目的投資。從理論上講，由于它的結(jié)構(gòu)體系完全包覆在保護(hù)層當(dāng)中，它應(yīng)該是一個(gè)永遠(yuǎn)不壞的建筑。被動房使用壽命同普通建筑壽命相比，如同木乃伊同普通人尸體只有幾十年存在時(shí)間相比。前者保存了3000年后還將存在下去，其主要原因就是被包覆在保護(hù)層中。

11、是普通百姓可識別的建筑
被動房具備的節(jié)能舒適的兩大特征成為人們判斷是否是被動房的唯一標(biāo)準(zhǔn)。同其它高科技建筑不同，老百姓可通過室內(nèi)環(huán)境感受和用能花費(fèi)識別出被動房，這種特性使得某些地區(qū)出現(xiàn)民間自發(fā)宣傳和建造被動房的現(xiàn)象。

原文刊登于《建設(shè)科技》雜志，版權(quán)歸作者所有。