被动房的解构 • 概念篇

sunlighthe24xk 2019-06-17

展开全文

挪威制造的弗拉姆（FRAM）号极地考察船是欧洲第一件实现“被动房”理念的作品。这艘用橡木制造的船，长35m，载重量800t，在南极北极极度寒冷的气候条件下，该船不需要开启采暖火炉，即可保持船内较为舒适的温度。实现这一效果主要依靠优秀的保温结构，船壁和甲板构造厚达40~50cm，由多层材料组成，窗户由三层玻璃构成。如今，这艘船作为一座博物馆在奥斯陆被保护起来。今天我们借这艘船起航，开启被动式低能耗建筑的巡礼。

被动房，解构的神话

“被动房”（Passive House）的概念是上世纪80年代由德国被动式房屋研究所（Passive House Institute）和瑞典隆德大学（Lund University）的研究人员提出。1986年，瑞典隆德大学的阿达姆森教授(Bo Adamson)参加中瑞合作项目工作时，为改善我国长江流域室内建筑环境恶劣的现状提出的解决方案便是“被动房”概念的雏形。两年以后，阿达姆森教授(Bo Adamson)和德国的菲斯特博士(Wolfgang Feist)正式提出“被动房”概念。之后，由德国被动房研究所对“被动房”概念拥有商标知识产权。

攻城狮在德国被动式房屋研究所的官网上找到他们对“被动房”的定义：

“A Passive House is a building,for which thermal comfort(ISO 7730) can be achieved solely by post-heating or post-cooling of the fresh air mass, which is required to achieve sufficient indoor air quality conditions -without the need for additional recirculation of air.'(“仅仅通过新风系统的后冷却或热补偿来实现热舒适，无需额外的空气再循环。”)

德国被动房为实现被动式节能，需要满足5项基本原则：

通风热回收

良好气密性

超级节能窗

良好保温性

无热桥设计

“被动房”建筑强调在建筑能量需求边界上采取措施最大程度地降低建筑能量需求，最大程度的减少热损失，从而最小程度地依赖建筑能源系统，降低建筑的能源消耗。被动式超低能耗建筑的理念认为降低能耗的关键在于降低需求，而不是提高能源供应的数量和效率。

“被动房”需不需要主动能源系统？

从德国“被动房”定义来看，“被动房”并不是完全没有主动系统，除了高效率的主动式热交换通风系统外，“被动房”还可以通过地热能和太阳能等可再生能源的使用最大程度地减小一次能源的消耗，而这些系统在设计与运行中都会有“主动”设备的介入，少并不是没有。很多人常常把“被动房”与“被动式设计”混淆。

《被动式建筑设计技术与应用》一书中指出“被动式建筑设计”是指在满足室内舒适度要求的前提下，针对建筑节能的目标，利用自然方式，不需任何机械动力来降低能源消耗的设计方法，如自然通风、建筑遮阳、屋顶绿化、自然采光等。”

所以：“被动房”≠被动式设计

“被动式设计”是“被动房”实现其技术理念的重点手段，其实在被动房的设计中，“被动式设计”与“主动式设计”兼而有之，不过它理念上更为强调“被动式设计”，弱化了“主动式设计”。被动房在德国本土及周边国家得到大力推广与国家级的认可，有其理念上的先进性但更得益于德国得天独厚的气候条件，我们来看一下德国某地的全年温度：

夏季宜人的气温（20~22℃）使得德国绝大部分地区夏季几乎不存在冷负荷与湿负荷，这也使得德国的被动房主要解决的就是降低采暖能耗，夏季根本无需设计空调，德国很多地区的五星级酒店里也没有空调。下表是柏林某获得了“德国被动房建筑设计奖”的公寓，可以看到，该建筑冷负荷需求为0。被动房当然可以应用在干热地区或湿热地区，但是付出的技术代价与设计成本也会相应增加。

相对“被动房”理念，2006年，以丹麦、芬兰、德国、美国等国家的建筑师、工程师、建材企业、科研人员等为主，在布鲁塞尔又提出了“主动房”（Active House）的建筑理念。“主动房”理念倡导建筑应该实现气候平衡、居住舒适、感官有没、具备充足的日光照明和新鲜的空气，即实现能耗效率与最佳室内气候之间的平衡，同时保证建筑以动态方式适应周围环境，实现碳中和。在这一理念指导下，建筑将自主生产能源，以可持续地利用资源，有效改善人们的健康水平和居住舒适度。

“主动房”和“被动房”的区别到底是什么？

“主动房”与“被动房”相比，在强调降低建筑能量需求的前提下，更强调可再生能源在建筑中的应用。相比“被动房”，“主动房”的特征主要在于：

◆ 把“舒适、健康、安全”作为建筑设计的主要指标，并提出“热舒适、湿度舒适、声学舒适、光舒适、室内新鲜空气”等较高的硬性指标进行设计指导；

◆ 较之被动房，由于主动房不须限制主动采暖（或空调）系统的使用，在保证超低能耗（二次能源能耗)的前提下，达到目的的技术手段更丰富；

◆ 主动房理念直接把建筑对环境方面的关联，设为能源荷载，进行定性的专门考量。

举个栗子：

左边是“被动房”，右边是“主动房”，“主动房”跟“被动房”并不是完全对立，主动房也包含了一些“被动房”理念，比如气密性、较好的保温性能等，但是“主动房”更加关心居住者对建筑的“主动”控制，也因此具有更多自动化机械（暖通）系统帮助用户实现更高程度的舒适性，“主动房”也因此造价相对较高。

殊途同归，“主动房”和“被动房”理念的目标都是“低能耗建筑”，两者有着不同的适用条件，无法做出谁比谁好的普适判断。

为了更加充分地了解“被动房”理念，除了“主动房”我们还要介绍另一个重要概念——“零能耗建筑”。

1976年，由丹麦技术大学的TorbenV．Esbensen等首次提出“零能耗建筑（住宅）”（Zero Energy House）。

“零能耗建筑”与其他低能耗建筑最大的区别在于，它是消除能源消耗，而不是减小能源消耗。根据是否与电网相连，“零能耗建筑”可分为“上网零能耗建筑”（on-grid zero energy building），即在计算周期内，电网输送的电量与建筑物返回给电网的电量相等，另一种是“网下零能耗建筑”(off-grid zero energy building )，建筑利用可再生能源产生的电量热量与建筑能源需求相同，也被称作“无源建筑”（energy autonomous building）、“太阳能自足建筑”（self-sufficient solar house）。经过近30年的发展，“零能耗建筑”延伸出了“近零能耗建筑”（nearly zero energy buildings）与净能耗建筑（zero-net-energy commercial building）等概念。

“被动房”与“零能耗建筑”到底有什么关系？

由于零能耗建筑实现上较为困难且成本高，欧洲目前公认更加广泛可实施的为“近零能耗建筑”（nearly zero energy buildings）。德国“被动房”就是一种“近零能耗建筑”。（除了德国的“被动房”，还有意大利的“气候房”以及瑞士的“迷你能耗房”均属于“近零能耗建筑”）

欧盟2007年7月9日发布《建筑能效指令》 ( Energy Performance of Building Directive Recast, EPBD )（修订版），《指令》要求成员国在2020年12月31日前所有新建建筑达到“近零能耗建筑”。《指令》定义“近零能耗建筑”为具有非常高的能效的建筑。欧洲暖通学会联合会 ( REHVA ) 的Jarek Kurnitski等专家将“近零能耗建筑”进一步定义为：以各国实际情况为基础，在充分考虑节能技术成本效益比的前提下，其一次能耗＞0kWh/(m²·a）的建筑。近零能耗建筑设计技术路线为强调通过建筑自身的被动式、主动式的设计，大幅度降低建筑供热供冷的能耗需求，使能耗控制目标绝对值降低。

我国的“被动式超低能耗建筑”与欧洲的“近零能耗建筑”同根同源，受到了德国“被动房”技术体系的启发与影响。下图是中国建筑科学研究院的近零能耗示范楼，全年平均能耗低于25 kWh/(m²·a），由中美30余位专家研究、设计、建造，供暖空调采用太阳能吸收式制冷、地源热泵、水蓄热以及真空玻璃管中温集热太阳能空调系统等可再生能源先进技术。

无论是“被动房”、“主动房”、“零能耗建筑”，其目标都是一致的，那就是试图通过建筑被动式设计、主动式设计和高性能能源系统及可再生能源系统应用，最大程度地减少甚至消除化石能源消耗。

建筑，作为文化生活的一个重要体现，是扎根于地域环境气候的，“气候赋予了建筑深层次的秩序”，因此造就了各个地区迥然不同的能源政策。摒弃商业逻辑下盲目的热情高涨，攻城狮所理解的超低能耗（零能耗）建筑设计应该是“形式追随气候”之后，再使用最少的资源达到节制的舒适，相比于技术堆砌，“因地制宜”的设计思想更应该值得我们拥趸和追随。

扩展阅读

“净零能耗建筑”(zero-net-energy commercial building ) 源自美国2007年12月通过的《能源安全与独立法案》(Energy Security and Independence Act, ESIA )。《能源安全与独立法案》定义“净零能耗建筑”为良好设计、建造和运行的高性能公共建筑，可以最大限度的降低能源需求，使用不产生温室气体的能源供能即可达到能量供需平衡，不对外界排放温室气体，经济可行”。净零能耗建筑技术路线为在被动式、主动式建筑节能措施外，通过太阳能光电技术、智能微电网技术、蓄能技术联合应用，存储、提供和储存电能，使建筑物可以达到能量供给和使用的长期平衡。净零能耗建筑较近零能耗建筑更增加了智能电网、分布式能源等概念。

《净零能源设计商业构架指南》一书指出两个关键概念构成了”净零能源”的定义：第一，“净”指虽然化石燃料等可以被利用但是1年之中必须有足量的可再生能源生成，使项目对非可再生能源的用量持平或超额；“零能源”的概念并非指建筑不使用能源，它指的是能源水准能够满足项目的使用需求。净零能源的第一要义是极低能耗建筑，追求净零能源的意图不是保证一个项目有足够的可再生能源而无视能效。

美国能源部和国家再生能源实验室的研究支持设备大楼(NREL Research Support Facilities Building )提供了一个净零能源的未来蓝图，园区安装了产电量1.6MW的光伏设备，实验室工作人员专门研发了高效热回收技术，此外，自然通风技术也被应用在这栋建筑中。

1976 年：丹麦技术大学：“零能耗建筑（住宅）”（Zero Energy House）

1988 年：德国被动式房屋研究所（Passive House Institute）/瑞典隆德大学（Lund University）：“被动房”（Passive House）

2006 年：丹麦、芬兰、德国、美国等国家：“主动房”（Active House）

2007 年 7 月：欧盟《建筑能效指令》：“近零能耗建筑”（nearly zero energy buildings ）

2007 年 12 月：美国《能源安全与独立法案》：“净零能耗建筑”（Zero-Net-Energy Commercialbuilding ）

参考：

1. 德国被动房超低能耗建筑技术体系

2.passipedia.passiv.de/passipedia_en/basics/what_is_a_passive_house

3.www.passivehouse-international.org/upload/download_complete_PH_Brochure.pdf

4. 2nd passive house architecture awardrecipients & finalists

5. https://baike.1688.com/doc/view-d35683304.html