被动房之家
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关于超低能耗建筑,这些国家是如何做的?

来源:绿色建筑研习社


由于“零能耗建筑”在实现上还较为困难且成本较高,欧洲目前公认的更加广泛的可实施的为“超低能耗建筑”(Nearly Zero-energy Buildings)。


对于“超低能耗建筑”,各国定义不同,如德国的“被动房”(Passive House,也翻译为微能耗建筑、零能耗建筑),指在满足规范要求的舒适度和健康标准的前提下,全年供暖通风空调系统的能耗在0-15千瓦时/(平方米·年)的范围内、建筑物总能耗低于120千瓦时/(平方米·年)的建筑;瑞士的“近零能耗房”(Minergie,也称迷你能耗房,或迷你能耗标准),要求按此标准建造的建筑其总体能耗不高于常规建筑的75%,化石燃料消耗低于常规建筑的50%;意大利的“气候房”(Climate House,Casaclima),指全年供暖通风空调系统的能耗在30千瓦时/(平方米·年)以下的建筑。


总之,“超低能耗建筑”一词及相关定义从最早提出,到被各国科研界广泛重视、国际组织试图通过国际合作对其进行统一定义,经历了30余年的发展过程。随着太阳能供热技术、太阳能光电技术、建筑蓄能技术、区域蓄能技术、能源管理系统等技术的不断升级,定义的内涵和外延也在不断变化。


近些年,随着气候变化和低碳发展的概念深入人心,一些国家提出了“超低/零能耗建筑”的中长期发展目标、技术路线等政策法规文件。主要经济体通过相关项目的设置和推广逐步推进“超低/零能耗建筑”相关工作。



01   德国


被动房的定义为“被动房是一个节能、舒适的建筑节能标准,比既有建筑节能90%以上,比新建建筑节能75%以上;利用高性能围护结构、太阳得热、热回收等技术使建筑不再需要传统的供热系统,并通过通风系统供应持续的新风”。


从定义可以看出,被动房通过采用高性能的围护结构将建筑热需求降低,仅需充分利用太阳能和室内的得热即可解决冬季供暖问题。同时通过采用高效热回收系统的新风系统向室内提供清洁的新鲜空气,营造良好舒适的室内环境。即使在极端寒冷的前期下,被动房仅需要使用很少的辅助能源就能满足室内舒适度要求。可以看出被动房主要着眼于解决冬季供暖问题,所应用技术也以解决供暖为主,对应用在夏季需要主动供冷的地区的研究较少。


德国被动房的概念最早源于瑞典隆德大学的Bo Adamson(1986年)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。1988年被动房概念首次被提出,1991年第一栋被动房在德国达姆施塔特被建造,经历了20多年的发展,德国被动房已经成为具有完备技术体系的自愿性超低能耗建筑标准。目前,已经有60000多栋的房屋按照被动房标准建造,其中有约30000栋建筑获得了被动房的认证,主要以住宅为主,也涵盖办公、学校、酒店等类型的建筑。


德国被动房研究所(Passive House institute, PHI)是被动房研究和认证的权威机构。德国被动房的认证要求简洁凝练,其认证的要求为:


  • 供暖能耗:供暖能耗≤15千瓦时/(平方米·年)或热负荷≤10瓦/平方米;当采用空调时,对供冷能耗的要求与供暖能耗一致;

  • 建筑一次能源用量≤120千瓦时/(平方米·年);

  • 气密性必须满足N50≤0.6(注:即在室内外压差50帕的条件下,每小时的换气次数不得超过0.6次);

  • 超温频率≤10%(注:超温频率定义为全年室内温度高于25摄氏度的小时数与全年时间的比值)。被动房认证中仅需要对建筑气密性进行实际测试,其他参数仅通过计算即可,因此被动房并不对建筑实际能源消耗进行要求。


PHI还对被建筑材料、建筑设备、认证工程师、设计单位、施工单位进行了认证。保证了被动房认证结果的可靠性和权威性。德国被动房标准体系作为被动超低能耗建筑标准体系中最为成熟的一员,在世界范围内受到极大的关注,很多国家都学习和参考德国被动房体系开展适用于本国特色的建筑标准体系的研发和推广。



02   丹麦


由于对全球变暖的担忧和对长期能源供应安全的渴求,上世纪90年代,丹麦政府提出“到2050年丹麦将成为化石能源零依赖的国家”。建筑节能被作为实现这一目标的核心手段,丹麦通过提出严格的建筑节能要求,加强对既有建筑改造,税收政策调控等政策措施,建筑能耗大幅下降。


近年来丹麦政府通过不断提高建筑节能标准要求,推进超低能耗建筑的普及,开展建筑节能工作。2000年丹麦也引入了被动房的理念,被动房的认证参考了德国被动房的标准和指标,认证由德国被动房研究所的合作单位——丹麦被动房研究所负责。



03   瑞典


瑞典政府通过支持研究机构推广超低能耗建筑。Minergie是由瑞典政府支持的一系列超低能耗建筑技术标准。1994年Minergie的理念被提出,同年两栋示范建筑完成。1997年Minergie理念获得瑞典政府的认可。2001年参照德国被动房技术体系的Minergie-P标准发布。


截止到2009年,约有15000栋建筑获得了Minergie认证。Minergie标准体系由Minergie、Minergie-p、Minergie-A和Minergie-ECO等组成。其中Minergie-p标准是在德国被动房技术标准上进行了适当的调整以适合瑞典的气候条件和国情的被动式超低能耗建筑标准,Minergie-P相比于德国被动房标准,对不同类型建筑的供暖能量需求分别做了详细规定,并对增量成本及热舒适做了规定。


瑞典于2012年9月27日颁布了《瑞典零能耗与被动屋低能耗住宅规范》,这是目前为止世界上第一部也是唯一的被动房屋的规范。该规范中提出的主要指标如下表所示:


瑞典被动房屋指标 拷贝.jpg

瑞典被动房屋指标



04   美国


美国能源部建筑技术项目在《建筑技术项目2008-2012规划》中提出,建筑节能发展的战略目标是使“零能耗住宅”(Zero Energy home)在2020年达到市场可行,使“零能耗住宅”(Zero Energy home)在2025年可商业化。


“零能耗住宅”指通过与可再生能源发电发热系统连接,建筑物每年产生的能量与消耗的能量达到平衡的低层居住建筑。“零能耗建筑”既包括“零能耗住宅”,又包括中高层居住建筑和公共建筑。其技术路线为使用更加高效的建筑围护结构、建筑能源系统和家用电器,使建筑物的全年能耗降低为目前的30%左右,再由可再生能源对其供能。


2007年12月,美国通过《能源安全与独立法案》(Energy Security and Independence Act,ESIA)提出“净零能耗公共建筑”(Zero-net-energy Commercial Building),在ESIA第422节(a)(3)中其定义为: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,且不对外界排放温室气体,经济可行。


通过推动“净零能耗公共建筑倡议”(Zero-Net-Energy Commercial Buildings Initiative),到2030年,所有新建公共建筑达到净零能耗状态;到2040年,50%的公共建筑达到零能耗;2050年,所有美国公共建筑达到净零能耗。


2008年10月,美国国家科学技术学会(National Science and Technology Council,NSTC)建筑技术研发分委会代表美国能源部、商务部、国防部等十余个国家部委和总统办公室、国家科学基金、国家可再生能源实验室、橡树岭国家实验室、西北太平洋国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室等成员提出《联邦零能耗高性能绿色建筑研究发展规划》,NSTC指出美国联邦政府在绿色建筑领域的科技资金支持约为1.93亿美元/年,只占联邦科研资金的0.2%,还需要进一步增加科研投入。


NSTC提出为了进一步推动零能耗高性能绿色建筑,美国应在建筑节能、节水、节材、提升室内环境、能耗预测与检测、支撑工具研发6大领域开展的14项优先工作,也提出了美国迈向零能耗建筑的路径,即通过节能技术将建筑终端用能降低60%-70%,用太阳能满足剩余的30%-40%能源需求。


美国在2008年提出了“零能耗公共建筑发端计划”,要求在2030年所有新建公共建筑、2040年既有公共建筑的50%要完成零能耗化的技术改造。为了加快零能耗建筑的发展,美国正在积极地进行着既有建筑物的节能改造。



05   欧盟


欧洲以德国被动房研究中心(PHI)等为例,已经形成了体系化、规模化的被动式建筑标准和认证体系。


欧盟于2010年7月9日发布的《建筑能效指令》(修订版)(Energy Performance of Building Directive recast,EPBD)在欧盟内部影响力巨大,它要求各成员国应确保在2018年12月31日后,所有的政府拥有或使用的建筑应达到“超低能耗建筑”,在2020年12月31日前,所有新建建筑达到“超低能耗建筑”(Nearly Zero-energy Buildings)。


《建筑能效指令》定义零能耗建筑为“具有非常高的能效”的建筑,《指令》还要求“超低能耗建筑”能耗表达单位应使用千瓦时/(平方米·年)。欧洲暖通学会联合会(REHVA)的JarekKurnitski等专家将“超低能耗建筑”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,其一次能耗大于0千瓦时/(平方米·年)的建筑。


欧盟专家还对零能耗计算的边界范围、一次能源转换系数、是否应考虑区域供热供冷等系统、是否应考虑电器使用能耗进行了探讨研究。虽然欧盟各国对“超低能耗建筑”定义和技术路径都不同,但大多数国家还是给出了相对明晰的发展目标,发展目标主要针对新建建筑,具体见下表:


部分欧洲国家“超低能耗建筑”发展目标 拷贝.jpg

部分欧洲国家“超低能耗建筑”发展目标



06   英国


2006年12月,英国政府宣布所有政府出资的新建建筑应在2016年达到零碳排放标准。2007年,英国可再生能源建议委员会向英国可再生能源学会提交报告,提出:真正的“零碳居住建筑”(Zero-Carbon Home)应无需电网输入能源且不对大气排放CO2,其供暖需求应通过建筑设计降至最低并通过可再生燃料和技术满足,其电力需求也应降至最低并通过可再生能源发电满足。


2007年,英国政府引入由英国建筑科学研究院(BRE)建立的《可持续家庭评价标准》(Code for Sustainable Homes Rating),此评价标准的9个核心指标之一为能源使用与碳排放。


后续版本的《可持续家庭技术导则标准》(Code for Sustainable Homes Technical Guide)将“零碳居住建筑”定义为:居住建筑中所有能源消耗产生的净CO2排放为零或更低,其热损失系数(Heat Loss Parameter,综合考虑了墙体、窗户、气密性和建筑设计等因素)应为0.8 瓦/(平方米·开)或更低,以年为计量单位下,其家用电器和炊事排放CO2应为0,能源消耗计算应包括供冷供热、热水系统、通风、室内照明、炊事和所有家用电器。


由于英国政府对“零碳居住建筑”有补贴,其土地印花税的文件中也对“零碳居住建筑”进行了更加详细的定义,定义基本和《可持续家庭技术导则标准》一致,但有两条有细微区别:(1)要求建筑物供暖负荷低于15千瓦时/(平方米·年),(2)需要计算非建筑影响能耗。


英国建造的零能耗建筑的示范住宅——创新公园,旨在推动零能耗建筑的发展。政府积极推进相关的标识评价制度,并对零能耗居住建筑给予补贴。



07   韩国


韩国政府考虑到目前的其国家的经济技术水平,零能耗建筑的推广实施不能一蹴而就,而越早开始提升建筑能效,碳排放降低越大。为此,韩国制定了详细的阶段性发展目标,逐步实现零能耗建筑。


2009年7月6日,韩国政府发表了“绿色增长国家战略及五年计划”,针对零能耗建筑目标做出三步规划:


  • 到2012年,实现低能耗建筑目标,建筑制冷/供暖能耗降低50%;

  • 到2017年,实现被动房建筑目标,建筑制冷/供暖能耗降低80%;

  • 到2025年,全面实现零能耗建筑目标,建筑能耗基本实现供需平衡。


韩国国土交通部联合其它六部委于2014年7月17日颁布了《应对气候变化的零能耗建筑行动计划》。该计划制定了韩国零能耗建筑的推广策略,并制定了详细的阶段性发展目标,分析了零能耗建筑推广的主要困难,制定了相应的促进政策和激励措施。同时,对参与计划的国土交通部及其他部委作了明确分工,确保项目顺利实施。



08   日本


日本于2009年提出加速发展零能耗,在2010年的能源基本计划中提出到2020年新建公共建筑全部达到零能耗建筑标准,到2030年全部新建建筑物整体上平均实现零能耗。同时,强化节能标准,加大资金力度,以政策和税收激励制度鼓励发展零能耗建筑。



09   中国


超低能耗建筑、乃至零能耗建筑相关技术是全球目前建筑节能发展的重要方向,通过提高建筑围护结构的性能,被动优先,主动优化,降低建筑的能耗。发展被动式超低能耗建筑是促进资源综合利用,建设节约型社会,发展循环经济的必然要求;是节约能源,保障国家能源安全的关键环节;被动式超低能耗建筑势必将引领下一步建筑节能的发展,以及新一代绿色建筑技术的提升。


我国也在积极探索适合我国国情的零能耗建筑发展路线,其中超低能耗建筑和被动式超低能耗建筑是我国建筑节能发展的必经阶段。


2002年开始的中瑞超低能耗建筑合作,2010年上海世博会的英国零碳馆和德国汉堡之家是我国建筑迈向更低能耗的初步探索。2011年起,在中国住房和城乡建设部与德国联邦交通、建设及城市发展部的支持下,住房城乡建设部科技发展促进中心与德国能源署引进德国建筑节能技术,建设了河北秦皇岛在水一方、黑龙江哈尔滨溪树庭院、河北省建筑科技研发中心科研办公楼等建筑节能示范工程。


2013年起,中美清洁能源联合研究中心建筑节能工作组开展了近零能耗建筑、零能耗建筑节能技术领域的研究与合作,建造完成中国建筑科学研究院近零能耗示范建筑、珠海兴业近零能耗示范建筑等示范工程,取得了非常好的节能效果和广泛的社会影响。


2016年发布的《中国超低/近零能耗建筑最佳实践案例集》,对我国开展超低/近零能耗建筑工程项目的技术方案、施工工法以及运行效果加以总结、梳理和提炼。为了建立符合中国国情的超低能耗建筑技术及标准体系,并与我国绿色建筑发展战略相结合,更好地指导超低能耗建筑和绿色建筑的推广,受住房和城乡建设部委托,中国建筑科学研究院在充分借鉴国外被动式超低能耗建筑建设经验并结合我国工程实践的基础上,编制了《被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)》,并于2015年11月发布。