张小玲：被动房与普通房屋优劣比较分析

为什么我们坚持要建被动式低能耗房屋

现在标榜与众不同的房屋的名词很多：如美国的净零能耗建筑；欧盟的近零耗建筑；英国的零碳建筑；丹麦的主动房；德国的被动房、微能建筑和无源建筑；瑞典的被动房；芬兰的低能耗 建筑；瑞士的迷你房；加拿大的超级节能房（Super-E）、奥地利的A+/A++建筑和韩国的零碳房。名词多得让人眼花缭乱，解释 起来也令人云里雾里摸不着头脑。实际上这些建筑从本质上是按照被动房的理念：尽可能提高建筑本体的性能，减少对化石能源的依赖。人类对于建造房屋的终极目标追求是建造漂亮的、舒适的、能耗极低的、维护成本极低的永远不坏的房屋。一位德国专家说，绿色建筑就是有长久使用寿命的漂亮建筑。无论从理念上还是从实践上做被动式低能耗建筑是房屋建造最正确的选择。被动式低能耗建筑同其它建筑相比，有如下不同之处：

1、评判体系不同
被动式低能耗房屋是以房屋建成以后的结果作为最终评判指标，是普通人可识别的房子。被动式低能耗房屋设计上首先要满足能源需求的限定，能否被判定为被动式低能耗房屋还要以能耗指标和室内舒适性指标是否达到要求为准。如果一栋建筑本身的设计符合被动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结果和室内环境不符合要求，那这栋建筑就不能被称之为被动式低能耗建筑。而以评价打分体系为认证基础的高大上建筑，依赖专家的主观判断。这种评价只有具备专业知识的专家才可能完成。评价体系不同，用户评价能力表现不同。用户有能力判断自己是否使用的是被动式低能耗建筑，他只要核查室内环境指标和花了多少能源费用便可做出判断。被动房是普通百姓可以识别的房子。这一特性使被动房比较容易获得市场认可。开发商自发在山东、河北、江苏等地大规模建造被动房，与这一特性不无关系。

2、被动式低能耗建筑必须首先是健康建筑

被动式低能耗建筑必须是健康建筑表现在两个方面。其一，它的建筑构造满足建筑热工的要求，建筑的室内一侧无结露发霉现象。其二，它的室内空气环境质量是优良的，室内的CO2含量、VOC污染物、PM2.5等指标均符国家规定优良标准。所有被动低能耗建筑既要控制好施工设计环节，又要做好的运营室内环境控制。被动式低能耗建筑不但要控制好自己的身体不得病即不结露发霉；同时要提供优质室内环境，包括适宜的温度、湿度、CO2和其它污染物含量符合国家优质空气标准规定等。

如果一个房屋内部结露发霉了，它的建筑构造一定出了问题。原因可能或是设计错误，或是施工错误。这个建筑有多么美丽的名称或是多么高级认证，它也不能被称之为被动房。图1是符合国家节能标准的某高层公寓墙体结露状况。图2是该公寓按被动房改造之后室内状况。按被动房标准改造之后，消除了室内结露发霉的状况，采暖用能减少了90%。

图1 改造前墙体   图2 改造后墙体

被动式低能耗建筑的健康特性正逐渐被人们认知。譬如，有人住进被动房之后，感冒次数大大减少，心脏病症状大为减轻等等。

3、精确计算而不是权衡判断

被动式低能耗建筑耗能极低。室内人与设施散热变化对能耗和负荷的影响较大。譬如，每增减一个人会对能耗和负荷结果会有10%左右的变化。设计一个好的被动式低能耗建筑必须进行精确计算。依据现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736规定的方法进行采暖负荷、采暖需求、制冷负荷、制冷需求、采暖一次能源需求、制冷一次能源需求以及总一次能源需求计算，见图3～4。计算过程中所用的气候数据库和人员、设备、灯光等参数的设定必须准确可靠。依据精确的计算结果，设计人员便可准确地为被动房配备设备。已有的被动房运行三年以上的被动式低能耗房屋表明，其实测结果与计算结果非常吻合。

图3 室内环境冷负荷分析

图4 被动式低能耗建筑得失热分析

用最终能耗计算结果而不是权衡判断做出节能率表明一栋建筑的能耗会让用户知道确切的能耗水平。这种方法有效避免了计算中的投机取巧和无法用实际能耗追溯设计计算的错误情况。因为用户可以用使用能耗较验计算结果，从事计算的人员必须认真对待整个计算过程。市场上出现过不同软件计算同一栋建筑的能耗结果有一倍以上差距的情况。如果用权衡判断，这两种计算结果可能都是正确的。而采用精确能耗结果的计算方法，只可能有一种是正确的。

4、全面考虑技术实用性，不是为用设备而用设备

图5 屋顶太阳能设施

被动式低能耗建筑的设计对每项技术投入不但要进行投入产出分析，还要考虑它的负面影响。在被动式低能耗建筑中用可再生能源要考虑两个问题：一是该不该用；二是用了之后有没有负面影响。在一个工程案例中，业主为要不要做活动外遮阳而纠结。该建筑是城市标志性建筑，用了外遮阳虽然可以降低夏季冷负荷，但是会对原有外立面造成较大影响。权衡利弊之后，决定放弃外遮阳系统的使用，转而采用通过调整玻璃的性能来降低能耗的技术手段。（图5）

被动式低能耗建筑的根本是提高建筑本体性能，尽可能减少设备投资，不以多用高科技多用设备为荣耀。株洲市创业广场(图6)原本按绿色三星设计。当设计方案改为被动式低能耗建筑之后，其采暖制冷能耗和负荷大为降低。最终设计方案取消了原方案的地源热泵和直燃机组等。设备投资节省了约3000万元左右。

图6 株洲市创业广场效果图

有一个寒冷地区的项目，原本只需安装一个空气源热泵下就可以满足全年的冷热需求，但该项目为了满足某些标识认证的需要，同时配备了地道风、地源热泵、太阳能热水溴化锂机组，同时还安装了空气源热泵。该项目用在新风空调的投资超过1200元/m2，是普通项目的三倍以上。同时，过多产品的使用给房屋使用带来了负面影响。一是屋面太阳能热水系统占用了使用面积。该项目屋面设计是屋顶花园。由于屋顶太阳能热水系统占据了三分之二以上的屋顶面积，使原本可利用的300m2休闲使用空间，剩下不到100m2；二是室内机组运行发热给夏季带来了负面影响。楼内的机组设施有些部位烫手，增加了夏季的负荷；三是带来了维护成本的提升。设备用的越多，维护工作越繁重，成本也越高；四是运行成本的大幅度上升。空调系统的使用年限一般在15年左右，太阳能热水系统10-15年。将设备投资折合进使用费用中就能够判断出减少建筑用能所付出的代价。这种代价绝不同于我们将普通建筑的使用寿命从几十年延长到几百年的增量成本。前者是每隔10-15年就要投入一次，而后者仅是初始成本的一次性投入。

5、精细化设计

被动式低能耗建筑必须精细化设计，无法照抄现有的标准图构造其建筑图纸和暖通图纸要比普通建筑多得多。在建筑设计中，所有的重要节点无法靠照抄标准图解决。设计师必须根据精确的计算，才能确定保温材料的厚度，关键构造节点必须画出来才能保证建筑构造不出问题。暖通方面除了准确计算出采暖和制冷负荷以配备暖通空调系统外，还必须进行精确的室内环境分析。而CFD被我国建筑设计采用才刚刚开始。利用CFD技术可以准确判定不同暖通空调方案条件下室内温度、室内相对湿度、室内垂直温度差、气流速度，二氧化碳浓度等室内环境指标，从而帮助设计人员优化方案。这是一种非常有效的寻求最佳技术解决方案的手段，可以有效减少设备不必要的投资。

株洲市创业广场是一个建筑面积大且业态非常复杂的建筑。为确保未来机组运行满足室内环境要求，其室内温度和CO2含量在不同工况下的变化状况均进行了精确的模拟计算（图7和图8）。在这种精准计算的支持下，设备被进一步优化，运行模式变得更为合理和节能。精细化设计不但为投资方节省大量费用，同时未来的设备运行变得更加可靠和节能。

而在一般建筑设计中，工程设计人员会凭借经验和直接引用国家标准图进行设计；在设备方面基本上按照能满足峰值要求进行配置。所以不多的图纸便可搞定整个工程设计。工程中出现的室内结露发霉和大马拉小马车就不足为奇了。

图7 株洲市创业广场不同高度温度云图

图8 株洲市创业广场不同高度CO2云图

6、精细化施工
建筑领域国家一直提倡百年大计、精细化施工。如一个项目是被动式低能耗建筑，那么人们就不必太担心工程会被粗制滥造。可能建设单位更担心工程不能通过测试而影响房屋的使用效果。可以说，被动式低能耗建筑逼着建设市场实现了从粗放施工到精细化施工的强制转变。

就拿窗的安装工程来说，历来是令人头疼的问题。中国的建筑在暴风雨中从窗缝渗水是一种常见现象。这种现象同我国现行的外窗安装方式有关（图9）。这种安装方法会导致窗与外墙之间极易形成缝隙。而被动式低能耗建筑的外墙与窗之间必须保证气密层的完整体性。其安装工艺和安装方法必然要求精细化（图10）。被动式低能耗建筑的外窗安装必须带玻璃安装，不可先装窗框，后在现场安装玻璃。由于此项要求，中国工地已经实现了塑料窗带玻璃整窗安装（图11）。这是一项重大的进步，它保障了外窗在工程施工过程中免遭破坏，同时促使大批质量平平的生产企业转型升级，否则就有被淘汰的风险。

图9 窗与外墙用聚氨酯发泡填缝

图10 被动式低能耗建筑窗的安装方法

图11 塑料窗带玻璃安装

7、追求耐久性好的产品
被动房所使用的材料必须有长久的使用寿命。一个合格的被动房第一次大修时间应该是在房屋使用40年后。在中国出现了人们在建造被动房时主动选择耐久性良好的产品而不是追求价格低的产品。被动房某些产品远高于国家标准。拿屋面防水材料来说，其材料的使用寿命最低为30年，而中国规定的保持期只有5年。图12显示的是真正的SBS改性沥青的防水卷材，其原材料是橡胶和沥青共混形成的具有良好性能的防水卷材；图13是用废旧轮胎等材料代替橡胶所形成所谓的SBS改性沥青卷材。前者的价格是后者的三倍以上，而耐久性是后者的十倍以上。从长远利益看，前者比后者更具有经济上的优势。

图12 SBS改性沥青卷材

图13 劣质的SBS改性沥青卷材

8、成为城市绿轴而不是城市热岛
所谓热岛现象就是该区域比周围环境温度高，主要原因是一些构筑物白天吸热，晚上放热所造成现象。城市热岛现象在变得愈来愈严重，诸多城市的表现就是夏天愈来愈热。一般普通热岛会比周边环境高出3℃，强热岛会高出7～9℃。人们已经认识到城市热岛对地球所带来的危害。被动房往往被包覆在厚厚的保温材料中，不会产生城市热岛现象。

9、雾霾空气中的安全岛
当出现雾霾时，被动房良好的气密性可以阻止室外空气的渗入到室内。新风机组可以有效地消除进入室内空气中的雾霾。初效过滤装置可以削除70%的雾霾，中效可消除90%以上的雾霾。被动房可以成为雾霾空气中的安全岛。

10、永远不坏的建筑
建造被动房可以让建筑彻底解决中国建筑的短命问题。按照德国的建造标准，一个合格的被动房，它第一次维护的时间是在40年以后，到第60年时可通过节省能源花费回收整个项目的投资。从理论上讲，由于它的结构体系完全包覆在保护层当中，它应该是一个永远不坏的建筑。被动房使用寿命同普通建筑寿命相比，如同木乃伊同普通人尸体只有几十年存在时间相比。前者保存了3000年后还将存在下去，其主要原因就是被包覆在保护层中。

11、是普通百姓可识别的建筑
被动房具备的节能舒适的两大特征成为人们判断是否是被动房的唯一标准。同其它高科技建筑不同，老百姓可通过室内环境感受和用能花费识别出被动房，这种特性使得某些地区出现民间自发宣传和建造被动房的现象。

原文刊登于《建设科技》杂志，版权归作者所有。