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摘要：
被動式超低能耗建筑是近年來出現的一種新型建筑形式。該類建筑通過適應所在地氣候條件，借助自然采光、太陽能等被動式節(jié)能手段，輔以高性能的材料和專業(yè)的施工技術，可以達到在提高室內安全舒適的同時大幅度減少建筑能耗的效果。調研國內目前已建成的被動式超低能耗建筑，總結不同地區(qū)、不同結構形式建成的超低能耗建筑應用情況，作了綜合論述，討論了其技術特征及目前存在的困難。闡述其可改善生態(tài)環(huán)境、節(jié)能減排，帶動行業(yè)向綠色化發(fā)展，具有重大推廣意義。 關鍵詞： 多年來，建筑業(yè)一直是我國實體經濟的支柱行業(yè)。土木工程材料的推陳出新和施工技術的不斷突破，使我國建筑行業(yè)呈現出日新月異、欣欣向榮的景象。經過多年實踐，建筑行業(yè)在高速發(fā)展的同時，往往造成環(huán)境的嚴重污染和能源的巨大消耗[1]。如何建成綠色環(huán)保、節(jié)能減排的建筑物成為近年來土木工程行業(yè)的研究熱點。 被動式超低能耗建筑（以下簡稱被動房）是近年來出現的一種新型建筑形式，最早由德國在 20 世紀 90 年代建成。被動房具有良好的氣密性和高效的保溫性，大幅度降低建筑供暖供冷需求，以極少的能源消耗提供舒適的室內環(huán)境，使建筑達到恒溫、恒濕、恒潔的效果[2]。 自建成以來，引起建筑行業(yè)廣泛關注。尤其近年來全球 CO2的大量排放，引起氣候的不斷變化，多國致力于綠色低碳發(fā)展。 我國主動順應，積極推動構建人類命運共同體，促進全球環(huán)境的改善。在國家和政府的大力支持下，多省市相繼建成了被動房，為我國的環(huán)境保護和節(jié)能減排起到積極推動作用[3]。但由于我國被動房起步較晚，相應的施工技術、不同地區(qū)的技術要點仍不夠完善，被動房的發(fā)展仍存在困難。為進一步加快其推廣應用，結合國內目前已有的被動房建筑，對其發(fā)展現狀進行論述。 被動房的技術特征 被動房是通過利用建筑所在地的可再生資源，適應當地的氣候特征，最大限度地保持室內溫度穩(wěn)定，使建筑擺脫對傳統的空調制冷或煤氣采暖的依賴[4]。其優(yōu)異的性能主要源于以下技術特征。 （1）合理建筑布局。通過細致的規(guī)劃，使建筑物坐北朝南，有利于通風和采光，利用樹木、建筑陰影遮陽，提高室內的舒適度。 （2）高性能門窗[5]。國內被動房大多采用鋁包木三玻兩腔雙 Low-e （低輻射鍍膜玻璃，Low emissivity）充氬氣系統被動窗，具有良好的氣密性和水密性。 （3）高效保溫隔熱非透明圍護結構[6]。外墻及屋頂保溫均采用約 250 mm 厚保溫材料，首層地面樓板與地下部分交接處做保溫處理，極大程度提升建筑保溫隔熱性能，降低建筑冷熱能源消耗。 （4）高氣密性、無冷熱橋系統。對管線穿墻處、材料搭接處、氣密區(qū)邊界處的門窗節(jié)點處進行防水、隔氣、保溫等處理，極力減少室內外冷熱能量的傳遞。 （5）配置新風系統。采用新風系統完成室內外氣體交換，可除塵除霾，保證室內空氣良好。 02 國內被動房應用情況 2.1 北京城市副中心智慧能源服務保障中心 該項目位于華北地區(qū)，面積約 5,200 m2，是國內首座超低能耗建筑與多能互補集成優(yōu)化功能系統于一體的建筑，2022 年 10 月投入使用。該項目采用“被動優(yōu)先，主動優(yōu)化，經濟實用”的技術路徑，在被動房建筑原有基礎上，通過降低建筑體形系數，配備光伏發(fā)電、空氣源熱泵、蓄能等多種能源系統，借助電腦自動分析建筑需要，選擇合理的用能形式。將太陽、土地、空氣中的能量輸送到室內或儲存起來?？煞謺r段、分區(qū)域自動制定供能方式，達到建筑的高效用能。 2.2 哈爾濱“辰能·溪樹庭院”樓 該項目位于東北地區(qū)，于 2015 年竣工，面積約 7 800m2，是我國嚴寒地區(qū)的第一個被動式建筑[7]。哈爾濱一年之內氣溫多變，6～8 月天氣炎熱，11～4 月天氣寒冷，要滿足光照和溫度適宜的環(huán)境十分困難。辰能·溪樹庭院項目采用整澆擠塑板為外墻保溫材料，配備外遮陽設施，最大程度減少室內溫度變化，降低采暖和制冷負荷，有效節(jié)省能源消耗。在嚴寒地區(qū)，冬季長時間的采暖是必不可少的，采暖不僅需要燃燒大量的煤炭，還會造成嚴重的環(huán)境污染。該項目順利建成，經過近年的使用，在嚴寒地區(qū)依然能保持優(yōu)異的節(jié)能性，為被動房在北方嚴寒地區(qū)的應用做了良好的鋪墊。 2.3 西安高新·天谷雅舍幼兒園 該項目位于西北地區(qū)，于 2021年竣工。其所在的高新·天谷雅舍小區(qū)也為超低能耗建筑，整體營造了較高的舒適度和良好的居住環(huán)境。該建筑立面以鋼琴鍵為造型，靈動飄逸，是一個科技美學的展覽館，被稱為“零 HOUSE”的幼兒園。同樣采用能耗超低的保溫體系，屋頂配置光伏發(fā)電，利用可再生資源，為建筑提供照明和能源。建筑外圍設立記憶式遮陽板，可隨著太陽方位和角度不同，自動調整變化，讓室內溫度穩(wěn)定在 20～26 ℃。 2.4 成都綠色建筑產業(yè)園辦公樓 該項目位于西南地區(qū)，2018 年竣工，面積約 4 500 m2，是“十三五近零能耗建筑關鍵技術”示范項目。該項目響應國家號召，將裝配式建筑技術、被動式建筑技術、綠色建筑技術和智慧建筑技術相融合，是國家首例裝配式混凝土結構超低能耗建筑[8]。該項目采用清水混凝土，以裝配方式建造，研發(fā)出較多新的施工工藝。建筑南向窗戶結合智能化電動外遮陽系統及變色玻璃，減輕夏季外部熱輻射。同時，該項目融合智慧物聯集成系統、智能樓宇系統、智能安防系統等，實現智慧建筑。 2.5 鄭州五方企業(yè)館 該項目位于華中地區(qū)，于 2019 年竣工，面積約3 500 m2，是中原地區(qū)第 1 個被動房示范建筑[9]。該建筑的設計亮點在于屋頂，通過高中庭空間引入自然采光，輔以遮陽系統，使建筑室內通風順暢。在房間布置上按照南北向分布，將公共區(qū)域作為貫穿廊道引導室內空氣流通。另外，設置坡屋面，利用屋頂間層調節(jié)。夏季時，太陽高度角高，通過挑出的屋檐，使光線反射形成漫射光進入室內。開啟屋頂間層兩側進出風口，形成空氣流通帶走熱量，從而形成隔熱間層，阻擋外部熱量進入室內。冬季時，太陽高度角低，關閉屋頂間層兩側進出風口，形成蓄熱間層，保存室內溫度。 2.6 山東建筑大學教學實驗綜合樓 該項目位于華東地區(qū)，于 2017 年竣工，面積約 9 700 m2，是國內較早的鋼結構裝配式超低能耗示范項目。該項目以“被動優(yōu)先”的設計理念，在充分了解建筑所處的環(huán)境和氣候條件后，對建筑場地進行規(guī)劃，最大限度于周圍環(huán)境相協調[10]。建筑體形系數在 0.3 以下，選擇“L”型遮陽板，不僅減少陽光直射，同時降低西曬對建筑的影響。裝配式建筑中存在大量的安裝和拼接縫隙，會嚴重影響建筑整體氣密性，針對此項薄弱點，該項目制定專門的技術方案并成功安裝，為鋼結構裝配式被動房建筑今后的發(fā)展打下了良好的基礎。 2.7 福建南安北山被動式住宅示范工程 該項目位于華南地區(qū)，于 2016 年竣工，面積約 6 500m2，是我國夏熱冬暖地區(qū)第一個被動式超低能耗項目[11]。南安市夏季溫度不高，溫差小，冬季溫度較低，全年濕度較大，且常有臺風。基于此，該項目圍護結構采用 100 mm 厚聚苯乙烯泡沫板，簡稱 EPS （Expanded Polystyrene Board）保溫板，內置活動百葉的中空玻璃，既安全又遮陽。配置帶全熱回收功能的新風系統，顯熱回收率 75% 以上，做到了靜音無風感、關窗不憋悶、空氣持久清新，從而改善夏季濕熱環(huán)境，大幅度提高冬季室內舒適度，是氣候適應性建筑的典范。 總結上述國內的被動房項目，經調研，相比于傳統建筑，被動房綜合能耗降低超過 70%，建筑可實現節(jié)能 90% 以上，使用的能源中有 60% 以上是可再生的。可有效地減少煤、天然氣、電、水等不可再生資源的消耗，緩解能源短缺的壓力，減少 CO? 等污染物的排放，實現人、建筑與環(huán)境的友好共生。 03 被動房建筑面臨的困難 3.1 材料廠家少、專業(yè)人員匱乏 被動房優(yōu)異的恒溫性能，離不開高性能的材料和專業(yè)的施工團隊。在房屋設計方面，已發(fā)展得較為成熟，但被動房所用的材料，如鋁包木門窗、防水透氣膜、防水隔氣膜、石墨聚苯板等，國內的生產廠家較少。除此之外，被動房的建設過程中，有較多區(qū)別于普通建筑的較為復雜、繁瑣的施工工藝技術，必須配備專業(yè)的施工團隊，專業(yè)人員的缺乏會增加被動房的施工工期，從而影響工程進度甚至工程質量。 3.2 建造成本高 目前國內的被動房大都為精裝修，因毛坯房業(yè)主在進行裝修時可能對建筑氣密性、保溫性等造成不同程度的損壞。由于被動房所采用的均為高性能材料，且配備新風一體機等智能化設備，所以裝修時要求專業(yè)的人員，且有施工難度大、工期長等問題，使建筑成本大幅度增加。 3.3 設備使用年限待定 被動房所用的鋁包木門窗及嚴寒地區(qū)使用的電熱膜、石墨聚苯板、新風系統等設備，保證了房屋的氣密性，從而達到降低能耗的目的。但這些材料及設備在長期使用過程中可能存在老化、損壞等問題，后期的維護、維修及設備更換可能對房屋氣密性造成破壞，因而被動房的長期使用性能還有待進一步的研究。 3.4 預留管線多 相比于普通建筑，被動房在建造時除安裝普通管道外，還需增加較多預留管線。如：新風系統控制管線、電熱膜控制管線或智能家居控制管線等，管線的預留會在樓板或梁上開洞，大幅度增加混凝土開裂的風險，影響工程質量。 04 結 語 綜上所述，被動房能帶給人們比普通房屋更舒適安全的室內環(huán)境，可節(jié)能減排，擺脫對化石能源的依賴，改善生態(tài)環(huán)境，減輕霧霾、粉塵等對人體的傷害；同時，被動房的發(fā)展將會推動建筑行業(yè)和與之相關的建材行業(yè)邁向綠色化，是建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 雖然被動房的發(fā)展還面臨一些困難，但隨著規(guī)范的完善，借助國家和政府的大力支持，相信其會迎來廣泛的發(fā)展前景。 參考文獻： [1] 韓軍.綠色節(jié)能建筑背景下大氣污染改善與分析研究[J].環(huán)境科學與管理,2020,45(9):32-35. [2] 張時聰,陳曦,徐偉.近零能耗建筑的研究與實踐[J].建設科技,2014(22):27-29. [3] 吳世華.被動式超低能耗建筑的發(fā)展現狀及前景展望[J].建筑技術開發(fā),2019,46(10):145-146. [4] 潘黎,徐強.上海地區(qū)氣候適應型被動式超低能耗建筑技術路線探索[J].建設科技,2015(23):22-23. [5] 高增元.被動式超低能耗建筑設計基礎與應用[J].建設科技,2021(2):81-84. [6] 王超.被動式超低能耗建筑技術研究及發(fā)展趨勢[J].建筑技術開發(fā),2020,47(20):87-88. [7] 李競飛. 寒地城市居住建筑低能耗設計研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2017. [8] 吳自敏,楚洪亮,尹述偉,等.裝配式混凝土結構被動式超低能耗建筑熱橋處理措施[J].建筑節(jié)能,2018,46(9):70-74. [9] 路統宇.河南寒冷地區(qū)被動式超低能耗居住建筑研究[D].鄭州:鄭州大學,2018. [10] 趙喆驊,李曉蕓.被動優(yōu)先的綠色建筑設計探析:以深圳建科院大樓及山東建筑大學教學實驗綜合樓為例[J].建筑節(jié)能,2017,45(11):21-28. 作者：
