我国被动式超低能耗建筑的发展分析

周恒芳 宋丽伟 王卫玲

摘 要：随着我国经济的快速发展，能源与环保问题日益凸显。我国对节能环保日益重视，且人们对居住品质的要求也在不断提高。在此基础上，2008年被动式超低能耗建筑被引入我国。另外，近零能耗建筑、零能耗建筑、正能耗建筑也在逐步发展。本文主要对被动式超低能耗建筑的技术措施、实现难点进行论述，并全面阐述其在我国的发展现状，为建筑业相关人员全面了解、学习被动式超低能耗建筑提供参考。

关键词：被动式超低能耗建筑;节能环保;经济舒适;技术措施

中图分类号：TU201.5     文献标识码：A     文章编号：1003-5168（2021）36-0083-04

Analysis on the Development of Passive Ultra-Low Energy  Buildings in China

ZHOU Hengfang   SONG Liwei  WANG Weiling

（Zhongyuan University of Science and Technology， Zhengzhou Henan 450000）

Abstract：With the rapid development of China's economy，energy and environmental protection issues are increasingly prominent.China is paying more and more attention to the issue of energy conservation and environmental protection，and people's requirements for living quality are constantly improving.On this basis，passive ultra-low energy buildings were introduced into China in 2008.In addition，near zero energy buildings，zero energy buildings，positive energy buildings are also gradually developing.This paper mainly discusses the technical measures and implementation difficulties of passive ultra-low energy buildings，and comprehensively expounds the development status of passive ultra-low energy buildings in China，so as to provide reference for the construction industry related personnel to comprehensively understand and learn passive ultra-low energy buildings.

Keywords：passive ultra-low energy buildings;energy conservation and environment protection;economic and comfortable;technical measures

被動式超低能耗建筑是指适应气候特征和自然条件，通过保温隔热性能和气密性能更高的围护结构，采用高效新风热回收技术，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗，提供舒适室内环境，并能满足绿色建筑基本要求的建筑[1]。被动式超低能耗建筑也称为被动房，被动房是受保护的专业名词，最早起源于德国，被动房是按德国Passivhaus翻译的。通过技术措施，被动房将建筑供暖需求降低到15 kWh/（m2·a）以下，能有效实现建筑节能，并改善居住体验感。

1 被动式超低能耗建筑的特点

被动式超低能耗建筑的主要特点是节能环保、经济舒适。我国幅员辽阔，南北气候跨度大。根据我国建筑热工设计分区图，我国共分为五个气候区：北方的严寒和寒冷地区、中部的夏热冬冷地区和南方的夏热冬暖及温和地区。北方地区普遍气候干燥，风沙或灰尘大。近年来，北方城市雾霾现象较为严重，尤其是采暖季节。南方城市普遍多雨，湿度较大，夏季酷热。中部的夏热冬冷地区由于空气湿度大，冬季湿冷。我国的供暖分界线位于北纬33°附近的秦岭和淮河一带，较多冬季湿冷的地区并无集中供暖，舒适度差。被动式超低能耗建筑能较好地解决居住舒适度的问题，并且节能环保、经济性好。所以，我国建筑向被动式超低能耗建筑的转变是必然的。

《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》（试行）（居住建筑）要求被动式超低能耗建筑能耗指标及气密性指标如表1所示。

根据规范要求，超低能耗建筑室内温度：冬季≥20 ℃，夏季≤26 ℃;相对湿度：冬季≥30%，夏季≤60%;新风量≥30 m2/（h·人）。

为实现节能环保、经济舒适的目标，被动式超低能耗建筑的技术措施主要有以下六点。

1.1 高标准的外围护结构保温

被动式超低能耗建筑类似我们平时用的保温杯，必须有高标准的外围护结构保温，才能保证居住空间内部恒温恒湿。外围护结构保温不仅指外围护墙体的保温，还包括地面及屋顶的保温。只有通过连续、密闭的外围护结构保温，才能使室内环境与外界处于隔离状态，避免能量损失。

被动式超低能耗建筑外围护结构保温与传统建筑的外保温不同。传统建筑的外保温有固定的做法，保温层厚度及外墙厚度不需要计算。而被动式超低能耗建筑外围护结构保温层厚度及墙体厚度必须依据规范选取当地的气候参数，依靠软件经过多次详细的计算比较，才能确定出最佳的保温层厚度及外墙厚度。

以河北新华幕墙公司被动式超低能耗办公楼项目为例，外墙做法（由内而外）为：

①250厚加气混凝土砌块墙[导热系数0.180 W/（m·K）]

②260厚混凝土砌块

③6厚DPE抹灰砂浆

④200厚XPS保温板[导热系数0.030 W/（m·K）][2]

1.2 高性能的门窗

被动式超低能耗建筑要求建筑物内部的环境稳定，与外界环境隔离，内部能量尽量不消耗。而在普通建筑中，透过门窗的散热损失占整个外围护结构能量损失的50%左右[3]。这就要求必须降低门窗的传热系数（K值），必须采用高性能的门窗。建筑物的整体能耗指标的实现需要多次优化调整窗墙比、窗户玻璃层数、厚度等影响K值的因素，选择与外界气候条件相匹配的门窗。高性能的门窗不仅要满足高保温、高气密性的要求，在安装施工时还要进行无热桥设计。为了实现这些目标，不仅对窗户的材质有要求，而且门窗的外形设计与制作、门窗的安装位置及安装方式、五金配件的选择、施工质量及检测等都会对门窗的性能有影响。

高性能的窗户多采用3玻2腔的玻璃，面积较大时窗户较重。在设计中的一些构造做法也与普通窗户有所不同，在窗户四周需要设置抱框柱、窗台梁及窗上过梁。

1.3 良好的气密性

要实现被动式超低能耗建筑节能环保、经济舒适等功能，良好的气密性是关键因素之一，良好的气密性能最大限度地减少室内外气体的交换速度。气密性数据是唯一通过现场环境檢测确定的，以此来判别建筑物是否满足被动式超低能耗建筑的要求。良好的气密性取决于建筑物体型的设计、外围护结构保温及高性能门窗的质量，一方面是所用材料的质量，另一方面是施工的质量。整体的施工必须精细化，尤其一些细部节点的处理。因此，在施工材料的选用、施工方法及工序的选定、验收标准等方面都必须严格把关。

气密性的要求应该落实到房屋建设的全过程中，与气密性相关的分部工程有脚手架工程、混凝土工程、砌体工程、屋面工程、地面工程、门窗安装工程、电气工程、暖通工程、给排水工程，几乎贯穿施工全过程。

1.4 无热桥设计及施工

热桥会造成建筑物内部能量损失，影响建筑物的节能效果。因此，在被动式超低能耗建筑中须进行无热桥设计及施工。这一目标的实现，需要建筑设计中各专业的配合，严格遵守《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》（试行）（居住建筑）中，即避让原则、击穿原则、连接规则、几何规则。

首先，建筑专业应选择有利的建筑体型，不要选用过多转折及带锐角的建筑平面，建筑立面中不要选用较多的外挑或内收。其次，结构专业与设备专业应密切配合，在前期应充分了解场地情况，基础设计要与供暖方案结合考虑。较大外挑处的结构设计应该与建筑专业充分沟通，比如秦皇岛“在水一方”C区采用悬挑处阳台板与主体结构断开的措施，减少热桥效应。在施工图设计过程中，应与设备专业密切配合，优选外部主体结构、围护墙体中开设孔洞的位置。最后，施工过程中应注意对工人关键节点施工的培训，严格保证施工质量。

1.5 高效的新风热回收系统

被动式超低能耗建筑室内的空气新鲜，而且室内的温度、湿度基本恒定。无论是在炎热的夏季还是寒冷的冬季，要保证室内环境温度、湿度恒定，高性能的保温及良好的气密性是必要条件，以隔绝外部环境的影响，避免室内能量的损失。另外，还需要加装能源环境一体机，即采用新风系统来解决新鲜空气的问题。普通建筑应用的新风系统类似于换气扇，能置换出新鲜空气，用于净化空气的过滤芯是已有的产品，但会将夏天房间里的冷气、冬天房间里的热气带出去，造成能量损失。要解决这个问题，必须在新风系统里加入热交换芯，这也是新风系统中最重要的部分。通过热交换芯，室外的寒冷空气会吸收排出去的室内空气的热量，使室外空气“加热后”再进入，避免了能量损失。另外，新风系统中的热交换材料还要能解决湿度恒定的问题，也就是夏天室外空气中的湿气进不来，冬天室内的湿气出不去。只有高效的新风热回收系统才能解决这些难题。

1.6 可再生能源的充分利用

被动式超低能耗建筑能充分利用可再生能源，如太阳能、地热能、风能、水能等，需要结合建造地点的实际情况，合理选择可再生能源，其核心理念是建筑需要充分吸收大自然所提供的“养分”。建筑是建造在自然环境中的，不能将建筑视为一堆钢筋混凝土的人类科技合成物，要与当地的气候、人文环境充分结合，充分利用人类几千年的智慧和生活经验，打造出低碳环保、舒适宜居的建筑。已建成的被动式超低能耗建筑充分考虑了可再生能源的利用，比如位于河南省郑州市的中原地区首个被动式超低能耗示范项目“五方科技馆”，采用了地源热泵、太阳能光电技术、太阳能光热技术等可再生能源技术。

2 我国被动式超低能耗建筑的发展现状

我国在经济快速发展的同时，一直重视环保节能。在能源消耗方面，建筑行业耗能比重较大。我国新建建筑物面积逐年增大，能源消耗也在逐年增加，其所占比例为社会总能源消耗量的30%[4]。20世纪80年代初，原建设部开始组织开展建筑节能工作，并发布了一系列的标准及规范。1986年8月1日，针对民用建筑，我国发布了《民用建筑节能设计标准》（采暖居住建筑部分）（试行JGJ 26—1986）;针对公共建筑，我国在2005年4月4日发布了《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）。2015年末，我国建筑节能“三步走”战略完成。严寒和寒冷地区居住建筑节能设计达到20世纪80年代建筑节能65%的水平，全国范围公共建筑节能设计达到相对于20纪80年代建筑节能65%的水平。

尽管我国较早已经提出了建筑节能环保的要求，也有绿色建筑认证，但被动式超低能耗建筑在我国的研究较发达国家晚。被动式超低能耗建筑在我国的发展历程如下。

2008年，住建部与德国能源署合作，从德国引进了被动房。2010年，在我国建成了第一个被动房“德国汉堡之家”。

2012年，建成了河北秦皇岛“在水一方”、黑龙江哈尔滨“溪树庭院”等被动式超低能耗建筑示范工程。

2013年，建成了中国建筑科学研究院近零能耗建筑等示范工程。

2015年，住建部颁布《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》（试行）（居住建筑），成立了三个被动式超低能耗建筑联盟。

2016年，国务院发布《“十三五”节能减排综合工作方案》，提出开展超低能耗及近零能耗建筑试点。

2018年，世界规模最大的被动式建筑综合社区——河北“高碑店·列车新城”项目获得了我国首个PHI区域预认证。

2019年，住建部颁布《近零能耗建筑技术标准》（GB T 51350—2019）。河北省成功举办第23届国际被动房大会，这是大会首次走进亚洲、落地中国。

我国被动式超低能耗建筑已经发展了十几年，国内被动式超低能耗建筑也已覆盖到多个省、自治区、直辖市。北京、河北、山东、浙江、新疆、福建、青海、湖南、江苏、辽宁、内蒙古、黑龙江、四川、河南、天津等地均已建成被动式超低能耗建筑，我国被动式超低能耗建筑已经发展到了一个新的阶段。其中，河北省的被动式超低能耗建筑建设规模位居全国第一。截至2021年8月30日，河北省累计建设被动房项目182个、建筑面积530.88万m2。

被动式超低能耗建筑之所以能被引进到我国，主要是因为其能够有效解决能源浪费的问题，而且居住体验良好。为了全面推广被动式超低能耗建筑，从中央到地方都给予了大力支持。其中，《河南省节約能源条例》第二十六条提到“鼓励建设超低能耗建筑和近零能耗建筑”，河南省第一个从法规层面提出了推进超低能耗建筑发展。

3 被动式超低能耗建筑在我国建设中的难点

被动式超低能耗建筑在我国推广实施的过程中遇到了很多难题，这也是阻碍其在我国迅速发展的原因。

3.1 气候、生活习惯不同

被动房最早源于德国，德国冬季没有我国北方寒冷，夏季没有我国南方潮湿。整体来说，比起我国南北气候差异大的现状，德国境内各地温度比较接近。因此，被动式超低能耗建筑在我国全面推广难度较大，必须结合当地气候特征，确定适合当地建设的技术指标。

在德国，大多数居民是一家人居住在一栋单体别墅中，只用考虑整栋别墅的外墙保温，不用考虑内隔墙及楼上楼下分户的问题。而我国除了农村，基本居住的都是单元楼，多、高层建筑较为普遍。一栋楼居住人员较多，单元户门开启比较频繁，甚至是完全敞开的;而且住户入住的时间不一致，有的住户房屋一交付装修完就入住，有的住户两三年甚至多年后才入住。到了采暖季，如果隔壁的房屋是空置的，没有采取采暖措施，有人居住的住户室内的热量会损失，这也会影响住户居住的舒适性。

中国人和德国人的生活习惯不同，中国人喜欢开窗通风，想改变这些习惯还需要一个引导适应的过程。另外，中国人喜欢煎炒油炸，所以油烟会很大，开放式厨房不适合在被动式超低能耗建筑中出现。尽管我国在《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》中对厨房通风有补风的要求，但在已建成的被动式超低能耗建筑中使用时发现，厨房的空气流动大，会有集中的气流吹到身体上，引起不舒适的感觉。这一系列的问题都有赖于后续研究解决。

3.2 缺少精细化施工和管理专业人员

被动式超低能耗建筑的施工不存在尖端技术，需要严谨的施工技术、高标准的施工要求，以保证各分部分项工程的施工质量。目前，具有被动式超低能耗建筑丰富施工经验的施工企业在我国是严重缺乏的。想要建造出节能环保经济的建筑，需要对建设方、施工方、监理人员进行全面的被动式超低能耗建筑施工验收的培训，尤其是细部施工技术措施。在德国，建设方会确定一个设计、施工经验丰富且已获得认证的项目负责人，负责项目全过程建设，包括前期培训、质量检验、施工指导及验收，对施工质量完全负责。

3.3 相关产品、设备及配件材料要求高

被动式超低能耗建筑对围护墙体的保温材料、门窗、新风设备及细部节点施工处的配件的质量要求很高。目前，我国可以自行生产绝大部分建设被动式超低能耗建筑的产品，部分技术要求较高的产品仍以进口为主。如果我国要全面推广被动式超低能耗建筑，原有的建筑产品是满足不了需求的。因此，众多厂家的转型发展将是必然的。这一切需要政府部门的积极引导，并且需要专业人员做必要的技术指导。

3.4 前期建设费用的增加

被动式超低能耗建筑的经济性体现在全生命周期的使用过程中。初期建设过程中，由于外保温、气密性的高要求，及高效的新风设备和无热桥施工的要求，使建设成本增加。目前，由于国家政策的大力支持，建设被动式超低能耗建筑是有政府补贴的;而且对被动式超低能耗建筑所占面积有强制要求。

4 结语

随着我国脱贫攻坚任务的顺利完成，我国又宣布了碳达峰、碳中和的战略目标，推动建筑的节能减排势在必行，全面推广被动式超低能耗建筑是世界范围内的统一趋势。从2008年引进德国被动房至今，国内的被动式超低能耗建筑在全国各地已初具规模，国家及部分地方的标准体系也初步建立，部分创新技术也取得了一定的研究成果，已建成的被动式超低能耗建筑也具有节能环保、经济舒适的特点。为了守护碧水蓝天，共创美好生活，所有建筑业从业人员应不遗余力，为被动式超低能耗建筑在我国的进一步推广而努力。

参考文献：

[1] 住房城乡建设部.被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2015.

[2] 田山明.河北新华幕墙公司被动式超低能耗建筑项目总结[C].河北高碑店：第四届全国被动式超低能耗建筑大会，2017：197-198.

[3] 齐蓓，黄卫.如何保证被动式低能建筑系统门窗的气密性能[C].河北高碑店：第四届全国被动式超低能耗建筑大会，2017：72-86.

[4] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.