【德國被動房史】

被動房的理念起源于德國，最初是指在寒冷的氣候條件下，建筑不需要采暖設(shè)備，僅通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫就能實(shí)現(xiàn)比較舒適的室內(nèi)環(huán)境。其誕生的目的就是為了節(jié)省化石能源消耗，保護(hù)環(huán)境，同時提高居住品質(zhì)。

按照該理念實(shí)現(xiàn)的第一件作品是1883年挪威建造的弗拉姆號基地考察船。這艘35m長、用橡木建造的考察船，載重量為800t，配有三桅風(fēng)帆和220馬力的柴油動力螺旋槳，曾是當(dāng)時世界上深入極地最遠(yuǎn)的考察船。在南極、北極極度寒冷氣候條件下，該船不需要開啟采暖火爐，即可保持船體內(nèi)較為舒適的溫度。實(shí)現(xiàn)這一效果主要依靠優(yōu)秀的保溫構(gòu)造，船壁和甲板構(gòu)造厚度達(dá)40～50cm，由多層材料組合而成，窗戶由3層玻璃構(gòu)成。如今，這艘船作為一座博物館在奧斯陸被保護(hù)下來。

德國節(jié)能發(fā)展史

在歐洲寒冷地區(qū)，建造一棟不用采暖就能過冬的房子，對很多人來說是夢想也是挑戰(zhàn)。20世紀(jì)，在北歐和英國，有建筑師、工程師小范圍地嘗試建造不用采暖設(shè)備就可以過冬的住房。1973年，位于哥本哈根的丹麥科技大學(xué)建造了一棟試驗(yàn)性被動房建筑，實(shí)際上它還沒有達(dá)到被動房的水平，只能被稱作低能耗建筑，但它為后來被動房技術(shù)體系的完善積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

早期的被動房實(shí)踐暴露出許多問題，缺少高性能窗戶，人們沒有意識到建筑氣密性的重要性，不少項(xiàng)目采用了復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備和構(gòu)造機(jī)關(guān)，使建筑后期使用圍護(hù)復(fù)雜且成本高。

人們在不斷摸索，嘗試各種技術(shù)組合，進(jìn)行理論研究、模擬計(jì)算，經(jīng)過幾十年的努力與實(shí)踐，建筑節(jié)能技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)大幅提高。

德國低能耗建筑根據(jù)建筑能耗水平劃分為三個等級，該能耗是指在達(dá)到相關(guān)規(guī)范所要求的建筑室內(nèi)舒適度和健康標(biāo)準(zhǔn)的前提下，建筑物對一次性能源的需求量。

（1）低能耗建筑（low energy house），采暖能耗在30-70 KWh/m2·a，符合現(xiàn)在國家的強(qiáng)制建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建筑能耗主要表現(xiàn)在住宅，住宅標(biāo)配有遮陽，基本沒有空調(diào)。

（2）三升油建筑（three liter house），采暖能耗在15-30KWh/m2·a，這是一個比較形象的詞，很多建筑是燒柴油采暖，三升油建筑是指每平方米每年用能耗少于三升油，折合過來大概是15-30KWh/m2·a。

（3）被動房超低能耗建筑（passive house），采暖能耗≤15KWh/m2·a，超低能耗被動式是一種手段，要求每平米的采暖能耗在15KWh以下。

除此之外，還有兩個重要的概念，零能耗建筑（zero energy building）和產(chǎn)能建筑（plus energy building）。零能耗建筑通常是通過被動設(shè)計(jì)，使建筑的能源需求量降到很低，再進(jìn)一步采用可再生能源，包括太陽能、生物質(zhì)能等，覆蓋所需能源，即自身產(chǎn)生能源和所需能源達(dá)到平衡，全年平衡下來不需要再依靠外部能源，達(dá)到零能耗建筑；產(chǎn)能建筑，采用可再生能源，包括太陽能、生物質(zhì)能等，自身產(chǎn)生的能源除了能覆蓋所需能源之外，還可以向外部輸出能源。

在德國，被動房是指僅利用高效保溫隔熱、太陽能、建筑內(nèi)部得熱等被動技術(shù)和帶有余熱回收的新風(fēng)裝置，而不使用主動采暖設(shè)備、實(shí)現(xiàn)建筑全年達(dá)到ISO7730規(guī)范要求的室內(nèi)舒適溫度范圍的建筑。根據(jù)這個定義，在設(shè)計(jì)中通常須滿足圖1所示的五個方面：

圖1

上述五種措施，使得整個建筑幾乎整年都不需要主動采取任何供暖或者制冷措施就能保持室內(nèi)舒適，這意味著，這些建筑是“被動的”。

當(dāng)然，“被動”也不是指完全沒有能耗，而是指一種智能設(shè)計(jì)：最小限度地利用復(fù)雜系統(tǒng)和不可再生能源來達(dá)成節(jié)能目標(biāo)。

德國被動房的氣候區(qū)分布如圖2所示，每個氣候區(qū)的門窗的U值（Component U-value）要求、安裝后的U值（U-value installed）要求和玻璃U值（Reference glazing）要求如表1所示：

表1 德國被動房的認(rèn)證要求

德國被動房的節(jié)能效率等級

除了整窗Uw值、玻璃Ug值等常見熱工性能參數(shù)外，德國被動房研究所（PHI）提出了一個新的概念：“ψo(hù)paqe”值,即“不透明部分的線傳熱系數(shù)”，其計(jì)算公式為：

整窗Uw值達(dá)標(biāo)的被動窗是依據(jù)通過不透明部分的熱量流失進(jìn)行評級的，其性能等級的影響因素有型材的Uf值、型材可視面積Af、玻璃邊部的線傳熱系數(shù)ψg和玻璃邊部周長Lg。在德國被動房研究所（PHI）的節(jié)能評級標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

• 當(dāng)ψo(hù)paqe≤0.065 W/(m·K) ，節(jié)能等級為A+；

• 當(dāng)ψo(hù)paqe≤0.110 W/(m·K) ，節(jié)能等級為A；

• 當(dāng)ψo(hù)paqe≤0.155 W/(m·K) ，節(jié)能等級為B；

• 當(dāng)ψo(hù)paqe≤0.220 W/(m·K) ，節(jié)能等級為C。

按照這種評級方法，在被動窗開發(fā)過程中，僅僅考慮Uw值是不全面的。因?yàn)橐揽扛咝阅苤锌詹Ａ踔琳婵詹Ａ斫档蚒g值，以實(shí)現(xiàn)Uw值小于0.8 W/(m 2·K)的設(shè)計(jì)，會因?yàn)椴煌该鞑糠志€傳熱系ψo(hù)paqe值超標(biāo)而降級甚至無法通過認(rèn)證。所以型材Uf值和玻璃Ug值應(yīng)該同步提升，共同完成被動窗的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

換言之，被動房用窗追求的是同時兼顧使用優(yōu)質(zhì)的型材、玻璃和間隔條，而不是僅僅通過取長補(bǔ)短來實(shí)現(xiàn)Uw值達(dá)標(biāo)。

世界范圍內(nèi)被動房已經(jīng)有很多應(yīng)用，包括眾多的公共建筑類型、辦公建筑、學(xué)校、酒店、體育館、博物館、工業(yè)建筑，同時發(fā)展的不止是歐洲，包括亞洲、美洲等等區(qū)域。令人鼓舞的是這種技術(shù)前兩年開始引入中國，在中國已經(jīng)建成了幾十棟非常成功的被動房建筑，包括像在秦皇島這樣寒冷的地區(qū)，一棟建筑十八層，不用采暖，室內(nèi)可以達(dá)到20度以上，房子蓋起來之前大部分的人包括很多業(yè)內(nèi)的人都是不可能實(shí)現(xiàn)的，但是已經(jīng)蓋起來了，而且運(yùn)行的非常好，現(xiàn)在國內(nèi)有很多的嘗試。