裝配式被動房：節(jié)能健康生活理念下的小住宅建筑研究

文章來源：上?？辈煸O計，本文發(fā)表于《建筑與文化》雜志 NO.198 2020   SEPTEMBER。

摘要：裝配式被動房作為一種超低能耗健康建筑代表，不僅節(jié)能環(huán)保，同時還提供高品質健康空間環(huán)境。本文從住宅消費升級和建設健康中國，發(fā)展健康建筑的時代背景來分析、研究它的特點與優(yōu)勢，探討將其作為一種節(jié)能健康生活理念下的小住宅建筑模型的適用性，為今后的廣泛應用與推廣做信用背書。

關鍵詞：健康住宅；居住行為；被動房；人群健康

近年來在積極應對《“健康中國 2030”規(guī)劃綱要》明確提出推進健康中國建設，實施《健康建筑評價標準》的背景下，把人民健康放在優(yōu)先發(fā)展位置，建設健康人居環(huán)境成為建筑規(guī)劃學界和房地產等相關行業(yè)關注的新議題。

日前，隨著近期發(fā)生在國內外的公共健康事件，人們再一次地將目光聚焦在居住健康與健康住宅的問題上。相關研究表明，建筑作為人們日常生產、生活、學習等活動的主要場所，一生中有超過 80％的時間都是在建筑內度過，建成環(huán)境的得宜與否對人群健康有著潛在的或積極或者消極的影響。日本健康維持增進住宅研究機構，通過對健康住宅與居住行為的一系列影響和相互關系的大量數據研究表明：健康住宅與居住行為、人群健康息息相關。

上海都市建筑-智慧建筑&被動房研究中心，著眼于“面向未來的科技、智慧、節(jié)能、健康的人居環(huán)境工程”研究和應用實踐。選擇小住宅建筑作為研究主題，因其體量小、獨棟的個性特征，從操控性上更容易作為新技術、新理念實施、推廣的樣板。

為貫徹健康中國戰(zhàn)略部署與發(fā)展目標，通過對裝配式被動房——超低能耗建筑的特點與優(yōu)勢進行分析，以期找出作為一種節(jié)能健康生活理念下可應用推廣的小住宅建筑的理想模型。

美國社會心理學家亞伯拉罕·馬斯洛在《動機與人格》一書中把人的需求分成：“生理需求(Physiological needs)、安全需求(Safety needs)、愛和歸屬感(Love and belonging，亦稱為社交需求)、尊重(Esteem)和自我實現(Self-actualization)”五個層次（如下圖）。

新中國成立以來，住宅產品消費大致也經歷了從滿足人們的基本生存需要的經濟節(jié)約型——適用經濟型——發(fā)展轉變型——景觀舒適型——生態(tài)健康型 5 個發(fā)展階段的巨大轉變。人們對居住空間的需求除基本滿足睡眠、休息、飲食、衛(wèi)生、水、空氣、聲、光等的生理需求、居住安全需求，和滿足交往、私密、體驗、娛樂、審美等的社交需求，追求尊重與自我價值實現的更高級別的需求，也正是馬斯洛需求層次的典型反映。

2003 年以后，隨著住宅市場和消費觀念的成熟與完善，尤其是對公共健康事件帶來的社會影響的反思，一定程度上激發(fā)了消費者對健康居住的意識需求，更多的人期待更智慧、健康、舒適、節(jié)能的居住體驗，住宅建筑也從關注環(huán)境影響的綠色建筑開始向以人為本原則的健康建筑方向發(fā)展，人們對住宅建筑消費由粗放逐步向精致化轉型，表現出更為成熟理性的消費觀和對美好生活的向往。2015 年以來以健康為導向的全球房地產物業(yè)數量激增，中國的健康建筑從建設數量上僅次于美國，位列全球第二。

裝配式被動房作為超低能耗建筑的典型代表，它不僅節(jié)能環(huán)保，同時提供高品質、健康的空間環(huán)境，代表未來建筑發(fā)展的方向，也契合節(jié)能型社會建設、可持續(xù)發(fā)展等的時代主題，是一種節(jié)能健康的住宅類型。由于住宅健康與否深刻影響著居住者的健康狀況，從社會層面來看，健康住宅是現階段住宅消費升級的必然選擇，更是時代發(fā)展的未來趨勢。

根據世界衛(wèi)生組織（WHO）的定義，所謂“健康”就是指在身體上、精神上、社會上完全處于良好（幸福）的狀態(tài)，而不是單純指疾病或體弱。健康住宅是指在滿足住宅建設基本要素的基礎上，以人的健康為本，尊重科學，基于建筑的實際性能，提升健康要素，傳遞健康價值，保障居住者的生理、心理、道德和社會適應等多層次健康需求。

目前中國健康建筑發(fā)展，尚處于初期實踐階段，主要認證體系有：HiH 健康住宅、WELL建筑、健康建筑（如下圖）。健康住宅在技術措施上與綠色、節(jié)能住宅有很多相同的內容，但在各自所強調關注的重點上兩者又有著很大的區(qū)別。綠色、節(jié)能住宅強調的是資源的利用，注重建筑與環(huán)境的關系，人與自然的和諧共生；而健康住宅則強調的是居住者的健康，注重建筑與人的生活質量的密切關系，人群健康與權利公平。

關于健康住宅，在 2019 年中國發(fā)布實施的《健康住宅建設技術規(guī)程》[2]中，主要從兩大方面的健康性：居住環(huán)境的健康性和社會環(huán)境的健康性，來規(guī)范健康住宅的達標體系。其中居住環(huán)境的健康性包括：住區(qū)環(huán)境、住宅空間、空氣質量、熱、聲、光、水、電氣、景觀環(huán)境；社會環(huán)境的健康性包括：交往、安全、健身、文化環(huán)境、養(yǎng)老育童環(huán)境、健康管理與服務、健康物業(yè)。規(guī)范明確了影響健康住宅評估的四個主要因素：

健康住宅作為未來人居工程的發(fā)展方向，是進一步提高和完善居住品質，營造有益于人體健康和生活質量的舒適、節(jié)能、健康的居住建筑類型，它體現了新時代住宅產業(yè)發(fā)展的新需求。

住宅建筑影響人群健康的因素多種多樣，歸納起來主要包括兩個方面的內容：

⑴ 客觀性物理因素：諸如溫度、濕度、通風換氣、噪音、光和空氣質量等；

⑵ 主觀性心理因素：諸如平面空間布局、私密保護、視野景觀、感官色彩、材料選擇等。

日本健康維持增進住宅研究委員會在《健康住宅與居住行為指南》把影響居民健康的因素歸納為 “適宜的室內熱環(huán)境、實現舒適的睡眠環(huán)境、保持清潔的空氣環(huán)境、創(chuàng)造安全放心的居住環(huán)境”四個方面。書中指出：室內熱濕環(huán)境對人們在房間中度過舒適時光，充分獲得休息及維持身體健康十分重要。室內熱環(huán)境的舒適性與六項關鍵因素——溫度、相對濕度、氣流速度、平均輻射溫度、人體代謝率、著衣量緊密相關（如下圖-3，選自《健康住宅與居住行為指南》）。

（1）室內濕熱環(huán)境的舒適性影響——雖然室內的舒適感受因人而異，但溫度范圍通常在夏季 25~29℃，冬季 20~25℃時人體的舒適性最好。依照日本建筑物環(huán)境衛(wèi)生管理標準規(guī)定，室內溫度保持在 17~28℃，相對濕度保持在 40%~70%之間時既能保持房間衛(wèi)生，又能實現人體的舒適。

（2）舒適的環(huán)境性能及設計要求——高斷熱高氣密性住宅，易于實現室內各功能空間溫度均一，室內熱舒適性較好，能有效減小室內溫度不均帶來的冷熱交替對身體健康的影響。如冬季低溫的室內環(huán)境容易造成感冒、咳嗽、流感、炎癥等疾病，而酷熱的室內環(huán)境容易引起中暑癥，并影響睡眠。在寒冷和酷熱的環(huán)境中，人的疲勞癥狀會明顯增加。而噪聲引起的睡眠健康問題，與建筑物的位置、高度、長度、朝向等因素均有關系。

建筑行業(yè)的裝配化發(fā)展應用，主要包括預制裝配式混凝土結構、鋼結構、現代木結構等建筑構件。裝配式建筑構件應用，目前并不完善，優(yōu)缺點并存。

其優(yōu)點是工廠產業(yè)化生產能有效地縮短工期、保證產品質量；建筑材料投入量相對減少，施工租賃費用降低；標準化生產能節(jié)省材料，減少浪費；產品機械化程度高，能極大地降低人工成本和風險；現場作業(yè)量減少利于環(huán)保。

缺點是設計驗收等相關規(guī)范明顯滯后于施工技術，目前在我國應用領域有限；建筑物的預埋件等使用量相對傳統(tǒng)技術有很大增加；在生產時會受到設備的限制，其尺寸要求具有一定的局限性；如果生產工廠距離施工現場太遠，會增加運輸成本。但裝配式建筑構件因其采用標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、信息化管理、智能化應用，成為現代建 筑工業(yè)化建造不可或缺的新生力。

以德國被動房研究所（Passive House Institute），簡稱 PHI，推廣的被動房（Passive House），是一種不采用主動式的采暖和空調系統(tǒng)，通過高隔熱隔音的建筑外墻、高氣密性窗戶和可再生能源的充分利用，維持舒適室內熱環(huán)境，其所有消耗的一次能源總和不超過 120 千瓦·小 時/(平米·年)的房屋。它不限于新建或者既有建筑改造，建筑在年熱能需求、熱負荷、空氣密度和基本能源需求等方面符合特定的（PHI）標準（如下圖-4，選自 Passive House Institute）。

被動房強調“外圍優(yōu)先”（fabric first）的設計方法，可以歸納為以下 5 個基本原則:

（1）高保溫隔熱——用性能良好的保溫材料包裹整個建筑，從屋頂、墻體到底板或地下室頂板（通常屋面的保溫應優(yōu)于墻面，墻面優(yōu)于底板）。其目的是隔絕室外的高溫或者低溫，減少室內熱能損失，保持室內相對均一的溫度，確保室內溫濕度的舒適性（如下圖-5選自《健康住宅與居住行為指南》）。

（2）斷熱橋——嚴格避免熱橋，選擇高度隔熱的斷熱橋窗框，把凸出的陽臺板、窗戶安裝在保溫層內，盡可能使保溫層以均勻的保溫效果圍繞整個建筑。

（3）被動門窗——使用高品質低輻射（low-e）玻璃被動窗（根據氣候差異，選擇三玻兩腔或者兩玻單腔），通常氣候條件下傳熱系數 U 值約 0.6W/（m2k），太陽得熱（透光）系 數 g 值在 50%至 60%。

（4）氣密設計——周密考慮建筑的氣密設計，所有節(jié)點和接口都要設計為氣密，從而建立完整的氣密性外圍護系統(tǒng)。氣密能減少溫濕調節(jié)能耗需求，提高室內空氣品質，并降低未經控制的潮濕氣流損害熱圍護的風險。通常在每個被動房氣密外圍護完成后，都要以“鼓風門測試”測量建筑的氣密性，在 50Pa（n50）的壓力差下，換氣次數應低于 0.6h-1。

（5）持續(xù)新風——通過帶有熱交換的機械通風系統(tǒng)，為室內持續(xù)提供新風，熱回收效率應達到 75%至 90%（受氣候影響該數字會有波動）。對于冬季嚴寒或夏季潮濕的氣候，應使用含濕度回收的熱量回收通風系統(tǒng)（全熱交換新風系統(tǒng)），充分使用光伏太陽能和地源熱天然資源，既達到滿足高品質舒適健康的室內環(huán)境需求，又實現節(jié)能環(huán)保。

根據建筑所處氣候帶的不同，對以上手段未能完全避免的小量剩余熱負荷，需要靠機械手段來滿足制冷、采暖、除濕等任務，如小型化的常規(guī)設備，或專門為被動房開發(fā)的新技術，以達到室內環(huán)境的節(jié)能、舒適和健康。

總之，被動房五項原則，充分體現了采用高斷熱高氣密性措施的住宅，既能節(jié)能環(huán)保，又對居住者的居家健康起到了良好的作用，是我國推動建筑節(jié)能和健康建筑值得推廣應用的典范。

裝配式被動房作為一種節(jié)能健康建筑類型，在小住宅建筑中有著積極的應用及推廣意義。

首先，有利于小住宅產品向定制化、成品化、集成化、裝配式工程建造方向發(fā)展。根據不同地區(qū)地域特征和需求差異，為居民提供不同層次、不同類型的住宅產品，讓房屋建造如同購買汽車等工業(yè)產品一樣便捷、易得、多樣化。

其次，有利于解決目前非城區(qū)（農村及偏僻自然景區(qū)）房屋建造的難點和痛點（不專業(yè)、成本高、品質低）。從設計、施工及使用維護上，讓專業(yè)技術人員代替過去業(yè)余從業(yè)人員，確保住宅建造的專業(yè)、精細和完備。利用地方土地資源條件優(yōu)勢，采用被動式環(huán)保節(jié)能技術措施，引導符合當代生活需要的居住行為和文明文化，遵守被動房正確使用方法（被動房使用手冊），創(chuàng)造百姓喜聞樂見的小住宅建筑。

再者，根據中國6大氣候分區(qū)的特點，因地制宜地發(fā)展被動房建設，進一步完善被動房的本土化應用。從節(jié)能環(huán)保、健康中國和健康建筑的角度，回應政府政策號召，引領住宅建筑向著綠色、健康、智能、科技的未來邁進。