解讀 | 超低能耗建筑那些事兒

首先，我給大家展示一張地圖（如下圖），大家可以看到各個國家和地區(qū)，包括美國、歐洲，以及東亞的韓國、日本，還有整個歐盟國家，現(xiàn)在都非常關(guān)注建筑邁向零能耗的進程。特別是美國說要在30年內(nèi)達到近零能耗NZE的目標，但美國說的這個近零能耗對于房屋而言，實際上并不是不消耗能源，而是指房屋場地等所產(chǎn)生的能源消耗，在年度范圍內(nèi)的代數(shù)和等于零叫作近零能耗。

還有丹麥曾說2020年以后的居住建筑全年冷熱需求要降低到20kWh/m²，這相當于現(xiàn)在北京、天津四步節(jié)能算下來的數(shù)值，還要再降低40%～50%的量。

最后就是德國，德國是關(guān)于低能耗建筑說得最多的國家，源于德國有一套體系被我們簡稱為“被動房”，它跟美國的思路并不完全一樣，而思路的不一樣并不是稱呼上的不同，更多的是由于所處的地域、環(huán)境，以及資源環(huán)境的不同而導(dǎo)致的思路不同。

說到這兒，我想跟大家稍微梳理一下，我們提到的“超低能耗”，美國把它稱為“近零耗的建筑”，到英國又被稱為“零碳建筑”，因為英國有一個很著名的社區(qū)就是世界上最早的一個零碳的建筑小區(qū)。

那么“超低能耗”在德國叫作什么呢？——被動房，甚至叫作“微能建筑”，所謂的“被動”在這里面的概念，說白了更適合于北方，通俗的講就是“把棉襖穿厚了，把袖口軋緊了”，給你一套自主可控制的呼吸系統(tǒng)，其中還包括冬天讓太陽盡可能地照射到屋子里來，還有夜里維護結(jié)構(gòu)讓得到的熱量散不出去，這就是被動房的概念。

還有韓國叫作“零碳住宅”，意思也差不多。所以說各國的說法都不一樣，但唯一一樣的就是告訴大家要推動發(fā)展低能耗建筑或者超低能耗的建筑，讓建筑在使用過程中消耗盡可能少的能源，乃至不消耗能源。

大家可能會覺得這是一件遙遠的事情，但實際上關(guān)于零能耗建筑，并不是一個遙遠的事情。為什么這么說？因為我有幸參加了國家科技部的十三五重大專項，其中有一個專項就是零能耗建筑，學習了一些這方面的知識。

其實一開始我也以為這是一件很遙遠的事情，什么時候建筑能走向零能耗呢？這太遙遠了，但通過學習，我發(fā)現(xiàn)事實上這個進程并不是很慢。

比如丹麥到2020年要比2006年降低75%的能耗，荷蘭2020年要達到能源中和，也就是消耗的能量和建筑自身產(chǎn)生的能量，最后達到平衡，而德國是到2020年建筑不需要化石燃料就可以使用，在充分降低了建筑能量需求的同時，用可再生能源去滿足無需化石燃料運營的建筑，我覺得這個就有點浪漫主義和激進了，即使建筑可以對外供能，但這需要條件，不是城市里幾億平方米的建筑都對外供能，這也不可能實現(xiàn)，當然如果都是鄉(xiāng)村，有這個可能。

因為最近的一次，我去美國突然發(fā)現(xiàn)，美國很多獨立住宅的屋頂上多了一堆一堆的光伏，估計這就是所謂的“有可能變成對外供能”的可能。

美國有一個具體的目標——到2020年實現(xiàn)近零能耗住宅市場化，到2025年實現(xiàn)商業(yè)近零能耗建筑低增量成本的運營，到2030年100%新建聯(lián)邦建筑達到近零能耗的目標。

其實通過美國這一目標可以發(fā)現(xiàn)，美國不像我們國家，很多事情不計成本，有的時候甚至不合邏輯，就像前一陣子的“煤改氣”，是不是有種“大躍進”的感覺，各級都在比，然后呢？發(fā)現(xiàn)天然氣不夠用了。而且有的農(nóng)村，竟然標語“售煤非法”，不讓買煤，又沒有天然氣，結(jié)果就讓老百姓挨凍。

所以美國非常關(guān)注在實現(xiàn)近零能耗目標中的成本，這是要大眾可接受的，因為只有成本可接受，才能走向市場化，才能真正地被社會接受，這樣一種技術(shù)、理念才能得到市場力量的推動。

從上圖中，大家可以看到美國在實現(xiàn)近零能耗目標中的情況，左下角的小圖是基本的理念和途徑，可以看出建筑的能量需求在逐漸降低，建筑里可再生能源的貢獻率越來越高，兩條曲線最后相交。當你的建筑能量需求下降到足夠低的程度之后，建筑場地里能夠產(chǎn)生的光伏、光熱就能滿足一定的需求，這才是達到了近零能耗的概念。

接著我來說韓國（上圖），韓國更像是德國所說的“被動房”，強調(diào)不斷地降低建筑的能量需求，由于它的氣侯條件很類似于中國東北的氣侯條件，所以它用德國的被動技術(shù)應(yīng)該是非常有效的，因為可以實現(xiàn)更好地保溫、更強的氣密性、可控的新風換氣系統(tǒng)，而且因為冬天太陽高度比較低的特點，可以增加南向的太陽得熱，實現(xiàn)降低建筑能量的目標，這也是韓國的概念。

從上圖中不難看出全球近零能耗建筑當前的分布情況，北美比較多，西歐、東亞也有一部分，而且近零能耗建筑在國際上也已經(jīng)有了一些案例在使用。

從國際上講，關(guān)于近零能耗建筑有什么樣的目標，可以簡單總結(jié)為幾點：

第一、主要是發(fā)達國家和經(jīng)濟體政府，而且政府在過去的5～10年相繼制訂了邁向零能耗建筑的發(fā)展目標。

第二、各國都在尋找適合本國的零能耗建筑發(fā)展的技術(shù)體系和優(yōu)化路徑。（這里我想提一下，其實中國更應(yīng)該找到適合各地區(qū)的低能耗方式，畢竟南北氣候差異大，技術(shù)路線也不一樣。）

第三、各個國家關(guān)于零能耗建筑的定義、名稱、路線、政策、推廣方式，實際上是不一樣的。（這里我又要提到我國的情況了，不能一個技術(shù)做到底，要因地制宜，這也是一直以來我想表達的觀點，包括我們的標準規(guī)范，應(yīng)該更多強調(diào)目標，特別是措施要多樣化，包括現(xiàn)在的清潔供暖，如果換一種邏輯，也許情況會更好。）

現(xiàn)在我國對低能耗建筑的發(fā)展，是一個什么樣的態(tài)度呢？

其實我國的態(tài)度非常積極，這里我列舉了國家和地區(qū)的一系列政策，包括在國務(wù)院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見里，就提到了發(fā)展被動式房屋等綠色節(jié)能建筑。

在住房城鄉(xiāng)十三五規(guī)劃綱要里明確提到，在不同氣侯區(qū)，盡快建設(shè)一批超低能耗和近零能耗的示范工程，然后啟動超低能耗社區(qū)的建設(shè)試點。

北京從去年以來對被動式建筑的推動非常厲害，出臺的政策是建一平方米獎勵1000元，然后從2018年開始，逐年遞減，大概是單一項目的總額不超過3000元，其實這是非?？陀^的。我們以往對任何單項技術(shù)的鼓勵大概額度都是在100元/m²，現(xiàn)在對被動建筑的鼓勵達到了1000元/m²，山東省、河南省甚至出臺了相應(yīng)的獎勵措施，這都說明了國內(nèi)對低能耗建筑發(fā)展的態(tài)度。

上圖是國內(nèi)已經(jīng)有的一些標準體系，包括地方，以及2015年住建部發(fā)布的被動式超低能耗建筑的技術(shù)導(dǎo)則，然后2016年7月份國家又啟動了近零能耗建筑的技術(shù)標準，而且河北也出臺了河北省自己被動式低能耗住宅建筑的設(shè)計標準，山東也出臺了相應(yīng)的標準，這說明什么？大家都很積極。

從被動房來講，大家耳熟能詳且最早的案例是秦皇島在水一方的項目，之后是哈爾濱西樹庭院的一個項目，都是住宅項目。還有天津的一些項目，天津?qū)τ诔湍芎慕ㄖ蛘呓ㄖ呦蚋湍芎倪@件事也非常重視，還出臺過一系列的政策和相應(yīng)的一些實踐項目，像天津生態(tài)城的公屋展示中心、解放南路片區(qū)的文體中心，包括天津天友建筑設(shè)計院的辦公樓都是低能耗改造，這些都獲得了不錯的成果。

從這些項目中我們可以看出，通過我們的努力，讓建筑消耗的能源更少是可以實現(xiàn)的，而且通過我們的努力，實現(xiàn)這一目標也未必一定要有非常大的付出，甚至是成本不可回收的代價。

近零能耗/凈零能耗/被動房

還有國外的一些國家，如瑞士的近零能耗建筑有一個標準，這個標準是總體能耗下降不高于常規(guī)建筑的75%，意大利也有這方面的標準。

美國的近零能耗定義就非常清晰，以一次能源為衡量單元，全年消耗的能源小于或者等于可再生能源產(chǎn)生的節(jié)能建筑，意思是說從邏輯上講，建筑不可能不耗能，耗的能需要平衡。比如說一棟建筑一年用了1000kWh的電，那么你就要想辦法再發(fā)出來1000kWh的電，不難看出美國人套路的靈活性。

上圖是世界上最大的近零能耗建筑——蘋果公司在硅谷地區(qū)新建的辦公建筑，有一個巨大的圓環(huán)，號稱里面可以容納4萬人辦公，也確實實現(xiàn)了一系列降低建筑的能源消耗目標。比如在建筑里充分考慮了自然通風，以及它的可再生能源，或者它要平衡地消耗掉整個屋頂上鋪設(shè)的光伏。

典型工程案例分析趨勢和現(xiàn)狀

德國被動房的環(huán)境參數(shù)是冬季室內(nèi)空氣溫度維持在20℃，夏季室內(nèi)的空氣溫度在25℃，受控的新風量30m³（h·人），在這種情況下，能源指標叫作供暖負荷，要小于15kWh（m²·a），相當于小于10W/m²。

整個建筑一次能源用量小于120kWh，包括所有炊事、照明、看電視都加在一起，這就對建筑的氣密性有很高的要求，比如在室內(nèi)外壓差、房間內(nèi)外壓差50Pa的情況下，換氣次數(shù)不高于0.6次。

當然并不是要承諾冬天每小時都不低于20℃，也并不能承諾夏天的每小時都不高于25℃，只是低于20℃或者高于25℃的小時數(shù)，在總的小時數(shù)里不超過10%，這就是所謂的德國被動房的一些指標，這個指標更適合于住宅，對于辦公樓并不適用。

對于被動房的技術(shù)，我做了一個形象的圖解（如上圖），我們可以看到雖然墻很厚但是熱橋可能產(chǎn)生的熱量損失很大，充分解決好的熱橋，叫作沒有熱橋的設(shè)計。再一個就是高度的氣密性，加上高效率的熱回收，熱回收裝置的效率要求是不小于75%。

相對于被動房還有人提出了主動房，主動房強調(diào)的不僅僅是增強保溫，還要通過日光的照射和蓄能的措施，來降低建筑物的能量需求。比如天津和北京地區(qū)，天津的建筑特點以前叫作小洋樓，小洋樓里的小院很好地利用了氣侯，夏天園子里樹長得非常茂密，這樣就擋住了陽光的照射，冬天這些植物落葉了，南向的房間又有非常充足的陽光照射，可以從自然中為建筑物獲得熱量。

在建筑物邁向更低能耗的方向上，其實國際上還沒有統(tǒng)一的定義，但是目標是一致的，就是通過建筑被動式、主動式的設(shè)計和高性能的能源系統(tǒng)，以及可再生能源系統(tǒng)的應(yīng)用，最大幅度地減少化石能源消耗。

其次，從定義的涵蓋范圍來看，被動房是屬于近零能耗建筑，核心是通過被動的手段來達到近零能耗，而近零能耗建筑比近零能耗增強了向智能電網(wǎng)、分布式能源的概念，跟傳統(tǒng)意義的建筑節(jié)能在某些方面是有所不同的。比如蘋果公司的新辦公樓就是廣泛采用光伏和燃料電池，再加上一系列的自然通風、遮陽、能量需求等手段，這也是它的一些關(guān)鍵技術(shù)。

上圖是一家美國可再生能源國家實驗室，它本身就是一個很大規(guī)模的近零能耗建筑，所謂四凈，指的是凈零能耗、凈零排放、凈零能源、凈零能源成本。不過實際上還是有點忽悠的成分，但有一些理念是值得我們?nèi)タ紤]的，比如氣侯，像硅谷處的地方相對比較干燥，就有一些蒸發(fā)冷的技術(shù)在里面。

上圖是建筑科學研究院近零能耗辦公樓，里面的數(shù)據(jù)確實讓我覺得很驚訝，也讓我覺得很震撼，這種建筑上做了很多的光伏，從這個角度上來講，它現(xiàn)在自身消耗的電和光伏產(chǎn)生的電，基本只差了8%左右，真正意義上實現(xiàn)了所謂的近零能耗建筑。

我國超低能耗/近零能耗建筑的發(fā)展

上圖是我國超低能耗建筑節(jié)能的發(fā)展路線圖，也就是說未來30%的新建建筑要達到超低能耗，可再生能源要滿足新建建筑30%的能耗，30%既有建筑改造要達到超低能耗。拿80年代的建筑來說，節(jié)能是65%，如果在這個基礎(chǔ)上，再一個階梯一個階梯地下降，便成了第一步節(jié)能75%，第二步節(jié)能82.5%，最后節(jié)能達到95%，這樣也許我國就實現(xiàn)了所謂的近零能耗建筑的目標。