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張小玲:中國發(fā)展被動式房屋的建議與思考

2016-10-18 16:08來源:建設(shè)科技雜志作者:張小玲


被動式房屋是20世紀80年代初,瑞典隆德大學(xué)Bo Adamson教授和德國達姆施塔特房屋與環(huán)境研究所Wolfgang Feist博士提出的一種新理念:要在不設(shè)傳統(tǒng)采暖設(shè)施而僅依靠太陽輻射、人體放熱、室內(nèi)燈光、電器散熱等自然得熱方式的條件下,建造冬季室內(nèi)溫度能達到20℃以上,具有必要舒適度的房屋,他們將這種房屋稱為被動式房屋。


被動式房屋就是利用我們現(xiàn)有的資源和條件,在滿足室內(nèi)環(huán)境的要求下能夠建造的最節(jié)能房子。它同我國現(xiàn)存三類房屋劃出了嚴格的界限。第一類是使用能耗最低的中國南方不采暖、不制冷的居住建筑。它是以犧牲居住者舒適度為代價的低能耗房屋,其室內(nèi)環(huán)境不能達到人們的舒適度要求;第二類是恒溫、恒濕、恒氧的不能開窗通風(fēng)的豪宅,它是以高能耗維持的不必要的“高舒適度”房屋,浪費了太多的能源;第三類是我國傳統(tǒng)的民居,尤其以陜西窯洞為代表。這類建筑雖具備冬暖夏涼的特征,但其舒適度達不到要求。

被動式房屋的評價體系包含用一次能源表示的“實際能耗”和“室內(nèi)舒適度”兩套指標。它的出現(xiàn)迫使建筑節(jié)能的從業(yè)者從“正確地做事”到“做正確的事”。被動式房屋使人們在追名逐利今天,讓我們?nèi)プ非笾连懼梁?,追求建筑的本真?/span>


 哈爾濱辰能·溪樹庭院被動房項目


被動式房屋由于其舒適、節(jié)能效果顯著而被市場所接受。北京、河北、山東、遼寧、江蘇、湖南、內(nèi)蒙古、青海、黑龍江、福建等地已建100多萬m2,涉及居住、辦公、旅館、紀念館、工廠、學(xué)校、幼兒園、工廠等等。在建設(shè)過程中,仍存在著影響被動房正常發(fā)展問題。


盲目照搬照抄德國標準


最近聽到兩種議論,有人提出做被動房就要嚴格遵守德國標準,否則就不正宗;有人說被動房是德國人建在北方地區(qū)的房屋,我們不是德國的那種氣候,不應(yīng)該做被動房。據(jù)說,最近在一次非常重要的學(xué)術(shù)會議上,有美國人提出一篇論文獲得大獎,就是論證被動房不適合在南方建設(shè)。


中國在從不節(jié)能建筑到“50%”、“65%”、“75%”節(jié)能標準轉(zhuǎn)變的過程中出現(xiàn)過一些讓人困惑的事,那些令人困惑的因“正確地做事”而做過的“錯誤的事”的現(xiàn)象,在被動房建設(shè)中就不應(yīng)該再出現(xiàn)。譬如,有些節(jié)能75%的建筑居然比節(jié)能50%的建筑能耗還要高;人們冬季開窗通風(fēng);室內(nèi)結(jié)露發(fā)霉;使用不必要技術(shù)或技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用過度等。


同馬克思主義源于德國一樣,被動房也源于國外。它只是一種理念而已,我們沒有必要機械地照搬照抄指標概念,況且它還在不斷地發(fā)展和完善過程中,我們需要向我們的革命前輩學(xué)習(xí),把源于國外的理論同中國的具體情況相結(jié)合。我們需要做的就是利用最少的技術(shù)手段、最小的代價,做出當?shù)刈钍孢m、最節(jié)能的房子。比如說,德國被動房研究所規(guī)定:外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)一定要小于0.15W/(m2·K),采暖熱需求小于15kWh/(m2·a)。它很適合德國的氣候環(huán)境。我們在中國做被動式房屋時,要具體情況具體分析。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心與德國能源署合作為成都的一個辦公建筑提供技術(shù)咨詢。我中心的牛犇博士根據(jù)中國的暖通空調(diào)規(guī)范進行了測算,其結(jié)果如表1。


 表1 牛犇博士根據(jù)中國的暖通空調(diào)規(guī)范對一成都辦公建筑的計算結(jié)果


從表1可以看出當墻體的傳熱系數(shù)從0.2W/(m2.k)降到0.15W/(m2.k)時對建筑的熱負荷、冷負荷、熱需求和冷需求并無太大影響。這一計算結(jié)論與國內(nèi)另外兩家研究機構(gòu)得出的結(jié)論一致。同時冷負荷無法達到德國人追求的小于10w/m2。我們建議這個項目的墻體傳熱系數(shù)控制在0.2~0.25 W/(m2.k)之間。

我國對產(chǎn)品材料的一些基本規(guī)定同德國不同。在對待這方面的性能數(shù)據(jù)時,同樣不能照搬照抄。被動房建設(shè)中對我們影響最大的莫過于門窗的性能參數(shù)。聯(lián)合國開發(fā)署UNDP“中國終端能效項目”中由中國建筑材料工業(yè)協(xié)會承擔的課題對比研究了中國、歐洲和美國的門窗的傳熱系數(shù),表2和表3是他們的研究成果。

 表2 中國、歐洲和美國的測試條件

由表2可知,美國ASHRAE標準將U值的測試條件分為冬、夏兩季,而中國及歐洲的標準中則只有冬季條件(陽光強度=0),因此在實際使用中美國的U值更接近真實情況。如果類比的話,中國及歐洲的K值僅相當于美國的U。


 表3 幾種結(jié)構(gòu)玻璃的不同傳熱系數(shù)值


由表3中數(shù)據(jù)可知,對同一種玻璃而言,歐洲的k值<中國的K值<美國的U值。因此比較某一玻璃的K或U值時,必須指明所給的是何種體系下的傳熱系數(shù),否則其數(shù)值是沒有可比性的。由于不同測試條件下的結(jié)果是非線性的,因此不同傳熱系數(shù)之間,即U與K及中國的K與歐洲的k之間不存在換算關(guān)系。通常若U值滿足設(shè)計要求,則K及k必然滿足要求。


我國一些門窗生產(chǎn)企業(yè)拿到了PHI的認證證書。需要特別注意的是PHI證書上的值是計算值而不是測試值。并且這一值是在假設(shè)玻璃有0.7W/(m2.k)的傳熱系數(shù)的條件下用軟件計算出來的。


當在我國境內(nèi)建設(shè)被動房時,不能直接采用PHI證書上的值,而是要采用按中國標準規(guī)定檢測方法的檢測值。表4給出了中國門窗測試條件與德國門窗測試條件。


 表4 中國門窗測試條件與德國門窗測試條件


過度采用產(chǎn)品與技術(shù)


被動式房屋是以室內(nèi)環(huán)境和能耗雙控指標下的能耗的最終結(jié)果作為評判性指標,而不是以用了多少種、多么高端的技術(shù)和產(chǎn)品為榮耀。恰恰相反,達到同樣結(jié)果的前提下,所用的技術(shù)越少越好,越適用越好,投入的資金越少越好。這與目前的一些涉及到節(jié)能指標的評價體系恰恰相反,譬如LEED認證。這些評價體系往往以用了什么技術(shù),用了多少為評價依據(jù)。用的越多,獲得的分數(shù)越高。而被動式房屋是一個把能耗降到極致的建筑,是傳統(tǒng)節(jié)能建筑能耗1/4~1/10。原本可以少用或不用采暖和制冷設(shè)施。


建設(shè)被動房項目時,如果還按多用技術(shù)、多用可再生能源的思路發(fā)展,會把項目帶入歧途。

如果一個項目一個簡單的空氣源熱泵就可以解決采暖和制冷問題,為什么一定要逼著它用地源熱泵,太陽能系統(tǒng)呢?為什么如果只用了空氣源熱泵的項目就被判定為可再生能源利用率不夠,不夠上檔次?

有一個寒冷地區(qū)的項目,原本只需安裝一個空氣源熱泵下就可以滿足全年的冷熱需求,但該項目為了滿足某些標識認證的需要,同時配備了地道風(fēng)、地源熱泵、太陽能熱水溴化鋰機組,同時還安裝了空氣源熱泵。該項目用在新風(fēng)空調(diào)的投資超過1200元/m2,是普通項目的三倍以上。同時,過多產(chǎn)品的使用給房屋使用帶來了負面影響。一是屋面太陽能熱水系統(tǒng)占用了使用面積。該項目屋面設(shè)計是屋頂花園。由于屋頂太陽能熱水系統(tǒng)占據(jù)了三分之二以上的屋頂面積,使原本可利用的300m2休閑使用空間,剩下不到100m2;二是室內(nèi)機組運行發(fā)熱給夏季帶來了負面影響。樓內(nèi)的機組設(shè)施有些部位燙手,增加了夏季的負荷;三是帶來了維護成本的提升。設(shè)備用的越多,維護工作越繁重,成本也越高;四是運行成本的大幅度上升。空調(diào)系統(tǒng)的使用年限一般在15年左右,太陽能熱水系統(tǒng)10-15年。將設(shè)備投資折合進使用費用中就能夠判斷出減少建筑用能所付出的代價。這種代價絕不同于我們將普通建筑的使用壽命從幾十年延長到幾百年的增量成本。前者是每隔10-15年就要投入一次,而后者僅是初始成本的一次性投入。


一些關(guān)鍵產(chǎn)品差強人意


1、門窗系統(tǒng)產(chǎn)品


我國門窗行業(yè)同德國相比仍有很大差距。差距體現(xiàn)在兩個方面,一是提供性能穩(wěn)定產(chǎn)品的廠商鳳毛麟角;二是優(yōu)質(zhì)的被動房外門仍然缺失。

被動房主要用的外窗有兩種,一種是木窗,另一種是塑料窗。我國能夠生產(chǎn)穩(wěn)定性能被動房所用木窗的廠商僅為3~4家。而號稱能夠生產(chǎn)被動房塑料窗的企業(yè)比比皆是。在被動房項目中出現(xiàn)工程質(zhì)量問題往往是塑料窗。在德國,塑料窗的市場占有率在50%以上,其產(chǎn)品與木窗一樣均是由同樣加工水平的工廠生產(chǎn)出來的。而我國一些投資規(guī)模較小的加工廠,本不具備生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)門窗的條件,從型材廠商購買型材就敢做被動房外窗的加工。市場上的被動房所用塑料窗產(chǎn)品參差不齊,有些工程出現(xiàn)了的質(zhì)量問題,嚴重者造成房屋的氣密性測試無法通過。圖1中的三道密封條均在角部呈斷裂狀態(tài)。圖2中的型材角部裂縫嚴重。這種狀態(tài)的外窗即使通過修補通過了房屋的氣密性測試,也會在使用過程中還會需要不斷地維修。


我國目前應(yīng)用塑料窗的工程,為了安裝方便,普遍方式是先把把窗框裝上,然后再安裝玻璃。這種模式使窗的質(zhì)量難以保證,玻璃損壞比較嚴重。圖3中的玻璃就是在安裝過程中損壞的,而這個工程中大約有10%的玻璃在則竣工時就已經(jīng)損壞了。


而德國的塑料窗同木窗一樣,玻璃安裝必須在生產(chǎn)線上完成,現(xiàn)場整窗安裝。圖4是德國生產(chǎn)線上的工人正在師傅的指導(dǎo)下安裝玻璃,這道工序上的工人必須有三年以上的學(xué)徒期。我國目前門窗產(chǎn)品與德國有很大差距,不僅表現(xiàn)在制造工藝上,更大的差距表現(xiàn)在生產(chǎn)線上的工人的差距。德國門窗廠有品質(zhì)和手藝的傳承,而我國上規(guī)模的門窗廠并沒有很重視工藝與品質(zhì)。表現(xiàn)在最終產(chǎn)品差別,就是德國每樘窗具有相同的品質(zhì),而我們中國的產(chǎn)品參差不齊,常常造成房屋氣密性測試很難通過。


近兩年,以森鷹、米蘭之窗、山東極景為代表的門窗廠有了長足的進步,其產(chǎn)品質(zhì)量逐漸趨向國外先進產(chǎn)品。


2、門窗系統(tǒng)配套材料

目前,我國門窗系統(tǒng)所需要的密封材料、隔熱墊板、密封條的產(chǎn)品質(zhì)量較差。一些生產(chǎn)廠商仍然停留在走模仿、低價的老路。

以五金件為例,我國國內(nèi)著名門窗廠均使用國外產(chǎn)品,并以用以德國五金產(chǎn)品為榮。是因為我國企業(yè)做不出來嗎?不是。而是低價競爭市場范圍讓生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)五金沒有出路。據(jù)說,有國外名牌企業(yè)委托中國國內(nèi)工廠加工五金件,打上自己標簽后再高價賣給中國企業(yè)。什么時候我國門窗企業(yè)以應(yīng)用國內(nèi)某廠商的產(chǎn)品為榮,國內(nèi)市場就走向正軌了。

再以門窗所用防水透汽膜和防水隔汽膜為例。我國一些生產(chǎn)企業(yè)用無紡布或塑料仿制,對其力學(xué)性能、彈性要求和耐久性不做要求,更談不上配套相應(yīng)的密封膠并滿足施工要求。


 江蘇鹽城市日月星城幼兒園透視圖


3、外墻外保溫系統(tǒng)配套材料


我國企業(yè)可以生產(chǎn)品質(zhì)較優(yōu)的外墻保溫系統(tǒng)所用的保溫材料、網(wǎng)格布,聚合物砂漿。但是市場上的錨栓、滴水線條質(zhì)量普遍較差。一些工地上的滴水線條、門窗連接線條用手一撕即破。市場很難找到與德國產(chǎn)品相媲美的產(chǎn)品。


4、防水卷材系統(tǒng)產(chǎn)品

同德國防水卷材系統(tǒng)相比,我國市場上還是防水卷材生產(chǎn)廠商將防水卷材賣到工程中的做法。而被動房要求廠商提供的是屋面卷材防水保溫系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包含防水隔汽層、保溫材料、防水透汽層和施工輔材。其使用壽命將達50年以上。我國防水卷材企業(yè)還沒有形式供應(yīng)屋面卷材防水保溫系統(tǒng)的做法。高質(zhì)量的防水隔汽層并不多見。


粗放式施工


粗放施工是建造被動式房屋的大忌。我國建造被動房有一個重要的不利因素需要考慮,就是以農(nóng)民工為主的施工工人承擔著對被動房性能影響較大的安裝工程,而這些工人又處于高流動狀態(tài)。如果施工管理不到位,某些工程質(zhì)量就難以保證。在工地檢查過程中我們發(fā)現(xiàn)一些常見的施工質(zhì)量問題,譬如:墻面水泥砂漿沒有抹到地面、保溫板鋪裝形成的縫隙較大、女兒墻與蓋板沒有釘牢固、外窗沒有做好施工保護、外墻外保溫系統(tǒng)中網(wǎng)格布外露等等。


圖5中窗口下部的保溫板裸露,根部形成孔洞。暴風(fēng)雨時,很可能會發(fā)生出現(xiàn)雨水向墻體內(nèi)部灌入現(xiàn)象。圖6中的外窗密封條已經(jīng)脫落。這種情況在沒有做好外窗保護的施工工地是常見現(xiàn)象。


結(jié)語


綜述,被動房的健康發(fā)展需要人們回歸到追求事物的本真。作為工程技術(shù)人員,我們既不能妄自菲薄,機械地照搬照抄德國標準;也不能妄尊自大,忽視行業(yè)中存在的問題。我們需要知行合一,一步一步地克服困難,推動行業(yè)進步。


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