- 行業(yè)動(dòng)態(tài)
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國際被動(dòng)式超低能耗建筑發(fā)展
被動(dòng)式超低能耗建筑作為更高節(jié)能性能建筑,是建筑節(jié)能的中短期目標(biāo),歐美發(fā)達(dá)國家均將超低能耗建筑作為建筑節(jié)能的發(fā)展方向和現(xiàn)有節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的重要補(bǔ)充。為全面提升建筑能效儲(chǔ)備技術(shù)和產(chǎn)品。被動(dòng)式超低能耗建筑是目前歐美建筑節(jié)能研發(fā)和應(yīng)用的重要領(lǐng)域,歐美主要國家已經(jīng)或正在制定適應(yīng)本國國情的被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系。
- 德國-
德國被動(dòng)房已經(jīng)成為具有完備技術(shù)體系的自愿性超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)。目前,已經(jīng)有6萬多棟的房屋按照被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)建造,其中有約3萬棟建筑獲得了被動(dòng)房的認(rèn)證,主要以住宅為主,也有辦公、學(xué)校、酒店等類型的建筑。
德國被動(dòng)房研究所(passivehouseinstitute,PHI)是被動(dòng)房研究和認(rèn)證的權(quán)威機(jī)構(gòu),其對(duì)被動(dòng)房的定義為“被動(dòng)房是一個(gè)節(jié)能、舒適的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),比既有建筑節(jié)能90%以上,比新建建筑節(jié)能75%以上;利用高性能圍護(hù)結(jié)構(gòu)、太陽得熱、熱回收等技術(shù)使建筑不再需要傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng),并通過通風(fēng)系統(tǒng)供應(yīng)持續(xù)的新風(fēng)?!睆亩x可以看出,被動(dòng)房通過采用高性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將建筑熱需求降低,僅需充分利用太陽能和室內(nèi)的得熱即可解決冬季供暖問題。同時(shí)通過采用高效熱回收系統(tǒng)的新風(fēng)系統(tǒng)向室內(nèi)提供清潔的新鮮空氣,營造良好舒適的室內(nèi)環(huán)境。即使在極端寒冷的前期下,被動(dòng)房僅需要使用很少的輔助能源就能滿足室內(nèi)舒適度要求??梢钥闯霰粍?dòng)房主要著眼于解決冬季供暖問題,所應(yīng)用技術(shù)也以解決供暖為主,對(duì)應(yīng)用在夏季需要主動(dòng)供冷的地區(qū)的研究較少。德國被動(dòng)房的認(rèn)證要求簡潔凝練,其認(rèn)證的要求為:
1、供暖能耗:供暖能耗≤15kWh/(㎡·a)或熱負(fù)荷≤10W/㎡;當(dāng)采用空調(diào)時(shí),對(duì)供冷能耗的要求與供暖能耗一致;
2、建筑一次能源用量≤120kWh/(㎡·a);
3、氣密性必須滿足N50≤0.6(注:即在室內(nèi)外壓差50Pa的條件下,每小時(shí)的換氣次數(shù)不得超過0.6次);
4、超溫頻率≤10%(注:超溫頻率定義為全年室內(nèi)溫度高于25℃的小時(shí)數(shù)與全年時(shí)間的比值)。
被動(dòng)房認(rèn)證中僅需要對(duì)建筑氣密性進(jìn)行實(shí)際測試,其他參數(shù)僅通過計(jì)算即可,因此被動(dòng)房并不對(duì)建筑實(shí)際能源消耗進(jìn)行要求。
在被動(dòng)房的設(shè)計(jì)和認(rèn)證的過程中PHPP(PassiveHousePlanningPackage)對(duì)認(rèn)證結(jié)果的權(quán)威性提供了重要的保障,PHPP是一個(gè)能夠進(jìn)行建筑熱工、冷熱負(fù)荷、能耗、通風(fēng)等計(jì)算的工具包,另外PHI還對(duì)被建筑材料、建筑設(shè)備、認(rèn)證工程師、設(shè)計(jì)單位、施工單位進(jìn)行了認(rèn)證。保證了被動(dòng)房認(rèn)證結(jié)果的可靠性和權(quán)威性。德國被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)體系作為被動(dòng)超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)體系中最為成熟的一員,在世界范圍內(nèi)受到極大的關(guān)注,很多國家都學(xué)習(xí)和參考德國被動(dòng)房體系開展適用于本國特色的建筑標(biāo)準(zhǔn)體系的研發(fā)和推廣。
- 丹麥 -
上世紀(jì)90年代,丹麥政府提出“到2050年丹麥將成為化石能源零依賴的國家”。建筑節(jié)能被作為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的核心手段,丹麥通過提出嚴(yán)格的建筑節(jié)能要求,加強(qiáng)對(duì)既有建筑改造,稅收政策調(diào)控等政策措施,建筑能耗大幅下降。近年來丹麥政府通過不斷提高建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求,推進(jìn)超低能耗建筑的普及,開展建筑節(jié)能工作。由丹麥企業(yè)主導(dǎo)的主動(dòng)房(Activehouse)自愿性超低能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在歐洲同樣擁有重要的影響力。
主動(dòng)房建筑理念是威盧克斯集團(tuán)(去年ECGB組織了威盧克斯廊坊工廠的參觀活動(dòng)?威盧克斯參觀)提出了一種應(yīng)對(duì)能源和氣候挑戰(zhàn)的前瞻性理念該理念倡導(dǎo)建筑應(yīng)該實(shí)現(xiàn)氣候平衡、居住舒適、感官優(yōu)美、具備充足的日光照明和新鮮的空氣,即實(shí)現(xiàn)能耗效率與最佳室內(nèi)氣候之間的平衡,同時(shí)保證建筑以動(dòng)態(tài)方式適應(yīng)周圍環(huán)境,實(shí)現(xiàn)碳中和。在這一理念指導(dǎo)下,建筑將自主生產(chǎn)能源,以可持續(xù)地利用資源,有效改善人們的健康水平和居住舒適度。
主動(dòng)房與被動(dòng)房相比,在強(qiáng)調(diào)降低建筑能量需求的前提下,更強(qiáng)調(diào)可再生能源在建筑中的應(yīng)用。目前在全球范圍內(nèi)已有建成和在建主動(dòng)房40余棟。并顯現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢(shì)。另外,2000年丹麥也引入了被動(dòng)房的理念,被動(dòng)房的認(rèn)證參考了德國被動(dòng)房的標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo),認(rèn)證由德國被動(dòng)房研究所的合作單位丹麥被動(dòng)房研究所負(fù)責(zé)。
- 瑞士-
瑞士政府通過支持研究機(jī)構(gòu)推廣超低能耗建筑。Minergie是由瑞士政府支持的一系列超低能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。截止到2009年,約有1.5棟建筑獲得了Minergie認(rèn)證。Minergie標(biāo)準(zhǔn)體系由Minergie、Minergie-p、Minergie-A和Minergie-ECO等組成。其中Minergie-p標(biāo)準(zhǔn)是在德國被動(dòng)房技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以適合瑞士的氣候條件和國情的被動(dòng)式超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn),Minergie-P相比于德國被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn),對(duì)不同類型建筑的供暖能量需求分別做了詳細(xì)規(guī)定。并對(duì)增量成本及熱舒適做了規(guī)定。
- 韓國 -
2014年7月,韓國政府發(fā)布《應(yīng)對(duì)氣候變化的零能耗建筑行動(dòng)計(jì)劃》,完成了世界第一個(gè)***零能耗建筑研究推廣的頂層設(shè)計(jì),分析了零能耗建筑推廣的障礙,提出零能耗建筑發(fā)展目標(biāo)和具體實(shí)施方案,明晰了零能耗建筑財(cái)稅政策及技術(shù)補(bǔ)貼。同時(shí),韓國設(shè)立國家重點(diǎn)研究計(jì)劃,建立***科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行零能耗建筑技術(shù)的研發(fā),完成示范工程,建立零能耗建筑認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
在韓國,“零能耗建筑”定義為“將建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能最大化從而將能量需求降到最低,然后使用可再生能源供能,從而實(shí)現(xiàn)能源自給自足的建筑”。
為了加速推動(dòng)零能耗建筑,韓國將廣義的“零能耗建筑”具體劃分為三種類別,分別是“低層零能耗建筑”(Low-riseZeroEnergyBuilding)、“高層零能耗建筑”(High-riseZeroEnergyBuilding)以及“零能耗建筑社區(qū)”(ZeroEnergyBuildingTown)。
低層零能耗建筑,指層數(shù)小于8層,全年供冷、供暖、照明和通風(fēng)能耗能實(shí)現(xiàn)自給自足的建筑。
高層型零能耗建筑,層數(shù)大于等于8層,建筑物需要通過最大化的使用自身可提供的可再生能源系統(tǒng)以滿足所需的供冷供暖需求,不足的部分可以由附近學(xué)校、公園內(nèi)的可再生能源裝置補(bǔ)充。
零能耗建筑社區(qū),指高新智能化的零能耗城市,將零能耗建筑的規(guī)模從單體建筑擴(kuò)展到了城市社區(qū)。
考慮到當(dāng)前國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平,零能耗建筑的推廣實(shí)施不能一蹴而就,為此,韓國制定了詳細(xì)的階段性發(fā)展目標(biāo)。2009年7月6日,韓國政府頒布了“綠色增長國家戰(zhàn)略及五年計(jì)劃”,針對(duì)零能耗建筑目標(biāo)做出三步規(guī)劃:到2012年,實(shí)現(xiàn)低能耗建筑目標(biāo),建筑制冷/供暖能耗降低50%;到2017年,實(shí)現(xiàn)被動(dòng)房建筑目標(biāo),建筑制冷/供暖能耗降低80%;到2025年,全面實(shí)現(xiàn)零能耗建筑目標(biāo),建筑能耗基本實(shí)現(xiàn)供需平衡。
- 其他國家 -
其他國家推廣被動(dòng)式超低能耗建筑的方式可以分為三類,第一類為直接應(yīng)用德國被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn),如挪威、新西蘭、英國、加拿大等國,第二類為根據(jù)本國的氣候條件和國情在德國被動(dòng)房的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整,如奧地利、芬蘭、意大利等國家,第三類國家僅接受被動(dòng)式理念,針對(duì)本國情況重新開發(fā),如美國、瑞士等。
我國開展被動(dòng)式建筑應(yīng)用的特殊國情
中國作為一個(gè)歷史悠久、國土廣袤的多民族發(fā)展中大國,在室內(nèi)環(huán)境、建筑特點(diǎn)、居民生活習(xí)慣和建筑用能強(qiáng)度等方面與國外相比都有獨(dú)特之處,且無發(fā)達(dá)國家成熟經(jīng)驗(yàn)可供參考,這些都增加了我國被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系的研發(fā)難度。
?。笔覂?nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和生活習(xí)慣
不同氣候區(qū)居住建筑室內(nèi)環(huán)境有著較大的差異。主要體現(xiàn)在室內(nèi)溫度不達(dá)標(biāo)、新風(fēng)量不足。歐美發(fā)達(dá)國家大多嚴(yán)格規(guī)定滿足用戶的新風(fēng)量,在增加建筑氣密性要求的同時(shí),使用機(jī)械通風(fēng)保證新風(fēng)量的供應(yīng)。在我國開窗是居住建筑獲得新風(fēng)是最普遍的方式,并不對(duì)室內(nèi)新風(fēng)量進(jìn)行嚴(yán)格要求。
如果我國追求歐美的全空間全時(shí)間的高舒適度,對(duì)室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大幅度的提升勢(shì)必導(dǎo)致建筑能耗的快速上升,因此我國被動(dòng)式低能耗建筑指標(biāo)體系必須立足于國情,在尊重居民生活習(xí)慣和降低建筑能耗的前提下,適當(dāng)?shù)靥岣呓ㄖh(huán)境標(biāo)準(zhǔn),營造適合我國居民的健康舒適的室內(nèi)環(huán)境。
2氣候特點(diǎn)
不同于德國的單一氣候,我國地域廣闊,橫跨多個(gè)氣候帶,五大建筑氣候分區(qū)氣候特點(diǎn)差異大,不同氣候區(qū)城市間以及中德城市間巨大的氣候差異,從氣候數(shù)據(jù)可以看出,對(duì)我國不同氣候區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一的能耗要求是不科學(xué)的。從緯度上看柏林比哈爾濱更靠近北極,但其冬季供暖度日數(shù)與沈陽接近,供冷度日數(shù)與哈爾濱相近,也就是說德國相比于我國同緯度的地區(qū)氣候更加溫和,供暖為主而空調(diào)需求較小。從數(shù)值上看,德國夏季基本無需空調(diào),我國多數(shù)地區(qū)夏季存在空調(diào)需求。而且,從供暖度日數(shù)和供冷度日數(shù)上來看,我國不同氣候區(qū)差異大,東西南北的供暖和空調(diào)需求極不均衡,因此我國不同氣候區(qū)氣候的差異使得全國無法實(shí)施統(tǒng)一的被動(dòng)式超低能耗建筑能耗指標(biāo),德國被動(dòng)房指標(biāo)體系更是無法適用。
3建筑特點(diǎn)
我國居住建筑與歐美存在顯著差異,國內(nèi)大型城市新建城鎮(zhèn)住宅建筑以高層建筑為主,中小型城市以多層住宅為主,從分布來看,多層住宅是我國住宅的主要形式,高層住宅的比例在不斷的提升。歐美居住建筑普遍為三層及三層以下的別墅,德國約85%(以面積計(jì)算)的居住建筑為三層和三層以下(Villa),15%為中高層公寓(Aparment)。與德國建筑相比我國建筑密度大,容積率高,公共空間面積大,公共外門頻繁開啟,導(dǎo)致了能耗特點(diǎn)的明顯差異。
我國住宅空置率偏高是另一個(gè)對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑指標(biāo)體系產(chǎn)生重要影響的因素,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明我國住宅的空置率在20%~30%變化。2007年對(duì)北京50個(gè)2003年~2006年入住的小區(qū)調(diào)查表明,空置住房占被調(diào)查住房的比例高達(dá)27.16%,而且空置率從市中心向外逐漸升高的現(xiàn)象明顯。空置率過高導(dǎo)致的戶間傳熱損失大和集中設(shè)備負(fù)荷率低對(duì)建筑能耗產(chǎn)生重要的影響,因此我國的被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系應(yīng)考慮我國獨(dú)特的建筑特征的影響。
4建筑能耗特點(diǎn)
不同于發(fā)達(dá)國家的高舒適度和高保證率下的高能耗,我國建筑能耗特點(diǎn)為低舒適度和低保證率下的低能耗,且不同年代建筑能耗強(qiáng)度差異大。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,英法德意四國普通居住建筑單位面積能耗為35kgce/㎡·a(一次能源消耗量約為285kWh/㎡·a),我國普通城鎮(zhèn)居住建筑單位面積能耗僅為14.5kgce/㎡·a(一次能源消耗量約為118kWh/㎡·a),現(xiàn)有居住建筑的能耗本來就滿足德國被動(dòng)房一次能源消耗≤120kWh/㎡·a的要求。不可否認(rèn),隨著生活水平的提高,建筑能耗強(qiáng)度會(huì)有所上升,但就現(xiàn)階段而言,德國被動(dòng)房指標(biāo)體系中的一次能源消耗量要求對(duì)于我國是不適用的。
中國被動(dòng)式超低能耗建筑指標(biāo)體系的建立
我國被動(dòng)式超低能耗建筑的定義為“被動(dòng)式超低能耗建筑指通過最大限度提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能和氣密性,充分利用自然通風(fēng)、自然采光、太陽輻射和室內(nèi)非供暖熱源得熱等被動(dòng)式技術(shù)手段,將供暖和空調(diào)需求降到最低,實(shí)現(xiàn)舒適的室內(nèi)環(huán)境并與自然和諧共生的建筑。”
1健康舒適的建筑室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)
被動(dòng)式超低能耗建筑通過供暖系統(tǒng)保證冬季室內(nèi)溫度不低于20℃,在過渡季,通過高性能的外墻和外窗遮陽系統(tǒng)保證室內(nèi)溫度在20-26℃之間波動(dòng),在夏季,當(dāng)室外溫度低于28℃、相對(duì)濕度低于70%時(shí),通過自然通風(fēng)保證室內(nèi)舒適的室內(nèi)環(huán)境,當(dāng)室外溫度高于28℃或相對(duì)濕度高于70%時(shí)以及其它室外環(huán)境不適宜自然通風(fēng)的情況下,主動(dòng)供冷系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng),使室內(nèi)溫度≤26℃,相對(duì)濕度≤60%。當(dāng)然,在一些氣候區(qū),被動(dòng)式超低能耗建筑可以不使用主動(dòng)供暖或供冷系統(tǒng)也可以保證室內(nèi)有很好的舒適度,當(dāng)不設(shè)供暖設(shè)施時(shí),要求過冷小時(shí)數(shù)≤10%,當(dāng)不設(shè)空調(diào)設(shè)施時(shí),要求過熱小時(shí)數(shù)≤10%。
TIP
過冷小時(shí)數(shù):全年室內(nèi)溫度低于20℃的小時(shí)數(shù)占全年時(shí)間的比例;
過熱小時(shí)數(shù):全年室內(nèi)溫度高于28℃的小時(shí)數(shù)占全年時(shí)間的比例。
2科學(xué)合理的控制性性能指標(biāo)的制定
控制性性能指標(biāo)作為被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系的核心,其科學(xué)合理對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑的發(fā)展有著至關(guān)重要的意義??刂菩孕阅苤笜?biāo)由單位面積年供暖量和年供冷量要求、氣密性要求、供暖空調(diào)和照明年一次能源消耗三項(xiàng)指標(biāo)組成,單位面積年供暖量和供冷量要求主要立足于通過被動(dòng)技術(shù)將建筑物的冷熱需求減低到最低,低至僅新風(fēng)系統(tǒng)即可承擔(dān)建筑的冷、熱負(fù)荷,不再需要傳統(tǒng)的供熱和供冷設(shè)施,尤其是集中供熱,使被動(dòng)式超低能耗建筑的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生質(zhì)的變化。氣密性要求主要是保證建筑物在需要時(shí)能夠與室外環(huán)境有良好的隔絕,當(dāng)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)足夠好時(shí),室外空氣滲透就成了影響建筑室內(nèi)環(huán)境的主要因素。一次能源消耗指標(biāo)則是要求在建筑物在能量需求極低的前提下,能源消耗最少。
3主要技術(shù)措施
被動(dòng)式超低能耗建筑的核心要素是以超低的建筑能耗值為約束目標(biāo);具有高保溫隔熱性能和高氣密性的外圍護(hù)結(jié)構(gòu);高效熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)。被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)化、使用可再生能源是實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式超低能耗建筑的基本路線,它并不是高科技的堆砌,其更重要的內(nèi)涵是回歸建筑的根本,科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)和精細(xì)施工,建造高品質(zhì)的精品建筑。
被動(dòng)式超低能耗建筑主要依靠高性能圍護(hù)結(jié)構(gòu)、新風(fēng)余熱回收、氣密性、可調(diào)遮陽等建筑技術(shù)。然而,實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式超低能耗的難點(diǎn)在于技術(shù)的適用性和多種技術(shù)的融合。它是如何提供一個(gè)基于被動(dòng)概念的系統(tǒng)解決方案。被動(dòng)的核心概念強(qiáng)調(diào)直接使用陽光、風(fēng)、地形、植被和其他站點(diǎn)的條件,通過優(yōu)化規(guī)劃及建筑設(shè)計(jì),建筑機(jī)械,能源,或能源消耗少的情況下,全部或部分滿足需求的建筑供暖、制冷和照明,用來減少建筑能源需求,反過來,減少能源消耗,提高室內(nèi)環(huán)境性能的目的。因此,被動(dòng)式超低能耗建筑的實(shí)現(xiàn)需要更加科學(xué)合理的建筑設(shè)計(jì)。建筑師與暖通工程師應(yīng)緊密合作,確定合理的建筑方案和設(shè)計(jì),運(yùn)用基于性能的設(shè)計(jì)方法,為實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)提供系統(tǒng)的解決方案,提高建筑設(shè)計(jì)的技術(shù)含量和附加值。