徐偉：被動式超低能耗綠色建筑（下）
來源：徐偉
4 被動式超低能耗建筑能源系統
被動式超低能耗建筑由于良好的圍護結構及密閉性設計建造工藝，有效的降低了建筑的冷熱負荷需求，這給建筑供能系統帶來了新的機遇和挑戰，機遇是有效的降低了建筑能耗需求，輸入的能量可以更小，系統可以更加靈活，挑戰是傳統的供能系統往往過大，過于復雜，靈活性不足,已經無法滿足被動式超低能耗建筑的需求。
因此，各國在發展不同氣候區域內的被動式超低能耗建筑的同時，都在不斷探索適宜的輔助能源系統，包括太陽能光伏、太陽能光熱、可再生能源熱泵系統、點源天然氣壁爐、電阻加熱器、生物質鍋爐、小型熱電聯產等。
經過對國內外被動式超低能耗建筑資料的調研分析，可以知道決定被動式超低能耗建筑能源系統的關鍵因素：所處氣候區域；建筑類型；當地資源條件。明確了被動式超低能耗建筑能源系統的決定因素后，結合我國當前被動房建設主要集中在寒冷地區的實際特點，分析寒冷地區被動式超低能耗建筑能源系統，對當前工作最具有實際指導意義。
寒冷地區的被動式超低能耗建筑，同時具有補充冷熱負荷的需求，因此，能源系統需要同時考慮輔助冷熱源。本文通過對國內外同時具有冷熱負荷需求的被動式超低能耗建筑項目進行綜合分析，期望為未來我國寒冷地區被動房建設提供參考。
本文以國際能源署聯合太陽能供熱供冷項目TASK40“走向近零能耗太陽能建筑”中調研的30個近零能耗建筑為參考，重點分析其中同時具有冷熱負荷需求的項目。圖6為其全部30個監測項目中應用技術方式示意圖。
圖6 不同建筑類型應用技術方式
由圖6可知，太陽能光伏發電和太陽能生活熱水技術是被動式超低能耗建筑中應用比例最高的技術形式。其中，具有冷熱負荷需求的，近似于我國寒冷地區氣候條件的項目如表6所示。
表6 具有冷熱負荷需求氣候區內被動式超低能耗建筑項目應用技術列表
由表6可知，實現被動式超低能耗建筑的近零能耗目標，即實現建筑能量供求平衡，提高可再生能源供給與降低建筑能源需求是兩個密不可分的部分。采用光伏發電（PV）幾乎是每個項目都需要用到的技術，但是同時采用PV也會對建筑設計及外觀產生影響，尤其是對非南方向會需要更大的安裝面積（北半球），需要的發電量越大，由其帶來的增量投資也越大。
太陽能生活熱水是一種非常有效的降低能耗的技術方式，尤其對于中小型項目，其靈活緊湊的滿足了用戶需求。 但在較大的被動式項目中，太陽能集熱器則可由生物質熱電聯產（CHP）取代。生物質熱電聯產，具有更好的經濟性，可以更穩定的以較小熱水管網向較多末端設備供熱水。
由于熱泵產品不斷提升能效和降低價格，使得熱泵技術在被動式超低能耗建筑中應用更具有競爭力。而且，不需要在建筑物內儲存燃料或建造煙囪，節省了建筑空間。以電力作為驅動能源，也簡化了監測管理系統。
雖然圖6中，一些項目采用小型風力發電機組，但是在表6寒冷地區被動式超低能耗建筑中，并沒有風力發電的應用，這是因為城市地區的低風速和噪聲問題，使得風力發電機在較大范圍內無法使用。
分析了國外寒冷地區被動式超低能耗建筑能源系統應用技術措施后，對比我國寒冷地區現有項目應用技術情況如表7所示。
表7 寒冷地區被動式超低能耗建筑項目能院校通應用技術列表
由表7可知，我國現有項目與國際上的同類氣候區域內項目應用的技術類型大致相同，但是就具體技術應用仍有區別。首先，目前投入使用的公建，均為示范項目，由于科研及展示的需要，集成了多種能源系統，增量投資估算不具有參考性，項目的經濟性較差。其次，由于我國人口眾多，新建被動式住宅均為高層密集型的特點，目前已經建成的兩個住宅類被動式超低能耗建筑均沒有應用PV補充建筑能源系統用電，主要原因是由于高層住宅缺乏PV安裝位置，以及我國住宅分戶產權所有，建筑用電系統分戶計量，PV補充用電系統并網及管理問題復雜。第三，我國寒冷地區被動式超低能耗建筑熱泵技術應用廣泛，地源熱泵由于具有能效高，供能穩定等特點，較多的應用于公建中�？諝庠礋岜糜捎诎惭b靈活及方便管理，責權劃分容易，較多的應用在住宅類建筑中。
小型風力發電機，在我國現有被動式超低能耗建筑建設中沒有應用，除了上面提到的與國外項目相同的風力及噪聲因素外，與我國發電及并網的相關法律法規也有很大關系。
5 發展展望
5.1 發展被動式超低能耗建筑是實現可持續發展的必由之路
大力發展被動式超低能耗建筑是中國建筑業同時也是住房城鄉建設領域實現可持續發展的必由之路。隨著改革開放的不斷深入，我們越來越清晰地看到中國建設業在取得的巨大發展及能源消耗所占的比重。中國從1949年以前每人每年消耗100公斤標準煤，1978年達到了0.5噸，從1978年—1998年達到了每人每年1噸，到2008年達到了人均2噸的標準煤，到2013年達到了人均接近3噸標準煤，能源消耗的總量是巨大的。為此，需要我們進行能源轉型，隨著建筑節能和可再生能源技術的進步，一定有很大的發展前景。建筑行業在這方面做出了貢獻，且得到了世界的承認。
從全球氣候變化的角度而言，人類有一個共同的目標，就是從1895年到2100年全球氣候升高不超過2℃。自1992年起，人們開始重視這個問題。1992—2012年，用了8年時間研究和討論，得出一個結論，從2012年到2100年全球氣候排放的總量為5000-10000億噸，也就是說全球平均每年的排放總量在60—100億噸左右。實際情況看，2012年全球排放了312噸，中國排放了80億噸，超過了美國52億噸，中國的人均排放已經達到了6.4噸，超過了世界4.6噸的平均水平，也接近歐盟的平均水平；2013年全球氣候排放總量360億噸，中國達到100億噸，都已經遠遠超過了全球允許的排放空間。中國人均排放達到7.6噸，超過了歐洲，我們這方面壓力很大。建筑節能作為世界公認的三大節能減排的主要領域之一，潛力最大。所以，發展被動式超低能耗，可以大幅度調整建筑節能的用能結構，從根本上解決這個問題，對世界的能源消耗，對減少全球溫室氣體排放和氣候變化將會做出巨大貢獻。
5.2 積極探索符合中國國情的被動式超低能耗建筑技術
我 國地域廣闊，各地氣候差異大，沒有哪個完整的國外經驗可以照搬，因此我們要結合中國實際，發展被動式超低能耗技術，積極探索符合中國國情的被動式超低能耗綠色建筑技術。我們學習全人類包括中國古代的理念，學習西方技術，要因地制宜地解決我們的實際問題。中國經過5000年的發展，很多理念和技術都不落后，可在結合與因地制宜上并未做得很好。我們國家橫跨多個氣候帶，南北地區的供暖和空調分布極不平衡，與同一緯度的歐洲國家、美國相比，冬季比較寒冷，夏季十分炎熱，又是一個發展中國家，各地經濟發展不平衡，城市和農村不平衡。受社會經濟發展水平影響，我們的居住環境要達到小康水平，要利用各種技術控制和智能化手段，利用自然結合的方式，利用中國高層建筑的特點，這需要一個深入系統全面的研究方案。
東西方觀點有區別，中國人觀察宇宙地球，崇尚天人合一；而西方人更多是分析、采集，將地球作為客觀對象認識，充分地發展了他們的特色。這一點我們確實落后西方，所以我們在吸收歐洲被動式綠色節能建筑技術的基礎上，立足我國國情，因地制宜發展我國建筑節能技術，特別是考慮氣候特征的因素�，F在國內設計的低能耗技術，很多帶有機械性，全盤地甚至原汁原味來學習西方的技術，創新的還不多。為了建立中國被動式超低能耗建筑技術，我們委托中國建筑科學研究院、中國被動式超低能耗建筑聯盟編制了《被動式超低能耗建筑技術導則》，該導則經過十幾次修改，現在基本定稿，即將發布，希望能夠指導我國被動式超低能耗建筑這項工作的實施。
我們發展被動式超低能耗建筑，同時要發展綠色建材來促進符合中國特色的超低能耗建筑的發展。綠色建材和裝備技術是發展中國被動式建筑重要的物質基礎和手段，被動式建筑需特殊高效的保溫材料，高性能的圍護結構及熱回收的新風系統，很多技術和材料與傳統技術要求不一樣，我們在這方面與國外還有很大的差距。自2014年以來，我們聯合工信部，陸續出臺了綠色建材評價的標準辦法，促進綠色建材生產和應用的評定方案，綠色建材評價標準管理細則和綠色建材評價技術導則，我們希望可以從生產、運輸、使用、循環整個全過程，對新材料，新方式進行評價。
5.3 發揚科學精神，扎扎實實地工作
我國的建筑節能工作相較于西方起步得比較晚，起點也比較低，然而我們在綠色建筑方面起步沒有那么晚和低，我們在被動式超低能耗建筑方面可以說和西方發達國家基本上處在同步水平，雖然西方人在這方面研究得比較早，工程建設比較好，但真正發展從規模、總量、速度上，中國現在不亞于世界上任何國家，所以我們要抓緊這個機會�？梢酝耆珡倪@次重新起步的機會深入研究，取得創新性的成果。德國的被動式技術也是受到了中國南北窯洞和閩西土樓的理念影響，雖然我們做到了可是沒有科學的理論，而西方人有這種特長和認真檢測、分析計算制定各種公式。
應該說，在開展符合中國實際的超低能耗建筑技術方面，沒有哪個國家比我們更有優勢。其中還有無數的“蘋果”、“針眼大的窟窿”需要廣大建筑技術人員去分析和測試。我們應該根據氣候條件，應該研發中國的計算公式。說我們建筑技術發展得很快，但在居住環境技術方面我們還有很大的差距，所以我們又一定要學習國外先進的技術，開放合作，扎扎實實地工作，促進符合中國實際的超低能耗建筑技術達到國際水平，改善中國人民的居住環境，為全面建成小康社會作出我們建筑技術人員的貢獻。
建筑節能標準先行，被動式超低能耗建筑作為我國建筑最終邁向零能耗的先導，制定科學的標準是其健康有序發展的先決條件。加強被動式超低能耗建筑的基礎性研究工作，包括標準及設計評估工具的開發、技術適宜性的研究、高性能建筑部品和設備的研發工作。為我國逐步提高建筑節能標準，最終邁向建筑零能耗的目標的實現提供技術積累。
（本文收錄于中國城市科學研究會主編的《中國綠色建筑2016》，作者系中國建筑科學研究院環境與節能研究院院長）
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