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摘要：
被动式超低能耗建筑是近年来出现的一种新型建筑形式。该类建筑通过适应所在地气候条件，借助自然采光、太阳能等被动式节能手段，辅以高性能的材料和专业的施工技术，可以达到在提高室内安全舒适的同时大幅度减少建筑能耗的效果。调研国内目前已建成的被动式超低能耗建筑，总结不同地区、不同结构形式建成的超低能耗建筑应用情况，作了综合论述，讨论了其技术特征及目前存在的困难。阐述其可改善生态环境、节能减排，带动行业向绿色化发展，具有重大推广意义。 关键词： 多年来，建筑业一直是我国实体经济的支柱行业。土木工程材料的推陈出新和施工技术的不断突破，使我国建筑行业呈现出日新月异、欣欣向荣的景象。经过多年实践，建筑行业在高速发展的同时，往往造成环境的严重污染和能源的巨大消耗[1]。如何建成绿色环保、节能减排的建筑物成为近年来土木工程行业的研究热点。 被动式超低能耗建筑（以下简称被动房）是近年来出现的一种新型建筑形式，最早由德国在 20 世纪 90 年代建成。被动房具有良好的气密性和高效的保温性，大幅度降低建筑供暖供冷需求，以极少的能源消耗提供舒适的室内环境，使建筑达到恒温、恒湿、恒洁的效果[2]。 自建成以来，引起建筑行业广泛关注。尤其近年来全球 CO2的大量排放，引起气候的不断变化，多国致力于绿色低碳发展。 我国主动顺应，积极推动构建人类命运共同体，促进全球环境的改善。在国家和政府的大力支持下，多省市相继建成了被动房，为我国的环境保护和节能减排起到积极推动作用[3]。但由于我国被动房起步较晚，相应的施工技术、不同地区的技术要点仍不够完善，被动房的发展仍存在困难。为进一步加快其推广应用，结合国内目前已有的被动房建筑，对其发展现状进行论述。 被动房的技术特征 被动房是通过利用建筑所在地的可再生资源，适应当地的气候特征，最大限度地保持室内温度稳定，使建筑摆脱对传统的空调制冷或煤气采暖的依赖[4]。其优异的性能主要源于以下技术特征。 （1）合理建筑布局。通过细致的规划，使建筑物坐北朝南，有利于通风和采光，利用树木、建筑阴影遮阳，提高室内的舒适度。 （2）高性能门窗[5]。国内被动房大多采用铝包木三玻两腔双 Low-e （低辐射镀膜玻璃，Low emissivity）充氩气系统被动窗，具有良好的气密性和水密性。 （3）高效保温隔热非透明围护结构[6]。外墙及屋顶保温均采用约 250 mm 厚保温材料，首层地面楼板与地下部分交接处做保温处理，极大程度提升建筑保温隔热性能，降低建筑冷热能源消耗。 （4）高气密性、无冷热桥系统。对管线穿墙处、材料搭接处、气密区边界处的门窗节点处进行防水、隔气、保温等处理，极力减少室内外冷热能量的传递。 （5）配置新风系统。采用新风系统完成室内外气体交换，可除尘除霾，保证室内空气良好。 02 国内被动房应用情况 2.1 北京城市副中心智慧能源服务保障中心 该项目位于华北地区，面积约 5,200 m2，是国内首座超低能耗建筑与多能互补集成优化功能系统于一体的建筑，2022 年 10 月投入使用。该项目采用“被动优先，主动优化，经济实用”的技术路径，在被动房建筑原有基础上，通过降低建筑体形系数，配备光伏发电、空气源热泵、蓄能等多种能源系统，借助电脑自动分析建筑需要，选择合理的用能形式。将太阳、土地、空气中的能量输送到室内或储存起来。可分时段、分区域自动制定供能方式，达到建筑的高效用能。 2.2 哈尔滨“辰能·溪树庭院”楼 该项目位于东北地区，于 2015 年竣工，面积约 7 800m2，是我国严寒地区的第一个被动式建筑[7]。哈尔滨一年之内气温多变，6～8 月天气炎热，11～4 月天气寒冷，要满足光照和温度适宜的环境十分困难。辰能·溪树庭院项目采用整浇挤塑板为外墙保温材料，配备外遮阳设施，最大程度减少室内温度变化，降低采暖和制冷负荷，有效节省能源消耗。在严寒地区，冬季长时间的采暖是必不可少的，采暖不仅需要燃烧大量的煤炭，还会造成严重的环境污染。该项目顺利建成，经过近年的使用，在严寒地区依然能保持优异的节能性，为被动房在北方严寒地区的应用做了良好的铺垫。 2.3 西安高新·天谷雅舍幼儿园 该项目位于西北地区，于 2021年竣工。其所在的高新·天谷雅舍小区也为超低能耗建筑，整体营造了较高的舒适度和良好的居住环境。该建筑立面以钢琴键为造型，灵动飘逸，是一个科技美学的展览馆，被称为“零 HOUSE”的幼儿园。同样采用能耗超低的保温体系，屋顶配置光伏发电，利用可再生资源，为建筑提供照明和能源。建筑外围设立记忆式遮阳板，可随着太阳方位和角度不同，自动调整变化，让室内温度稳定在 20～26 ℃。 2.4 成都绿色建筑产业园办公楼 该项目位于西南地区，2018 年竣工，面积约 4 500 m2，是“十三五近零能耗建筑关键技术”示范项目。该项目响应国家号召，将装配式建筑技术、被动式建筑技术、绿色建筑技术和智慧建筑技术相融合，是国家首例装配式混凝土结构超低能耗建筑[8]。该项目采用清水混凝土，以装配方式建造，研发出较多新的施工工艺。建筑南向窗户结合智能化电动外遮阳系统及变色玻璃，减轻夏季外部热辐射。同时，该项目融合智慧物联集成系统、智能楼宇系统、智能安防系统等，实现智慧建筑。 2.5 郑州五方企业馆 该项目位于华中地区，于 2019 年竣工，面积约3 500 m2，是中原地区第 1 个被动房示范建筑[9]。该建筑的设计亮点在于屋顶，通过高中庭空间引入自然采光，辅以遮阳系统，使建筑室内通风顺畅。在房间布置上按照南北向分布，将公共区域作为贯穿廊道引导室内空气流通。另外，设置坡屋面，利用屋顶间层调节。夏季时，太阳高度角高，通过挑出的屋檐，使光线反射形成漫射光进入室内。开启屋顶间层两侧进出风口，形成空气流通带走热量，从而形成隔热间层，阻挡外部热量进入室内。冬季时，太阳高度角低，关闭屋顶间层两侧进出风口，形成蓄热间层，保存室内温度。 2.6 山东建筑大学教学实验综合楼 该项目位于华东地区，于 2017 年竣工，面积约 9 700 m2，是国内较早的钢结构装配式超低能耗示范项目。该项目以“被动优先”的设计理念，在充分了解建筑所处的环境和气候条件后，对建筑场地进行规划，最大限度于周围环境相协调[10]。建筑体形系数在 0.3 以下，选择“L”型遮阳板，不仅减少阳光直射，同时降低西晒对建筑的影响。装配式建筑中存在大量的安装和拼接缝隙，会严重影响建筑整体气密性，针对此项薄弱点，该项目制定专门的技术方案并成功安装，为钢结构装配式被动房建筑今后的发展打下了良好的基础。 2.7 福建南安北山被动式住宅示范工程 该项目位于华南地区，于 2016 年竣工，面积约 6 500m2，是我国夏热冬暖地区第一个被动式超低能耗项目[11]。南安市夏季温度不高，温差小，冬季温度较低，全年湿度较大，且常有台风。基于此，该项目围护结构采用 100 mm 厚聚苯乙烯泡沫板，简称 EPS （Expanded Polystyrene Board）保温板，内置活动百叶的中空玻璃，既安全又遮阳。配置带全热回收功能的新风系统，显热回收率 75% 以上，做到了静音无风感、关窗不憋闷、空气持久清新，从而改善夏季湿热环境，大幅度提高冬季室内舒适度，是气候适应性建筑的典范。 总结上述国内的被动房项目，经调研，相比于传统建筑，被动房综合能耗降低超过 70%，建筑可实现节能 90% 以上，使用的能源中有 60% 以上是可再生的。可有效地减少煤、天然气、电、水等不可再生资源的消耗，缓解能源短缺的压力，减少 CO₂ 等污染物的排放，实现人、建筑与环境的友好共生。 03 被动房建筑面临的困难 3.1 材料厂家少、专业人员匮乏 被动房优异的恒温性能，离不开高性能的材料和专业的施工团队。在房屋设计方面，已发展得较为成熟，但被动房所用的材料，如铝包木门窗、防水透气膜、防水隔气膜、石墨聚苯板等，国内的生产厂家较少。除此之外，被动房的建设过程中，有较多区别于普通建筑的较为复杂、繁琐的施工工艺技术，必须配备专业的施工团队，专业人员的缺乏会增加被动房的施工工期，从而影响工程进度甚至工程质量。 3.2 建造成本高 目前国内的被动房大都为精装修，因毛坯房业主在进行装修时可能对建筑气密性、保温性等造成不同程度的损坏。由于被动房所采用的均为高性能材料，且配备新风一体机等智能化设备，所以装修时要求专业的人员，且有施工难度大、工期长等问题，使建筑成本大幅度增加。 3.3 设备使用年限待定 被动房所用的铝包木门窗及严寒地区使用的电热膜、石墨聚苯板、新风系统等设备，保证了房屋的气密性，从而达到降低能耗的目的。但这些材料及设备在长期使用过程中可能存在老化、损坏等问题，后期的维护、维修及设备更换可能对房屋气密性造成破坏，因而被动房的长期使用性能还有待进一步的研究。 3.4 预留管线多 相比于普通建筑，被动房在建造时除安装普通管道外，还需增加较多预留管线。如：新风系统控制管线、电热膜控制管线或智能家居控制管线等，管线的预留会在楼板或梁上开洞，大幅度增加混凝土开裂的风险，影响工程质量。 04 结 语 综上所述，被动房能带给人们比普通房屋更舒适安全的室内环境，可节能减排，摆脱对化石能源的依赖，改善生态环境，减轻雾霾、粉尘等对人体的伤害；同时，被动房的发展将会推动建筑行业和与之相关的建材行业迈向绿色化，是建筑业发展的必然趋势。 虽然被动房的发展还面临一些困难，但随着规范的完善，借助国家和政府的大力支持，相信其会迎来广泛的发展前景。 参考文献： [1] 韩军.绿色节能建筑背景下大气污染改善与分析研究[J].环境科学与管理,2020,45(9):32-35. [2] 张时聪,陈曦,徐伟.近零能耗建筑的研究与实践[J].建设科技,2014(22):27-29. [3] 吴世华.被动式超低能耗建筑的发展现状及前景展望[J].建筑技术开发,2019,46(10):145-146. [4] 潘黎,徐强.上海地区气候适应型被动式超低能耗建筑技术路线探索[J].建设科技,2015(23):22-23. [5] 高增元.被动式超低能耗建筑设计基础与应用[J].建设科技,2021(2):81-84. [6] 王超.被动式超低能耗建筑技术研究及发展趋势[J].建筑技术开发,2020,47(20):87-88. [7] 李竞飞. 寒地城市居住建筑低能耗设计研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2017. [8] 吴自敏,楚洪亮,尹述伟,等.装配式混凝土结构被动式超低能耗建筑热桥处理措施[J].建筑节能,2018,46(9):70-74. [9] 路统宇.河南寒冷地区被动式超低能耗居住建筑研究[D].郑州:郑州大学,2018. [10] 赵喆骅,李晓芸.被动优先的绿色建筑设计探析:以深圳建科院大楼及山东建筑大学教学实验综合楼为例[J].建筑节能,2017,45(11):21-28. 作者：
