被動(dòng)式建筑技術(shù)舒適性與可持續(xù)性思考

一、被動(dòng)式建筑

被動(dòng)式建筑的概念最早源于1988年的瑞典和德國(guó)，后續(xù)通過了一系列的研究，加之德國(guó)黑森州政府的資助下，被動(dòng)式建筑的概念從而逐步被確立起來。被動(dòng)式建筑主要是指使用經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的建筑構(gòu)造做法，傳熱系數(shù)較低的門窗、保溫性能較好的墻體材料達(dá)到比較高效的保溫、隔熱性能，通過新材料、新技術(shù)、新工藝的綜合應(yīng)用，使建筑在較少使用主動(dòng)能源供應(yīng)的情況下達(dá)到舒適溫度的要求。被動(dòng)式建筑是基于建筑節(jié)能的基礎(chǔ)上而逐步發(fā)展起來的，對(duì)于我國(guó)而言，是一個(gè)全新的節(jié)能概念，但在德國(guó)和瑞典等地技術(shù)已經(jīng)比較成熟。在室外溫度為-20℃的情況下，室內(nèi)可以不必開空調(diào)取暖就保持正常生活所需的溫度，意味著房屋基本不需要主動(dòng)供應(yīng)能量。

每年單位面積供熱能耗僅為15度電。而這種效果只需通過材料、設(shè)計(jì)、施工手段就可實(shí)現(xiàn)。被動(dòng)式建筑有兩大重要的技術(shù)組成部分：第一部分是十分注重建筑的保溫密閉性能，第二部分是可再生能源的利用。優(yōu)異的圍護(hù)結(jié)構(gòu)提高了建筑的氣密性。在保溫方面，被動(dòng)式建筑擁有自己的一系列技術(shù)和材料系統(tǒng)。它的外墻外保溫材料往往厚達(dá)20cm，屋頂保溫層的厚度達(dá)到30cm,而且，在兩層之間的樓板處均鋪設(shè)了保溫板。被動(dòng)式建筑采用節(jié)能性比較好的三層玻璃塑鋼窗，而且在每個(gè)窗的內(nèi)腔內(nèi)都安裝有保溫材料。因此，墻體、屋面、外窗的傳熱系數(shù)均很低，使室內(nèi)外的熱交換降到了最低程度。

同時(shí)，為了盡可能多的接收陽光，房子大多為南北向，窗戶也盡量是一整片式的大窗，消除熱橋也保證了維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能。不管是在德國(guó)、瑞典還是在我國(guó)北方地區(qū)，冬季采暖是我們需要考慮的首要問題，因?yàn)闊針驅(qū)ㄖo(hù)結(jié)構(gòu)和能耗的影響比較突出，所以被動(dòng)式建筑在地面、外墻、屋面等部位有可能出現(xiàn)熱橋的地方設(shè)計(jì)了比較獨(dú)特的構(gòu)造以求有效地消除熱橋?qū)ㄖ饩S護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。

二、太陽能及可再生資源在被動(dòng)式建筑中的應(yīng)用

如何解決全球日益嚴(yán)重的大氣污染問題、保持各國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，這些都是目前各國(guó)政府、企業(yè)必須面對(duì)和亟待解決的問題。大氣污染在很大程度上源于人類對(duì)礦物能源的依賴，建筑能耗在人類的能源消耗上的比重約為40%。因此，建筑的節(jié)能和可再生資源的利用方面是我們必須要突破的地方。在我國(guó)，環(huán)境問題中大氣污染日益嚴(yán)重、人口眾多導(dǎo)致建筑能源的消耗量巨大，加之我國(guó)目前建筑的總體不節(jié)能性，導(dǎo)致當(dāng)前我國(guó)能源消耗問題十分嚴(yán)峻，但普通老百姓往往還并無知覺。

在國(guó)外，建房者除了必須要遵守國(guó)家規(guī)定的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)之外，政府通常還會(huì)要求建房者出具一份關(guān)于能源利用的方案。該方案涵蓋三大部分的內(nèi)容：CO2的排放量、對(duì)空氣有害的物質(zhì)以及房屋建設(shè)的費(fèi)用。在瑞典，由于受到當(dāng)?shù)?/span>建筑成本的制約和影響，一棟被動(dòng)式住宅的建筑成本約為1.8萬克朗/㎡，而普通住宅得建筑成本約為1.6萬克朗/㎡。相比之下，造價(jià)約增加了13%，但其年運(yùn)行能耗卻可由之前的110KWh/㎡降低超過50%左右。

經(jīng)估算，通過7年左右的時(shí)間，其在開發(fā)環(huán)節(jié)增加的投入便可以收回。對(duì)于那些建造房屋用以出租盈利的開發(fā)商和普通的購(gòu)買者來說，節(jié)能性好的建筑更受歡迎。因此，市場(chǎng)上對(duì)被動(dòng)式建筑的需求量還是十分巨大的。被動(dòng)式建筑的能源主要來源于可再生資源。主要是通過太陽能的投入使用、地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用、雨水收集及利用系統(tǒng)的投入和熱量的高效回收利用來實(shí)現(xiàn)的：

1）屋頂及墻面上的太陽能裝置可以用來供電。在被動(dòng)式建筑的屋面、墻面均可以設(shè)置太陽能電池板，產(chǎn)生的電能除了能夠滿足用戶的照明、電器等基本需要外，還可為建筑供暖、空調(diào)供電，以保證房屋的熱舒適度。只是在極少數(shù)情況下需要額外的能源用于取暖。

2）地源熱泵技術(shù)的使用。熱泵技術(shù)是在利用可再生能源方面的一項(xiàng)有巨大潛力的技術(shù)。無論是以空氣和水還是以土壤為熱源的熱泵，都可以在建筑的可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮其巨大的經(jīng)濟(jì)效益。通過綜合利用熱泵技術(shù)、建筑業(yè)的圍護(hù)材料、光伏及建筑一體化等一系列措施，使建筑房屋的零能耗和零排放成為現(xiàn)實(shí)，甚至最終還能達(dá)到正能量狀態(tài)和反饋到電網(wǎng)投入使用。經(jīng)過理論和實(shí)踐證明，這些目標(biāo)也是可以達(dá)到的。而且，一些發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體已部分實(shí)現(xiàn)了上述的這些目標(biāo)。

據(jù)悉，到2050年，大部分發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)80%至100%轉(zhuǎn)換到可再生能源。熱泵技術(shù)在建筑方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。住宅建筑的熱需求總體上屬于100℃以下的供暖，熱泵技術(shù)可以經(jīng)濟(jì)、方便地滿足包括20℃左右的室溫、40℃以上的熱水洗浴等要求。熱泵技術(shù)可以吸取空氣、淺層地表水及土壤中的熱量，熱效率通常可以達(dá)到500%～600%，這種熱效率是目前各類不同供熱系統(tǒng)中所能達(dá)到的最高的熱效率。盡管還有別的技術(shù)也可以考慮使用，但都達(dá)不到熱泵技術(shù)的熱效率和它所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境和社會(huì)效益等。

3）被動(dòng)式建筑的雨水收集及利用系統(tǒng)。被動(dòng)式建筑中有著自己的雨水回收措施即“雨水收集與利用系統(tǒng)”。通過收集與利用建筑物的屋頂甚至是室外的道路等地表匯集來的雨水，經(jīng)過收集--輸水--凈水--儲(chǔ)存等渠道積蓄和利用雨水，為室內(nèi)用水、綠化和物品洗滌提供水源支持。很大程度上達(dá)到了綜合利用雨水資源和節(jié)約用水的目的，緩解了城市中水資源的緊缺和浪費(fèi)。

4）熱量的高效回收利用。對(duì)熱進(jìn)行高效回收是降低被動(dòng)式建筑能耗的一個(gè)非常重要的手段。大幅度降低被動(dòng)式建筑的采暖能耗的一條很重要的途徑就是采用新風(fēng)熱回收的技術(shù)。當(dāng)建筑的氣密性能提升之后，采用合適的通風(fēng)換氣方式對(duì)于被動(dòng)式建筑就顯得尤為重要了。必須要有一定的新風(fēng)量要保持室內(nèi)空氣的清新與健康。在歐洲的大部分國(guó)家，換氣次數(shù)指標(biāo)對(duì)新風(fēng)量的要求為0.4-0.9次/h，在我國(guó)，北京居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的冬季換氣指標(biāo)為0.5次/h，與歐洲各國(guó)的換氣指標(biāo)要求大致相同。

在現(xiàn)在的各類建筑中，間斷性地開啟門窗和門窗縫隙中空氣的滲透是實(shí)現(xiàn)建筑換氣的主要方式，但這種做法在驅(qū)走了污濁空氣的同時(shí)必然也會(huì)帶來大量的熱量損失，并且冬季室外的冷風(fēng)也會(huì)給人帶來不舒適感。在被動(dòng)式建筑中，這一換氣指標(biāo)完全是通過機(jī)械通風(fēng)的方式來實(shí)現(xiàn)的。在被動(dòng)式住宅建筑中，室內(nèi)污濁的空氣可以通過廚房和衛(wèi)生間的排風(fēng)口排入風(fēng)管中，新鮮空氣則可以通過臥室和起居室的送風(fēng)口進(jìn)入房間進(jìn)行空氣流通。

瑞典新建的被動(dòng)式住宅普遍設(shè)置了集中的新風(fēng)裝置，由于置換新風(fēng)必然會(huì)帶來一定量的熱量損失，因此，熱回收技術(shù)被廣泛采用，目前熱回收率已經(jīng)能夠超過80%。很多被動(dòng)式建筑在對(duì)新風(fēng)進(jìn)行加熱的同時(shí)，采用太陽能作為輔助的熱源，這種做法進(jìn)一步降低了住宅建筑對(duì)外界能源提供的需求量。再者，新風(fēng)熱交換器的體積比較小，通常可以裝在建筑吊頂或者閣樓內(nèi)，有的甚至裝于屋頂用作室外裝飾，與建筑有效地融為了一體。由于被動(dòng)式建筑對(duì)建筑內(nèi)部采暖能量的需求比較少，所以新風(fēng)裝置在進(jìn)行冷空氣進(jìn)入室內(nèi)前加熱和廢氣空氣排出室內(nèi)前留住熱量的過程中無形的在空氣置換的同時(shí)不僅留住了熱量、向室內(nèi)輸入了新鮮空氣，而且有利于室內(nèi)溫度的保持。

這樣一來，空氣置換所帶來的損失被進(jìn)一步降低，而且從一定程度上看，室內(nèi)不再需要安裝傳統(tǒng)意義上的空調(diào)設(shè)備和采暖系統(tǒng)了。同時(shí)，使用新風(fēng)裝置的另外一個(gè)好處就是，相比于傳統(tǒng)的通風(fēng)方式，機(jī)械通風(fēng)在減少了熱量損失的情況下一定程度上還能夠阻擋空氣中的各類灰塵及雜物，使用起來更加清潔。被動(dòng)式建筑基于全新的建筑觀、自然觀，尋求人與自然的和諧統(tǒng)一。國(guó)外的很多成功案例為我們提供了學(xué)習(xí)和研究的參考，我們?cè)诮ㄖ?jié)能上還有很遠(yuǎn)的路要走?；诒粍?dòng)式建筑的可持續(xù)性和節(jié)能性，被動(dòng)式建筑這一概念必將受到重視和關(guān)注。