被动房

来源:暖通制冷空调在线2016-10-24


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       被动房,是各种技术产品的集大成者,通过充分等可再生能源使所有消耗的一次能源总和不超过120千瓦·小时/(平米.年)的房屋。如此低的能耗标准,是通过高隔热隔音、密封性强的建筑外墙和可再生能源得以实现。
 

       “被动房”是国外倡导的一种全新节能建筑概念,也是我国推动建筑节能工作的重要契机和平台。位于河北省石家庄市的河北省建筑科技研发中心的中德被动式低能耗办公建筑,是2012年中德国际技术合作项目,为河北省乃至全国首例采用德国被动房标准设计的公共建筑。地下1层,地上6层,建筑占地面积约2100m2,总建筑面积14119m2,地下约2100m2,地上约12000m2,其中被动房区域为地上一至六层,主要功能为科研办公、技术展示、小型办公会议等。

 
       技术参数
 

       供热能耗特性值: 最大15kWh/(年m^2;) (供热消耗,用户端的,不包括供热制热损失,不是一次能源)
 

       压力测试换气指数n50 最大0.6次/h
 

       所有能耗的一次能源消耗总计: 最大120kWh/(年m^2)包括家用电器,热水,制冷,供热等等所有耗能。
 

       所有热桥的热桥损失系数 <0.01W/(mK)
 

       *对应的面积为能量参考面积,是在维护结构内的使用面积
 

       发展历史
 

       “被动房” 建筑的概念是在德国上世纪80 年代低能耗建筑的基础上建立起来的,1988年瑞典隆德大学(Lund University)的阿达姆森教授(Bo Adamson)和德国的菲斯特博士(Wolfgang Feist)首先提出这一概念,他们认为 &shy;&shy;&shy;&shy;&shy;&shy;&shy;“被动房” 建筑应该是不用主动的采暖和空调系统就可以维持舒适室内热环境的建筑。1991年在德国的达姆施塔特(Darmstadt)建成了第一座“被动房”建筑(Passive House DarmstadtKranichstein), 在建成至今的十几年里, 一直按照设计的要求正常运行,取得了很好的效果。
 

       世界上最大的被动办公楼energon于2002年建于德国的乌尔姆。按照达姆施塔特被动房机构公布的要求,建筑必须在年热能需求、热负荷、空气密度和基本能源需求等方面符合特定的标准,才能称为合格的“被动房”。
 

       “被动房”的建筑方式不受楼宇类型的限制,包括办公楼宇、住房、校舍、体育馆以及工业用房。因此普通建筑可以通过改建达到“被动房”的标准要求,具有广泛的实践意义。共计有6000多栋被动房在德国、奥地利、瑞士和意大利投入使用。而“汉堡之家”将成为中国境内首座获得认证的“被动房”。
 

       2009年6月,德国能源署在“德中同行——沈阳站”的活动中,大力宣传了“被动房”理念。
 

       法规支持
 

       德国《能源节约法》(EnEV)于2002年2月生效,它取代了以往的《供暖保护法》和《供暖设备法》,制定了新建建筑的能耗新标准,规范了锅炉等供暖设备的节能技术指标和建筑材料的保暖性能等。按照新法规,建筑的允许能耗要比2002年前的能耗水平下降30%左右。
2006年,德国再次推出了更为科学的ENEC2006节能新规范,开始从整体考虑建筑外部的能源输入值。
 

       实际上,2002年2月德国实行的新建筑节能规范EnEV2002,已体现了德国最新建筑节能技术研究成果,它不但控制建筑某一方面的能量消耗,对建筑的整体耗能及建材生产过程中耗能量已放在一起考虑。实际操作中,一是对建筑能耗量化,采用建筑能耗证书系统;二是新建住宅必须出具“采暖能耗量”和“住宅能耗核心值”,这两项是建筑物耗能的主要数值。此外,还需出具一系列的证明,包括建筑每年所需的能量,制成建筑能耗计算表。
 

       新法规规定,2006年底前,在1978年10月1日前安装的约200万个采暖锅炉必须报废,由新型节能锅炉取代。在政府的推动下,天然气和太阳能等清洁能源、可再生能源在住宅供暖市场上得到越来越普遍的应用。
 

       2006年新的节能规范则属于一体化的节能标准,涉及空调、通风、采光各个方面,主要强调改善建筑的整体能源利用效率。
 

       在节能建筑推广过程中,难点并不在于技术或者产品,投资问题往往是最令人头疼的。为推动旧房改造工程,德国政府设立专门的基金,如KfW基金,对改造工程提供资金上的优惠。到目前为止,德国共投入近百亿欧元低息贷款用于旧房改造工作。国家银行系统还对符合节能标准的新建建筑提供低息贷款,以帮助先进节能技术的应用。同时政府还利用税收政策推动建筑节能,适当提高汽油和建筑采暖用油的税率,以鼓励新电源技术的研发。
 

       消费者在德国购买住宅时,建筑开发商必须出具一份“能源消耗证明”。该证明清楚地列出了该住宅每年的能耗,提高了建筑的能耗透明度。自1995年开始,德国法律就要求新建筑必须说明其能耗状况。随着新的建筑节能法规(EnEV 2002)的实施,需要说明的主要能耗指标范围也随之扩大。
 

       项目案例
 

       汉堡之家
 

       汉堡之家是中国境内首座获得认证的“被动房”,是上海世博会德国汉堡市城市最佳实践区案例馆。“汉堡之家”每平米一年消耗相当于50度电的能量,仅相当于普通办公楼的1/4。它在屋顶上安装的光能利用设备可以提供建筑所需电能的90%,而地源热泵装置则为整个建筑的制冷和供暖供给能量。
 

       在德国,“被动房”消耗的外部能源一般只有普通房屋的10%,由于上海的光照条件优于德国,所以“汉堡之家”所需的外部能源可能更少。
 

       “汉堡之家”的墙体用砖表面上看与一般红砖无异,但隔热保温性能极好。窗户采用3层特制玻璃,木质窗架中有特别的隔热材料,保温和气密性好,如此设计降低了冬季和夏季的采暖、制冷能耗。此外,阳光、人体或室内电器等热源能满足屋内大部分热需求,中央通风设备可以为所有房间提供经过加热或冷却的除湿新风。
 

       考虑到上海地区冬冷夏热的气候特点,设计人员将玻璃幕墙安装在“汉堡之家”北面,西面和南面则安装特制的窗户,能根据阳光的照射情况自动开关,从而更好地隔热。汉堡之家是以位于汉堡“港口新城”沙门码头的“被动房”H2O大楼为原型所建。采用了“被动房屋”的节能建筑原则,即不需要外部能源的房屋。“我感到十分荣幸,这次汉堡以这样一栋代表性建筑参与2010 年的上海世博会。汉堡之家是一座体现了最高环保技术水平的创新建筑,同时也为生态建筑树立了新的标准。”汉堡发展和环保部部长Anja Hajduk 女士说。
 

       太阳能设备供电
 

       5月1日,这座体现顶级节能技术水平的建筑及其内部的展示空间将正式对外开放。参观者可以切身体验到节能环保的商住两用的建筑方式。
 

       据汉堡驻上海联络处副主任潘桦介绍,汉堡之家建筑外形极富北德地区风格,这种红色砖墙是北德特有的。当然,并不是红色砖墙就代表着被动屋。潘桦女士解释说:被动屋是结合各种建筑节能技术为一体的范例,简而言之,被动屋的概念是指在建造房屋之后不再主动向外要求能源。除了建造时的能源需要,设备调试,太阳能的启动,在初期使用外部能源后便能实现能源的自给自足。
 

       汉堡之家的屋顶装有450平米的光伏发电设备,可以提供建筑运行和使用所需电能的80%左右;再加上具有良好保温和气密性的外墙结构,这使得“被动房屋”不仅能提供良好的室内舒适度,还将大幅度降低能源需求。
 

       地下水泵取暖制冷
 

       “被动房屋”内没有空调,但通过几种技术的结合实现冬暖夏凉,其中很重要的一部分是地下水泵,它位于35米的地下,其中管道把地下水循环利用,用于采暖和制冷。同时,建筑的通风装置也与热循环系统相连,汉堡之家采用了一台德国运来的具有热回收、制冷和除湿功能的通风装置,其热回收功率和制冷在80%到90%,最大限度减少了能量损失。
 

       潘桦表示,“被动房”并非只是概念,还有严格的量化标准,如“被动房屋”对能源的需求是每年不超过50千瓦时每平方米,采暖需求则是每年每平方米15千瓦时以下。相比之下同等规模建筑每年的能源需求至少要300千瓦时每平方米。除了电力供应自己资助,汉堡之家原本还打算把多余的电能返还给电网。
 

       奥地利房
 

       奥地利各个联邦州纷纷出台激励措施,鼓励“节能建筑”和可再生能源应用,特别是对将两者紧密结合的被动式节能建筑的激励措施加大。在维也纳市,从2007年开始,被动式节能建筑最高资助额从1500欧元/平方米提高到1660欧元/平方米。
 

       奥地利各联邦州对“节能建筑”的鼓励措施一般都提供从贷款到现金资助的一揽子措施,首先,被动式节能建筑标准应用者可以获得政府提供的贷款优惠政策。贷款期限为27.5年,年利率只有1%,远远低于一般房屋贷款利率,贷款上限为5万欧元,而且不需要贷款人的收入证明。其次,还可申请家庭资助。一个人的家庭得到的资助上限是2.8万欧元,两个人的家庭得到的资助上限是4.8万欧元,两个人以上每增加一人额外增加7000欧元资助。此外,如果按照政府规划选择被动式房屋的建造地点和建筑风格,还能够额外得到最高3000欧元的奖励。


中设协建筑新风系统技术服务管理中心
秘书处电话:010-63381153
 
       河北项目
 

       烈日炎炎,室外温度32℃,推开河北秦皇岛市“在水一方”C区一户住宅房门,清凉扑面而来。
 

       这是一间130平方米的住宅,真空的超厚玻璃窗,高效的太阳能板,厨房吊厨中的特制环境机……这些“机关”使得新风系统一直保持室内空气新鲜;房子没有暖气,也能保证有舒适温度;不需要电,也能有足够的热水。
 

       这个住宅被称为被动式超低能耗建筑,由德文翻译而来,简称被动房。它集建筑和节能技术为一体,极大地提高建筑保温隔热性能和气密性,大幅减少建筑主动向外的能源需求。
 

       取消传统的采暖系统,设备可将室内废气中的热量回收
 

       2012年3月,住建部节能中心与德国能源署给予技术支持,河北省秦皇岛市“在水一方”国家被动房示范项目破土动工。2013年1月,正式通过住建部和德国专家的验收,这标志着我国首个被动房示范项目建设成功。一期工程2.8万平方米,2014年8月已经达到入住条件;二期工程5万多平方米,2014年年初开工。
 

       “被动房示范项目是借助德国专家、德国技术理念,完成中国房屋本土化设计,用的是本土化建筑材料和本土化施工方法。”秦皇岛市城乡建设局副局长乔殿义说,这一示范项目在建筑材料的选择和建筑质量的把握上近乎苛刻,精细程度以毫米计算,地面误差不超过3毫米、窗户误差不超过2毫米。
 

       秦皇岛市民王晓晶一家,2013年10月作为体验者入住了被动房样板间,开始了试住体验。谈起近一年的感受,王晓晶用一个“爽”字来形容。
 

       厨房中的环境机,同时具有新风、排风热回收,空调制热、制冷,热水供应等多种功能:当二氧化碳浓度超过或是降到一定值时,机器自行启动送新鲜空气或自动停机;在高保温、高气密性的前提下,太阳光、做饭、洗澡、人体散热等零星热源均可被回收,这些热量基本可达到室内舒适的温度要求;而当室内温度出现上下浮动,不符合住户设定的温度时,室内环境机也会自动补充热量或降温。
 

       被动房取消了传统的采暖系统,室内人们生活中所产生的热量及光能就可基本满足冬季室内温度要求,并通过设备将室内废气中的热量回收,从而显著降低能源需求,实现室内居住环境舒适度。
 

       整个冬天,室温一直在20摄氏度,室内温和湿润,非常舒适。由于隔音效果好,环境安静,心里也宁静。王晓晶说:“节能、健康、宜居的住房改变的不仅仅是生活,改变得更多的是心情。”
 

       据测算,示范项目年供暖能耗每平方米可节约34.68千瓦时,每年能节约标煤998吨、制冷采暖费用198万元,减排二氧化碳2595吨,节能减排效果显著。
 

       被动式超低能耗绿色建筑最大优势是节能。除了北京之外,绝大多数省市居住建筑采用65%、公共建筑采用50%节能标准。“在水一方”示范项目节能率高达92%。
 

       秦皇岛五兴房地产有限公司总经理王臻认为,对一座城市来说,建设被动式住宅,可以节省大笔市政建设成本和能源消耗成本;对购房者来说,既可节省暖气费、电费等生活成本,还因无需建造管道井,平均一户就能减少约0.6平方米的公摊面积。
 

       乌鲁木齐-“幸福堡”
 

       “幸福堡”项目位于乌市幸福路,动工于2012年5月,是一项被动式建筑示范工程,斥资3400万元,建筑面积7791平方米。
 

       “被动式建筑”源于德国,是一种通过保温和密封技术,营造一个与外部相对隔绝的空间,将阳光、地热和家用电器,甚至人体自身产生的热量,通过能量交换设备回收和再利用的节能建筑。幸福堡则是西北首个获德国被动房研究所权威认证的“被动房”项目。
 

       “幸福堡”的外墙保温层传热系数约为常规节能建筑的1/3,窗户的传热系数比常规节能建筑低50%以上,过滤排除空气时还可保留75%以上的热量。
 

       此外,“幸福堡”还通过太阳能应用、新风余热回收、遮阳、立体绿化等节能措施,大幅降低建筑能耗,节能率达到85%以上,仅为常规公共建筑能耗的20%左右。
 

       由于被动式建筑中污水、空气中80%以上的热量都会通过热回收系统进行回收,最大限度地防止热损失,又能保持室内空气清新,基本可以实现冬夏恒温。据了解,当室外温度低至-8℃时,被动式建筑在没有供暖的情况下,室内温度仍然可以保持在21℃。
 

       值得一提的是,目前乌鲁木齐冬季,普通节能建筑的燃气消耗量为16—17m3/m2、煤消耗量为12.25kg/m2(未节能时35kg/m2)。而幸福堡被动式建筑建成投入使用后,燃气消耗量仅为2m3/m2、煤消耗量仅为1.84kg/m2,不但节约了大量能源,还提升了居住的舒适度。


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