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河北省发展被动房可行吗?

来源:河北省建筑科学研究院

河北省在低能耗建筑方面起步较晚,较之“被动房”的发源地德国有很大差距。“被动房”技术脱离欧洲的环境气候、施工技术及相关材料产品等背景条件应用于河北省是否可行,是河北省发展被动式低能耗建筑一项必不可少的研究。


我们通过对气候资源条件、建筑类型适用性、居民生活习惯、政策可行性及经济可行性六大方面对河北省的实际情况进行分析,得出河北省发展“被动房”可行的结论,并针对河北省现状提出了发展被动式低能耗建筑的实施策略。



河北省发展被动房的可行性研究



1
气候、资源条件



河北省地域辽阔,跨越了寒冷A、寒冷B以及严寒C三个气候区。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012),河北省的冬季采暖期室外温度平均值 在-4.1~0.5℃,严寒和寒冷地区主要房间的供暖室内设计温度为18~24℃,采暖需求很大。除采暖需求外,河北省寒冷B区夏季炎热,大多时间处于35℃以上,制冷需求和能耗也很大。


欧洲被动房的设计同时将这两个问题考虑在内,因此被动房在河北省定会有显著的节能效果。


从能源供给来看,每年新增建筑较多,城市集中供热能力普遍不足,难以满足城市发展需求。由此可见,作为能源消耗大省,面对巨大的采暖需求和日益紧缺的能源现状,被动房在河北省有着广阔的发展前景和巨大的发展潜力。



2
建筑类型适用性



河北地区的正面北向住宅数量远远多于欧洲的城市,而建筑的正南北朝向设计对于被动房的实现是十分有利的,这是在河北地区进行被动房建筑的设计和推广中可以充分利用的优势。


在建筑造型方面,河北居住建筑和公共建筑中的办公、宾馆、学校等,也都中规中矩,在造型上没有特意追求外观效果的要求;在体形系数方面,河北省的节能设计标准给出了规定,而常规建筑的体形系数一般不大于0.3,这一值要小于被动房的要求。


由此看来,河北省的建筑特点及节能设计要求完全满足被动房的相关指标要求,不需要对建筑特点及造型进行较大的改变。




3
居民生活习惯



在我国,居住建筑和部分公共建筑都缺少机械通风系统,在采暖、制冷季节也只能采用开窗的方式进行新风补给,这样不仅无法控制新风量,由于大量冷空气的进入而增大采暖需求,同时,若室外空气污染严重,则开窗通风会大大降低室内空气品质,影响用户的健康。


在空气质量较差的时期,新风需求与不能开窗的矛盾就愈加凸显。这说明建筑使用者有新风需求,而普通节能建筑却缺少了新风系统。


被动房严密的围护结构将室内与室外隔绝,通风换气依靠带有高效热回收功能的新风系统来实现。室外空气经过过滤、热交换等处理过程之后送入室内,这样既保证了新风的清洁度,又对新风进行控制和热交换,降低了新风能耗。


我国建筑中的厨房与德国厨房相比,是相差较大的功能房间。由于中式饮食中大多需要烹、煎、炒、炸,油烟较大,无法将厨房产生的废气中的热量通过热回收系统进行回收。这一问题已在示范工程中得以解决:在厨房靠近灶台的位置外墙设置补风口,当厨房局部排风开启时,补风口风阀开启,新风由补风口中经过灶台被吸入排风系统,排出室外,对其他房间不产生影响,局部排风停止时,补风口风阀关闭,阻止了室外冷风通过补风口渗透至室内。



4
政策可行性



河北省决策层正在努力地将被动房技术引入河北,通过与德国签署合作协议,积极与被动房技术发展成熟的欧洲交流来为被动房打开市场,同时在省内积极推动拟定被动房相关法规、标准及导则,为被动房在河北的发展铺路。


在大力制定相关政策的同时,河北建筑节能的决策者们也很重视实践的重要性,积极建设被动式低能耗示范项目,用理论结合实践的方法逐步探索被动房这项建筑节能新技术。



5
技术可行性



河北省的被动房经过三、四年的实践发展,已有十余个项目完成设计,其中“在水一方”和“河北建筑科技研发中心办公楼”已经竣工,其余大部分项目正处于施工阶段。


通过理论与实践的结合,已在被动房设计领域积累了丰富的经验和技术实力,为河北省发展被动房事业提供了技术保障。




6
经济可行性



河北省建筑科技研发中心的中德被动式低能耗建筑示范房的增量成本约为800元/平米,秦皇岛“在水一方”被动式住宅楼项目的增量成本约为600元/平米。虽然被动房比普通节能建筑初期投入多,但由于其超低的建筑能耗,后期运营费用大大减少,建筑能耗也大大降低,因此从长远来看,被动房的经济效益十分可观。




河北省发展被动房的实施策略



1
制定完善的被动房发展计划



河北省目前对被动房的探索尚处起步阶段,若要逐步深入地推广被动房,需要有关部门制定相应的推广计划和方案,鼓励有经济能力的县、市区积极发展被动房试点项目,制定合理的被动房项目发展指标。还可将被动房的建设与生态城区的发展相结合,使其作为生态城区内低碳减排的标杆。



2
政府制定完善的经济激励政策



作为高标准的节能建筑,被动房在市场推广过程中必然会受到高额技术附加值 的影响,河北省若要大力发展被动式低能耗建筑,政府的资金支持是基本保障。政府应根据河北省的实际情况及被动房的发展需求制定相应的政府补贴及减免房税等政策并推动银行出台针对被动房建筑的低息贷款业务,提高贷款额的上限,从各方面为被动式低能耗建筑的推广和发展提供资金保障。



3
制定适用于河北气候的被动房设计标准



德国冬冷夏凉,气候温和,气候差异小,而河北省冬季寒冷,夏季炎热,与德国的被动房相比,我们需要在夏季工况下对制冷和除湿做更多的考虑。因此,要想推广被动式低能耗建筑,不能完全照搬德国的技术要求,必须建立一套适用于河北省气候条件的设计标准。



4
健全被动房建筑质量监控和认证制度



河北省城镇建筑竣工面积增长迅速,过快的建设速度造成了建筑质量良莠不齐及施工管理的粗放式运转,而高质量和细节控制正是被动房建筑必不可少的前提条件。因此,应以政策为导向,建立相关的被动房认证制度和监管机制,从建筑材料部品市场源头抓起,监管被动房建筑的规划、设计、施工及运行全过程,建立健全被动房建筑质量监控和认证制度,加强建筑节能工作的执行率和达标率。



5

提高外围护结构的热工性能指标



河北省现行的节能标准中,对外围护结构的保温性能指标规定与德国等发达国家相比,还处于一个较低水平,而被动房的基础便在于其严密的保温隔热系统。全面提高围护结构性能指标是河北省推广被动房最直接、有效、便捷的途径。


河北省被动房可行性分析.jpg


上表中河北省建筑节能设计标准对围护结构热工性能的要求仅为最大限值 ,根据建筑筑体形系数、楼层数等不同会略有差异。经对比可知河北省对围护结构 保温性能的要求距被动房标准还有很大距离,鉴于经济成本等因素的影响,若想一步到位地将其提高到被动房标准,存在很大困难。因此我们应该分步提高外围护结构的热工性能指标,制定阶段性计划和指标要求,逐步向被动房标准靠拢。



6

尝试对既有建筑进行被动房改造



河北省正在逐步对既有建筑进行节能改造,目前的节能改造目标是按河北省现行的节能标准进行的。德国专家提醒我们,不要走他们进行二次节能改造的老路,因此我们可以发展被动房改造示范项目,尝试将既有建筑按被动房标准进行改造,在实践中总结利弊,积累经验,为既有建筑向被动房的转换寻找出路。



7

加强被动房相关产品和技术的研发



目前河北省的被动房项目均为与德国合作的示范工程,一些技术和产品还缺乏自主研发能力,无形中增加了被动房的造价,因此河北省应加强被动房相关产品和技术的研发,实现产业本土化。


研发拥有自主知识产权的新技术、新工艺,例如,高性能保温系统的施工及质量控制方法、防热桥设计技术等。同时,还应提高被动房相关产品的自主研发和生产能力,如高性能外门、外窗、新型保温材料、被动房专用空调机、高效的新风换气机等。


相关行政部门应积极引导各相关单位、科研机构发展被动房项目以及相关研究工作,组织相关学术交流活动,对有突破性科研成果的单位和机构给予表彰和奖励。



8

建立被动房理念的设计指导方法



被动房的基本理念是“需求最小化、供给最优化”,以“需求最小化”确立被动式设计方法,严格控制建筑朝向、体形系数、窗墙比和围护结构传热系数,以“供给最优化”加大可再生能源利用技术与建筑的一体化设计。河北省在推广被动房的同时,不应单单将被动房作为一项技术,而应将对资源的被动式利用作为一种节能理念,并结合河北省实际情况将我国自1977年至今40多年的被动式太阳房实践经验加以总结、提炼,形成被动式建筑设计模式语言,纳入被动式建筑设计指导方法体系中,以供广设计人员参照使用。



9

注重人才的培养,强化能力建设



被动房的建设涉及建筑学、暖通、给排水等多个专业,相关设计单位或施工单位应加强专业人才的培养,编写被动式低能耗房屋培训的系统性教材,设计培训课程,开展针对设计、施工和监理、检测等技术人员的系统培训。


成立被动房小组,在实践中通过方案设计、施工图设计、能耗模拟等有针对性地培养专业化团队。由于被动房的做法不同于普通建筑,因此要特别注重提高施工人员的技能,保证施工质量,施工单位应对负责被动房施工的工人进行专业技术培训,着重讲解外保温的做法、防热桥关键节点的做法及被动窗的安装技术等。


通过组织专题研讨会、技术经验巡讲等方式加强对开发企业、设计科研单位的宣传,扩大被动式低能耗房屋的影响。




总 结



1、河北省张家口市、承德市北部属于严寒地区,其它属于寒冷地区,在采暖方面有极大的需求,因此建造被动房和低能耗建筑节能潜力非常巨大。


被动房和超低能耗建筑不是完全由尖端和复杂技术堆砌的产品,而更倚重于优化的建筑节能设计与细节处理、高效与适用的节能技术、严格的建筑质量控制来实现。


2、政府的高度重视和外界的帮助是河北省发展被动房强有力的保障,无论是标准的制定还是资金投入及政策管理,政府都给予了很大的支持,为河北被动式低能耗建筑的发展开辟道路。


3、被动房的多项关键技术已在河北省开展的示范项目中得到应用,并在后期运营中取得了良好的效果,被动房虽然初期投资比普通建筑大,但运行能耗很低,从长远来看,经济效益十分可观。示范项目的成功充分证明我省拥有发展被动房的技术实力和人才储备。


4、积极开展被动式低能耗示范项目有利于被动房的建筑与发展,能够成为被动房在我省乃至全国的普及起到促进作用,河北省已开展了多项被动房示范工程项目,多种节能技术也可以在示范项目中得到应用和检验,为被动房的发展提供技术支持。


本文来自于河北省建筑科学研究院,文章刊发于《河北建筑节能与墙改》杂志第43期。