基于CiteSpace的被动式超低能耗建筑研究综述*

刘月君 申玉然 高银飞 周创辉 王珑

(1.河北建筑工程学院经济管理学院，河北 张家口 075000；2.张家口市建筑产业管理数字化技术创新中心，河北 张家口 075000)

0 引言

现阶段，建筑业是除工业和交通运输业之外的主要能源消耗领域[1]。建筑业高耗能、高排放问题亟待解决。被动式超低能耗建筑是绿色节能建筑的基本内涵[2]，其特征包括舒适度水平高、人同建筑与气候联系紧密等[3]。

综述研究采用定性与定量相结合的方法。其中，定性分析依靠研究人员对领域相关文献的阅读量积累[4]；借助知识图谱绘制工具CiteSpace进行可视化定量分析，可直观展示各因素(研究热点等)之间的显性或隐性关系[5]。定性分析辅助定量分析，以期为后续研究者针对被动式超低能耗建筑研究方向提供思路。

1 方法与数据

本文以中国知网(CNKI)为平台、以核心期刊为范围、以被动式超低能耗建筑OR被动式低能耗建筑OR被动房为主题词进行无时间限制检索，首次检索结果为83篇文献，剔除个别新闻类报道及无关文献，最终得到66篇文献，2022年1月14日为最终检索时间，详见图1。

采用定性与定量相结合的研究方法对被动式超低能耗建筑文献进行分析。其中，定性分析是对阅读的相关文献进行梳理，阐述现阶段被动式超低能耗建筑研究内容等；定量分析是借助CiteSpace(5.8.R1)可视化分析软件进行，具体包括三个步骤：第一步，通过文献年发文数量、收录期刊、关键作者及研究机构剖析领域研究现状；第二步，通过关键词共现和聚类分析明确研究热点、前沿及趋势；第三步，结合前述分析结果提出未来研究方向。

2 结果与讨论

2.1 研究现状

2.1.1 文献发表趋势分析

由图2可知，该领域的研究整体经历三个阶段。第一阶段：2001—2014年。此阶段为初步探索期，年均发文量不超过2篇，累计发文量为8篇，说明研究人员对于其关注较少，且文献以被动房中的太阳能研究为主[6-8]。第二阶段：2014—2017年。此阶段为急速增长期。随着一系列中德合作“被动式低能耗建筑”示范项目的完工，如秦皇岛“在水一方”项目，以及国家相关政策的颁布，如《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中提出要发展被动式房屋等绿色节能建筑，研究人员意识到被动式超低能耗建筑在节能环保中的重要性。经统计，此阶段国家基金支持较第一阶段增加54.55%。第三阶段：2017—2021年。此阶段为缓慢增长期，表明该领域的研究热度较第二阶段有所下降。

2.1.2 文献收录期刊分析

由图3可知，《建筑科学》在此领域文献发表数量最多，为24篇，占总文献数量的35.82%。排名前5的6种期刊发文数量占比69.70%，表明这6种期刊是被动式超低能耗建筑领域主要刊物，是深入探究此领域研究进展的重要途径。

进一步对23种期刊类型进行分析，其中CSCD期刊为10种，总发表量为34篇，占比53.03%；CSSCI期刊为1种，总发表量为1篇，占比1.52%；EI期刊为5种，总发表量为6篇，占比9.09%；无SCI期刊来源。总体而言，此领域研究成果在高水平期刊发表数量不足，未来收录期刊整体水平有待提高。

2.1.3 关键作者及研究机构分析

表1 关键作者及发文量

被动式超低能耗建筑领域作者间合作网络关系如图4所示。该领域的研究学者抱团合作趋势明显，存在以徐伟、刘艳峰、崔国游为代表的三个大型合作网络，其他合作网络较小。

借助CiteSpace软件对被动式超低能耗建筑领域机构(发文量≥2篇)进行分析，发现该领域研究机构多为高校或研究院(所)，企业仅有2家，见表2。

表2 研究机构及发文量

2.1.4 研究内容分析

通过对被动式超低能耗建筑领域关键文献梳理，发现学者研究集中在以下三个方面：

(1)关键技术。针对关键技术内容研究，学者遵循“整体+个别”原则，即“全面研究+某一项或某几项研究”。在全面研究中，周正楠[10]将被动房问题聚焦于解决冬季采暖、降低建筑热量损失，提出加强建筑围护体系的保温性能、提高建筑的气密性能、采用机械送新风系统并进行热回收、使用地热负荷的采暖方式等技术措施；游又能等[11]将被动式超低能耗建筑与装配式建筑耦合集成作为研究对象，从不同气候区分析保温隔热系统、门窗系统、气密性、无热桥处理、新风热回收系统的具体构建。在个别研究中，刘秦见等[12]从经济角度对被动式建筑应用可再生能源系统的典型案例进行分析，得出利用太阳能可使能源消耗降低64%，且太阳能光伏电池板完全满足能耗需求的结论。王选等[13]在太阳能集热系统优化的基础上，结合新风系统研究，将西宁市某被动式超低能耗建筑的太阳能新风系统作为研究对象进行论证。

由上述文献可知，关于被动式超低能耗建筑的关键技术全面研究大致包括5项，个别研究主要集中于可再生能源系统的太阳能资源利用和新风系统。

(2)指标体系。针对指标体系研究内容，学者遵循“国外技术指标体系+我国实际情况”原则。徐伟等[14]从能耗范围、物理边界、指标数值三方面入手介绍指标体系的构成，并对现阶段美国、日本、欧盟和我国的指标体系进行全面梳理，认为美国与我国在气候差异等方面存在相同点，其技术体系对我国具有借鉴意义。冯国会等[15]将德国被动房的技术指标、方案设计与我国的《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》相结合，针对严寒地区的被动房低能耗和负荷及系统设计进行研究，同时考虑建筑智能化应用。王昭等[16]将德国被动房研究所技术指标体系和《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》提供的供暖需求、供冷需求等指标计算公式相结合，用以确定山东省被动式超低能耗建筑评价指标范围。

由上述文献可知，关于指标体系的研究，学者更多基于某一范围进行，如气候区、地区；同时，综合考虑德国被动房研究所技术指标体系与我国发布的《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》，在两者的基础上根据实际情况实现技术指标的区域范围内确定。

(3)软件应用。宋昂扬等[17]以phpp能耗软件计算结果为依据，将敏感性分析与技术、经济因素相结合，对天津市新生态被动房项目中对冷热负荷影响较大的参数进行合理优化，最终确定材料及设备选型。邹艾娟等[18]将国内外能耗计算软件(DEST、phpp)作为研究对象，对两者的运算机理和参数设置进行比较。曹依蕾等[19]借助红外热像仪对某一被动式超低能耗建筑构件部位进行直观热工缺陷分析，之后利用定量方法进一步对其缺陷严重程度进行判定。

由上述文献可知，关于软件应用的研究，学者主要针对能耗计算应用程序，将软件技术等应用作为优化被动式超低能耗建筑中参数设置的依据。

2.2 研究热点、前沿及趋势分析

2.2.1 研究热点分析

关键词可以反映文献的核心内容，对被动式超低能耗建筑领域的66篇文献进行分析并统计频次≥2的关键词，结果见表3，软件分析结果如图5所示。

表3 被动式超低能耗建筑领域研究文献统计频次≥2的关键词

由表3可知，被动式超低能耗建筑领域的研究对象为被动房、超低能耗建筑、被动式超低能耗建筑、近零能耗建筑。现阶段，主要依据节能率确定建筑定义，且被动房、被动式超低能耗建筑属于近零能耗建筑体系[20]。研究热点集中在被动式关键技术、太阳能资源、phpp、人体热舒适性、技术指标体系等，研究建筑类型多为居住建筑，研究地区集中在寒冷及夏热冬冷地区。

2.2.2 研究前沿及趋势分析

针对研究文献的关键词进行聚类分析，得到Modularity(0.746 7)>0.3，Mean Silhouette(0.969 8)>0.5，即网络中的聚类关系较为明显[5]。之后结合时间维度进行时区分析，结果如图6所示。被动式超低能耗建筑领域8个聚类按出现的先后顺序将研究趋势大致划分为5个阶段：第一阶段，#0聚类——寒冷地区，该研究出现时间较早，主要研究寒冷地区太阳能利用及建筑外墙保温技术，之后着力于优化设计并借助Matlab进行能量平衡计算；第二阶段，#7聚类——供热效率，主要研究太阳辐射温度、辐射强度对被动太阳能房供热效率的影响，且该方面的研究热度下降；第三阶段，#4聚类——自然通风、#5聚类——中国西部，其中自然通风主要针对关键技术和热损失进行研究，中国西部主要研究人居环境；第四阶段，#2聚类——被动式、#3聚类——被动式超低能耗，其中被动式研究可再生能源、外围护结构的节能设计，被动式超低能耗研究集中于新风负荷、传热系数同装配式建筑相结合；第五阶段，#1聚类——被动式超低能耗建筑、#6聚类——室内环境、#8聚类——气候大陆度，前两个聚类集中研究供热/冷需求评价指标体系，其中室内环境研究聚焦于温和地区，气候大陆度主要研究天空有效温度及热负荷综合修正率。该图亦能印证前述被动式超低能耗建筑领域文献发表数量的变化趋势，即在2014年数量开始增多且在2017年研究最为火热。

2.3 未来研究重点

由上述分析可知，被动式超低能耗建筑领域研究文献在高水平期刊的发表数量欠缺、作者抱团合作趋势明显，今后研究重点可从跨越学科、研究成果、研究地区、研究方法4个方面入手，具体如下：

(1)从跨越学科来看，被动式超低能耗建筑可与组织行为学、组织心理学相结合针对人的心理、情绪变化进行建筑供热需求及能耗方面研究。

(2)从研究成果来看，该领域研究机构多为高校，企业较少。此现象表明研究多停留在理论层面，未与实践密切结合，未来应加强高校、研究所、企业之间的合作。

(3)从研究地区来看，现有文献更多基于严寒、寒冷地区，较少涉及夏热冬冷、温和地区，未来可对夏热冬暖地区的被动式超低能耗建筑进行研究。

(4)从研究方法来看，被动式超低能耗建筑领域应引入建筑信息模型、物联网、大数据等技术手段。目前，在建筑信息模型与被动式超低能耗建筑保温性能测试及质量管理方面有相关研究[21-22]。

3 结语

本文借助CiteSpace(5.8.R1)软件，通过定性与定量分析相结合的方法针对被动式超低能耗建筑进行分析，得出以下结论：

(1)从文献发文数量来看，被动式超低能耗建筑领域研究历经三个阶段，且在2017年文献发表数量出现峰值。

(2)从收录期刊、关键作者、研究机构来看，《建筑科学》《建筑学报》《暖通空调》等是该领域发文主要期刊；关键作者抱团合作趋势明显；研究机构多为高校、研究院(所)。

(3)从研究内容、热点及趋势来看，该领域研究内容在关键技术、指标体系、软件应用三方面；热点主要集中在被动式关键技术、太阳能资源、PHPP、人体舒适性、技术指标等方面；研究趋势大致分为5个阶段。

(4)从未来研究方向来看，该领域可与组织行为学、组织心理学结合；研究地区范围转移至夏热冬暖、温和等地区；研究方法与建筑信息模型、物联网、大数据相结合，以实现智能化管理。