双碳背景下被动式超低能耗建筑发展的影响因素及对策

文／郭召猛、李祖钢 山东省欧美亚超低能耗绿色建设研究院 山东济南 250000

引言：

传统节能建筑存在的主要问题是资源消耗大、环境污染严重等，不利于建筑行业的可持续发展。被动式超低能耗建筑在我国的发展已经有20 年，其中德国、美国是最早开发建设的国家，而我国近些年来才开始发展被动式超低能耗建筑。这一技术的应用也标志着我国建筑节能技术正在从“高碳”向“低碳”转变，从而在一定程度上实现了节能减排的目标。近几年，我国被动式超低能耗建筑取得了明显的发展效果，也被列为重点发展的新能源产业。

1.被动式超低能耗建筑概述

欧盟委员会支持的“被动房”建筑促进项目中，定义的“被动房”是指通过非传统的采暖方式和非主动的空调形式来实现冬夏季舒适室内环境的建筑。在2015 年中华人民共和国住房和城乡建设部试行的被动式超低能耗绿色建筑技术导则中认为，被动式建筑是一种近零能耗建筑，通过高效的保温隔热和热回收技术，最大程度地减少能源消耗，同时提供舒适的室内环境。

1.1 高标准的技术要求

相关调查表明，建筑企业为了对被动式建筑技术进行有效的控制，相关设计人员会对室内舒适度指标和能源消耗指标这两个控制性指标进行综合考虑，这两个指标会对选用建筑材料、建筑物结构等方面提出更高的要求。建筑企业要结合实际情况加大力度对被动式建筑外窗、高效保温体系等方面进行充分的应用，以将这些设计战略的作用充分发挥出来，为后续施工奠定良好的基础。

表1 室内舒适度指标

图1 被动式超低能建筑能源消耗指标图

1.2 运行能耗低

被动式超低能耗建筑与其他建筑类型之间存在一定程度的差异，前者会应用到无热桥设计、高效的外保温层、遮阳措施、自然通风等，进而较大地提高其自身的节能性能指标；其还会对一些先进技术及设备进行充分的应用，提高整体的能源节约效果。

1.3 舒适性体现

保暖隔热是被动式超低能耗建筑设计的主要目的，建筑企业应提高对保暖层设计的重视程度，结合实际情况对各个方面开展合理的设计，以便室内温度在围护结构的作用下保持良好稳定的状态。围护结构可以在炎热的夏天让房屋建筑内部保持凉爽，满足人体的舒适度要求和规定，将节能减排、环境保护目标落实到各个环节当中，这也是建筑设计行业当中关键的部分[1]。

2.影响被动式建筑发展的因素分析

2.1 被动式超低能耗建筑方面人才短缺

为了实现被动式超低能耗建筑设计的合理运用，需要有合理的设计人才，这样才能满足实际工作的基本需求，进而保证被动式超低建筑设计的服务能力，使得建筑工程可以更好地为人们提供服务。但是，在实际的被动式超低建筑设计过程中，却存在被动式超低建筑方面人才短缺的问题，这样的问题存在严重影响超低能耗建筑设计的效果，甚至还会引起严重的建筑功能问题。所以为了满足建筑工程的节能与功能需求，要做好被动式超低建筑方面人才的培训工作，促使被动式超低建筑设计能够符合实际工作的需求。

2.2 缺乏完善的相关节能设计标准

被动式超低建筑设计过程中，为了确保它的运用效果，减少困境对被动式超低建筑设计的影响，需要做好节能设计标准的合理控制。但是，在实际的应用中。存在节能设计标准不完善的情况，这种问题，主要体现在建筑建设过程中，没有合理地对节能设计标准进行应用，因为这些问题的存在，严重影响建筑设计的效果。所以，为了满足实际设计的需求，需要注意对节能设计标准的分析，并选择合理的标准，从而进一步提升相关节能设计标准的服务能力，进而更好地推动被动式超低建筑设计的服务能力。

2.3 被动式建筑评估与认证体系落实不到位

在工作中还需要对被动式超低建筑的评估与认证体系进行分析，只有保证评估与认证体系的合理落实，才能满足建筑的功能需求，促使被动式超低建筑设计实现合理的运用。但是，实际工作中，却存在评估与认证体系落实不到位的情况。这种不到位的情况，就造成相应问题的出现，主要问题体现在评价指标存在缺乏客观性的问题，另外，还存在评价指标明确性不清晰的问题。这些问题就制约了被动式超低建筑设计的应用，所以为了满足被动式超低建筑设计的合理运用，需要对评估与认证体系进行合理落实，促使其满足实际工作的需求[2]。

3.实现被动式超低能耗建筑的技术与措施

3.1 建筑围护结构的设计

首先，保温材料。保温材料就像给建筑披上了一件“羽绒服”，可以降低室内的冷热损失；无论是哪一种类型的建筑，在实际设计过程中都离不开保温材料，这就要求建筑企业在设计被动式超低能耗建筑时要提高对保温材料选择工作的重视程度，在对建筑自身功能需求进行综合考虑的同时，还要确保材料性能和规格与实际要求相符合，建筑企业要在条件允许的情况下尽可能地选择具有绿色环保节能性能的材料。除此之外，设计人员在对建筑保温隔热系统进行设计时要对新型保温材料进行合理的应用，如无机保温砂浆、纳米隔热板等，这些材料随着我国整体科学技术水平不断提高而得到了相应的改进和完善，不仅可以将保温隔热效果充分发挥出来，而且还能够让建筑整体满足绿色环保的基本要求。其次，外墙保温。外墙保温系统设计在被动式超低能耗建筑当中占据着非常重要的地位，这也是被动式超低能耗建筑实现节能目的的关键环节之一，建筑企业可以对保温设计和隔热、散热设计进行相互结合，并且还要对不同区域的气候条件进行充分的考虑。我国南方地区夏季气候比较炎热，冬季温度比较温和，所以建筑企业要对无机保温材料进行充分的应用，严格按照相关的要求和规定来设置墙面垂直绿化、淋水被动蒸发等；我国北方地区夏季室内比较炎热，而且冬季具有寒冷干燥的特点，建筑企业要将外墙保温设计落实到位，从而减少室内热量的散失，通常情况下会对苯板复合材料进行合理的应用，通过这种材料对相应墙体保温夹层进行设置。建筑企业还可以将保温隔热层设置在墙体外部，复合材料与其他材料之间会存在一定程度的差异，前者在实际应用过程中可以发挥出良好的作用，而且还能够达到良好的保温和隔热效果。最后，屋面保温。众所周知，屋面保温与外墙保温之间存在相似性，建筑企业需结合实际情况对绝热挤塑聚苯板、泡沫玻璃等保温材料进行合理的应用，严格按照相关要求和规定对通风隔热屋面进行合理的设置，从科学的角度对附带通风空气层的金属夹层隔热屋面进行合理的设置。这种屋面相对外墙保温来说有着较大的可利用性。随着时代的不断发展，屋面保温的种类变得越来越多，如种植屋面，建筑企业可以在一定厚度的屋面上种植绿色植被，并且将其设置在屋面之上，进而不用设置其他保温层也可以将保温隔热作用充分发挥出来，还能够达到良好的降尘、减噪、提高空气质量的效果。除此之外，种植屋面还可以对雨水进行有效的截流，城市排水系统整体压力也可以得到进一步缓解。我国北方房屋保温系统当中不可缺少的部分就是地面保温设计，建筑企业在这个过程中会应用保温板和保温砂浆，结合细石混凝土保护层，从而使地面保温效果得到保障。

3.2 高性能门窗系统设计

在建筑工程当中不可缺少的部分是门窗系统，采用高绝热、节能效果较好的门窗系统保持室内舒适的温度。这就要求建筑企业在设计该系统时要对建筑工程所处地区气候、主导风向、温度等各种因素进行综合考虑。例如在我国南方地区可以在南北朝向设置大窗，从而达到良好的通风和采光效果；东西朝向的房屋建筑结合实际情况将窗体面积进行适当的减小，设计人员还要对窗体位置和数量做出准确的判断，使室内空气达到良好的对流效果。另外，设计人员还要对进风口和出风口尺寸进行合理的设计，从而有效控制室内气流速度和气流流畅，必要情况下还可以设置遮阳、挑檐等一些具有导风功能的构件，准确区分正负、空气流动性等，使室内空气流动得到进一步增强。建筑企业可以将遮阳措施应用到东西侧外窗，对自然采光效果进行充分的考虑后，对固定式遮阳和可调式遮阳进行合理的选择。设计人员要对门窗和建筑整体比例进行严格的控制，确保整体比例处于规定的范围之内，从而使建筑整体保温隔热效果得到保障。东向和北向建筑的门窗比例要在20%以下，西向建筑的门窗比例应该在30%之下，南向建筑的门窗比例要低于35%，门窗系统整体的节能降耗效果达到预期的要求[3]。

3.3 节能建材的使用

选择经济实用、性能稳定的节能建材,是实现超低能耗建筑的重要策略。采用高性能隔热材料、高效的节能玻璃、较小传热系数的保温材料等等,可以有效降低建筑物的能耗。例如,选择具有较高隔热性能和低维护成本的建筑外墙和屋顶材料,并选择具有良好效率和较低成本的光伏组件。

3.4 高效节能设备的使用

高效节能的建筑设备能够在保证舒适度的前提下实现能源利用最大化。如太阳能电池板、空气能热泵、智能照明系统等以可再生能源为主导的设备,既节能又环保。选择采用哪种系统时,要结合建筑的需求、环境条件和客户的要求等综合考虑,这样才能在保证能耗最低的同时,控制超低能耗建筑的造价。例如,某地的太阳能塔采用了先进的太阳能热发电技术,将太阳能转化为电力和热能,建筑物的立面和外墙都采用了太阳能光伏系统,年平均发电效率为15.4%。

3.5 综合节能措施

在实现被动式超低能耗建筑的过程中,采取综合节能措施是非常有必要的。具体可以采用采光、通风、绿植覆盖、蓄热降温、外遮阳和智能控制等综合手段,以减少建筑物的能耗[4]。

4.被动式建筑发展建议

4.1 完善政策法规，落实激励政策

政府应根据当地发展情况，采取除直接财政补贴之外的各种激励政策，如采取容积率奖励、税收优惠、贷款贴息、保障土地供应、供热补贴等非财政补贴，加速被动式建筑在本省的快速发展。其次新建政府投资的公共建筑宜优先采用被动式建筑，鼓励开发企业以被动式建筑为主要的方式成片区地开发居住建筑项目，并对采用被动式建筑的开发企业采取优先供地等方式作为鼓励。此外，政府应根据各地现有的基本情况，积极完善被动式建筑的标准体系，制定被动式建筑在设计、材料、施工、运行、管理等方面的标准体系与实施细则，构建统一的行业标准，让被动式建筑的发展有法可依，为产业的发展提供坚实有力的制度保障。

4.2 加强技术研发，完善相关产业链

随着BIM、人工智能等新兴技术的快速发展以及“双碳”目标的推进，建筑行业正向绿色化、智能化迈进。首先，推动BIM 技术和被动式建筑同步设计、同步施工。运用BIM 技术预先建模设计，对复杂节点进行可视化沟通，提前解决有可能遇到的问题，从而优化施工工艺，节约成本，提高被动式建筑可行性。其次，通过产学研的方式在高等教育中推广被动式建筑。一方面鼓励企业及高校开展合作解决，对被动式建筑的关键节点、施工难点等技术问题开展研究，解决被动式建筑应用的技术瓶颈；另一方面增加相关课程，培养批量的专业技术人才，普及被动式建筑的理念，建立健全被动式建筑全寿命周期体系，构建被动式建筑规划、设计、建材、施工、监理、运营等形成全产业链。集群性打造被动式建筑产业体系，推动被动式建筑的发展[5]。

4.3 改变传统观念，带动消费市场

随着物质生活得到极大丰富的同时，人们对居住环境的要求越来越高。首先，加强示范工程的引领作用，提高居民的低碳环保意识。示范工程体验可使消费者感受被动式建筑的健康、舒适、低碳、环保、节能等多重优势，以点带面的推动人们改变对被动式建筑的既有认知，形成一种绿色低碳的意识。此外，在样板房中推动被动式建筑与VR/AR 技术相结合，提高可感知性。通过VR/AR 技术，可以通过高科技感受被动式建筑的应用，提高人们对被动式建筑的科普体验感，直观的感受被动式建筑的优越性，刺激居民的消费欲望，借此推动被动式建筑市场的发展。

4.4 加大被动式建筑宣传和推广力度

目前，被动式建筑产品的市场流通尚不活跃，存在开发商开发意愿和消费者认购意愿均不强烈的现象。这由于投资者和消费者对被动式建筑的认知存在一定的误区，没有考虑其在生命周期成本及居住体验等方面的优势。因此，急需加大对被动式建筑的宣传和推广。建议由政府牵头举办被动式建筑相关产业的展览会、博览会、交流会等活动，供社会各方学习参观。同时，积极利用互联网优势，快速、高效地向公众宣传推广被动式建筑性能与优势，营造良好的舆论氛围。此外，通过在多地建造被动式低能耗建筑示范工程或体验馆，让消费者切身感受到被动式建筑带来的居住体验优势及节能优势，增进人们对被动式建筑的了解，从而进一步增强市场需求，推动被动式建筑发展[6]。

4.5 完善相关标准及规范

由ISM 模型分析结果可知，相关标准和规范不完善直接影响部品和构件的标准化，进而导致被动式建筑施工困难及成本高等问题，这也是导致开发商开发意愿不强烈及市场扩展难度大的间接因素。推动被动式建筑规模化发展，首先要完善相关标准及规范。因此，借鉴国外发达国家被动式建筑相关标准，结合地方经济、技术及自然环境特点，完善地方关于被动式建筑的相关标准体系及设计规范，是推动被动式建筑产业发展的重要措施。

4.6 完善被动式建筑质量认证和监管机制

当前需要进一步完善被动式建筑质量认证体系。被动式建筑质量认证标识会提升消费者的认可度，这对刺激市场需求、拓展市场十分有利。另外，加大对被动式建筑建造过程中的质量监管，确保从设计、施工到竣工的每个环节都符合节能减排标准，对推广和发展被动式建筑至关重要[7]。

结语：

建筑行业的发展离不开能源的消耗和使用，建筑能源消耗过多、资源浪费严重等问题已经成为制约我国建筑行业可持续发展的主要问题。在双碳背景下，为了满足社会对节能环保的要求，被动式超低能耗建筑工程应运而生，并在我国很多地区得到了应用。被动式超低能耗建筑通过对气候环境进行有效分析，再根据室内气候环境合理进行保温设计，以达到降低能源消耗、节约资源的目的。通过被动式超低能耗建筑工程的应用，可有效解决传统节能建筑中存在的问题，例如资源消耗大、环境污染严重等。但是，我国被动式超低能耗建筑工程设计水平不高、技术水平不足，导致其应用效果不理想，因此必须加大对被动式超低能耗建筑工程设计技术的研究力度、提升技术水平、优化设计策略等，以促进被动式超低能耗建筑的可持续发展。