瑞典被动式建筑节能技术措施及启示

瑞典被动式建筑节能技术措施及启示中国建筑科学研究院 发展绿色建筑、节约能源资源、保护生态环境，不仅引领着世界城市建设和开发的方向，也是我国可持续发展亟需破解的一道难题。在政府的大力支持和倡导下，近年来我国的墙材革新与建筑节能工作得到了较快发展，建筑节能、绿色建筑与生态城市的理念得到了普遍认同，但在实践操作层面仍存在着较多发展空间，特别是寻求有效的技术推广平台和整体解决方案。在实现可持续建筑的节能、节材、环保等环境目标的策略中，总的来讲可以划分为两大部分：一部分是“需求最小化”策略，另一部分是“供给最优化”策略。而对需求的控制完全可以用被动式的方法来完成，被动式建筑正是充分运用这一方法的例子。一、 瑞典推广被动式建筑节能的主要做法笔者曾对瑞典进行过考察流，主要涉及节能减排、被动式建筑建造、可再生能源的应用等城市发展中的诸多重要方面。通过听取专题讲座、实地考察观摩、讨论交流等形式，对墙体保温技术、建筑楼宇节能控制、建筑材料和产品特性、可再生能源在建筑中的应用等理念和技术有了深刻理解，从中深刻体会到瑞典在节能方面堪称世界前列。不论是先进的技术手段和公众广泛参与，还是制度安排、法律法规建设、经济激励与制约措施等各个方面都有值得我们学习和借鉴的经验。1、合理的能源利用方案建房者必须遵守国家规定的节能建筑标准外，政府还要求建房者必须出具一份能源利用方案，该方案主要包括三部分内容：排放(CO2排放量)、空气有害物质(生物质能可能排放到空气中的有害物质)以及费用(采取该能源利用方案所需的成本)。一般能源利用方案应当包括两到三套供选择的能源利用模式。政府审批部门在对不同模式作出选择的时候，必须同时衡量排放、空气有害物质以及费用这三项指标。如果有一套模式非常节能环保，但是经济性不够，依然不能被选中。因此，在成本相同或者成本升高率不超过10%的情况下，方会选择对环境负面影响最小的能源供应方案。2、节能工作更多地依赖市场、政府主要起引导作用在瑞典外交部中瑞环境技术合作办公室，以及瑞典房屋、建设和规划部进行的访问中，笔者了解到瑞典国内建筑节能主要的推动者是市场。建房者如果主动要求按照严于国家规定的节能建筑标准建造房屋，建房者可以与政府签定城市建筑合约，在合约中明确约定建筑所采用的具体标准。政府为鼓励建房者采取更为节能的建设方案，一方面，主动向业主提供节约能源、提高能源利用率等方面的咨询和指导；另一方面，建房者还可以到地方政府参股的银行申请优惠的低息贷款，此外，还可以享受联邦政府给予的奖励。受到当地建筑成本组成的影响，一栋低能耗被动式住宅在建筑成本约在1.8万克朗/m2，较普通住宅1.6万克朗/ m2的造价，仅增加13%，但其年运行能耗可由110KWh/m2降低超过50%左右，只有50 KWh/m2左右。其在开发环节增加的投入，可以在7年左右的时间收回。这对于那些建造房屋，并以出租营利的开发企业来说，节能性能好的建筑更受欢迎。因此，开发企业有建造更节能建筑的需求，并有聘请第三方来进行建筑能效测评的愿望。而从政府管理的角度讲，无论是标准，还是测评活动都只是推荐性的，甚至在对利用太阳能方面的政府补贴也已经取消了。所做的主要工作是对市场的引导，例如：制定未来建筑能耗的规划、出台相关技术档、以及为第三方测评过的建筑颁发建筑能效的标识等等。3、适宜的室内外物理环境是建筑设计的重要目标在Hammarby的交流参观中，感受最深的是整个项目对建筑室内外物理环境的营造。设计中重视建筑与自然的融合，通过合理的区域规划和建筑节能设计，在绿色、生态、节能的前提下，努力创造适宜的室内外环境。整个区域由旧码头和工业区改造而来，区域的地形、地貌基本没有改变，水体得到留存。区域内做到每栋楼有自己的绿地，并建立绿色连通小区与周边自然环境。该区域的建设规划也经历了几次调整，从20世纪90年代初的后现代设计，到为申办2004年奥运会而做的奥运村规划，最后确定为建设一座生态小区，营造适宜环境成为区域建设的主线。在ByggVesta、EKSTA、Varnamo等公司的访问中了解到，瑞典对住宅室内热环境和室内空气品质都有较高的要求。新建的住房基本都设置了集中新风系统。这样，在提高了建筑围护结构的气密性，减少了由于冷风渗透所造成的热损失的同时，也可以保证室内的空气品质。4、优异的围护结构是降低建筑能耗的基础在实际项目的参观中，了解到瑞典新建的低能耗被动式住宅其围护结构热工性能达到了相当高的水平。例如：在保温方面，被动式节能房匹配了一系列的技术和材料系统，其外墙外保温铺装厚度达20cm，屋顶保温层是30cm，并且两层之间楼板均铺设有保温板，阳台与外墙之间也进行了保温分隔；采用节能性较好的三层玻璃塑钢窗，每个窗的空腔内都安装了保温材料。墙体部分的传热系数在0.1 W/m2K左右，屋面的传热系数值更低。外窗的传热系数在1.0W/m2K左右，而且都比较重视外遮阳的设置。我们国家对围护结构要求最为严格的严寒A区中，墙体传热系数的限制要求为0.25W/m2K，外窗传热系数要求为1.5W/m2K。由此可见，当围护结构达到如此优异的性能后，室内外的热交换被降到最低，这也是瑞典所提出的“被动式”房屋能够成为可能的重要基础。5、消除热桥以保证围护结构的热工性能瑞典地理纬度较高，冬季采暖是建筑需要解决的主要问题，热桥对建筑围护结构及能耗的影响较为明显，建筑设计、建造时非常重视对热桥部位的处理。在不同结构类型的建筑中，针对诸如：地面、屋面、外墙等部位可能存在的热桥都设计了专门的构造，以降低热桥的影响。特别是在进行既有建筑改造时，也充分考虑了热桥部位的影响，设计了科学、可行、有效地处理方法来保证在改造完成的建筑外围护结构中消除热桥的影响。6、提高建筑的气密性能基于被动式理念，建筑应该是一个尽量不受室外环境干扰的独立系统。因此，建筑围护结构应该具有可以隔绝室内外空气渗透的功能，这一点在冬季尤为重要，所以，被动式建筑与室外空气交换都是通过可以控制的机械系统来实现。建筑的气密性能对于被动式建筑非常重要，好的密闭性除了可以降低热量损失以外，还可以控制室内环境的湿度和保护建筑结构。同时为了有效地规避建筑气密性差的问题，他们在窗户与建筑间装置了封闭胶条，设计了构造节点，使房子的气密性非常好。在“被动房标准”中有一条不做严格要求但是推荐采用的指标，就是在建筑的气密性测试(Blower Door Test)中，要求在室内外50Pa压力差的情况下，每小时的空气渗透量不能超过建筑总容积的60%。7、高效热回收是进一步降低被动式建筑能耗的重要手段新建建筑的采暖能耗能够大幅降低的一条很重要的途径是采取了新风热回收技术。当建筑的气密性能大大提高以后，适宜的通风换气方式对于被动式建筑就尤为重要了。要保持室内空气的清洁与健康，必须要满足一定的新风量，在欧洲各国中，新风量的换气次数指标为0.4-0.9次/h，我国北京居住建筑节能设计标准中规定的冬季换气指标为0.5次/h，与欧洲各国的要求大致相同。在现有建筑中，开启窗户和门窗缝隙的渗透是实现建筑冬季换气的常用方式，但这样无疑会带来大量的热量损失，并且产生室内吹冷风的不舒适感。在被动式建筑中，这一换气指标则完全需要通过机械通风的方式来完成，在每套住宅中，室内污浊的空气从厨房和卫生间的排风口排入风管中，新鲜空气则从起居室和卧室的送风口中进入房间。瑞典新建的住宅中普遍设置了集中的新风装置，为了减少由于置换新风而带来的热损失，热回收技术被普遍应用，热回收率超过80%。很多项目在对新风加热的时候，采用了太阳能作为辅助热源，也进一步降低了对外界所提供能源的需求。同时，新风排风热交换器的体积很小，通常装在建筑吊顶或者阁楼内就可以。由于被动式建筑对采暖所需的热量需求已经很少，所以甚至可以通过新风系统来调节房间的温度，经过加热的新风送入房间就足够保持设计的室内气温，这样，建筑内就可以完全不用安装传统意义的采暖系统了。这样一来，由于提供新风而产生的热损失被大大降低，而这也是采暖能耗大幅降低的重要原因。当然，在设计者看来，机械新风的另一个好处是可以保证空气的质量。在新风的处理过程中，除了可以回收热量以外，还可以过滤室外空气的尘土，控制空气的湿度，使空气的质量可以比自然通风的空气质量大大提高。所以，即使是在非采暖季节，在不必考虑热量损失的情况下，有不少建筑师还是坚持在设计中采用机械新风系统。8、技术革新增强节能成效和系统性被动式节能建筑有两个重要技术部分：一是注重房屋的保温密闭性，二是利用可再生能源。被动式节能房的能量来源于可再生能源，主要是由屋顶上的太阳能装置来供电，只是在极少数的情况下需要额外的能量用于取暖，例如使用地源热泵技术。同时，为了尽量多地接收阳光，房子大多向南，窗户面积也尽量大，而三层隔离窗的设计，是为了使室内产生的热量不会向外流失。被动式节能住宅通过优化建筑设计、外保温系统和保温门窗、带有热回收的可控通风系统、建筑物的密封性、外遮阳系统及可再生能源的应用实现节能控制。被动式节能住宅是在低能耗建筑的基础上发展起来的，在室外温度为零下20的情况下，室内可以不必开空调或暖气就保持正常生活所需的温度，意味着房屋基本不需要主动供应能量，每年单位面积供热能耗仅为15度电，远远低于目前瑞典的标准75度电。而这种效果，只需通过材料、设计、施工等手段就可实现，它的采暖能耗每年不超过15kWh，即原油的消耗量不超过1.5升/平方米年。9、良好的建筑施工和高质量产品是建筑节能的保证从几个实际工程的现场看，建筑产品的质量以及良好的施工都给人留下了深刻的印象。建筑的施工以工厂预制、现场安装为主。建筑材料、半成品出厂的质量很好，而且整个运输、进场堆放以及施工都有很好的管理，产品的损耗很小。市场上所提供的产品质量也能够满足建筑的需求，例如：传热系数低于1W/m2K的外窗；岩棉外保温系统的成套产品等等，都是建设低能耗建筑所必须依赖的。另一方面，正确、到位的现场安装施工保证了好的产品、体系发挥其应有的作用。从交流中所接触到的技术内容和实际工程看，虽然瑞典新建的低能耗住宅建筑的能耗水平保持在较低水平，但所用的材料并没有超出我们目前所普遍使用的材料之外。例如：外墙、屋面的保温材料主要以岩棉为主，部分工程使用了EPS；地面的保温材料主要是EPS。外窗的传热系数虽然较低，但构成外窗的材料窗框、玻璃等都是常见材料，如断桥型材、塑料、中空玻璃等。其建筑建筑节能的保证主要靠高质量产品、合理的构造和良好的施工来实现，并没有追求高科技技术、材料和产品的堆砌。10、注重示范引导与推广应用用什么样的材料，采用什么样的设计结构，由谁来施工建设以达到最佳的建筑效果和建筑质量来满足业主的需要，这是建设单位和施工单位普遍关心的问题。在瑞典，采用样板房作示范这是解决问题的方法之一。据介绍，在瑞典承建体量大的工程，一般要建样板房，该样板房每个部位所使用的材料和内部结构与主体工程必须一致。各类节能型样板房的主要作用：一是供业主、施工人员和各国考察团和国内居民观摩，便于工程建设；二是可以作为主体工程竣工验收的标准，加强工程质量监督。据介绍，展示中几十幢单体式别墅建筑，均采用不同的设计结构、不同的建筑材料、不同施工单位、不同的节能技术，但都达到建筑节能的要求。并且在每幢建筑内都展示出所用墙体材料的实物、节能的效果、设计施工单位等，示范效果非常明显，大大促进了民用建筑的节能工作和符合建筑节能要求的墙体材料的发展。11、建筑节能全民动员参与瑞典政府组织各种节能的宣传活动，从幼儿园到大学，从居民社区到企业单位，覆盖面非常广泛，通过全方位不间断的宣传起到一种温和的类似警钟长鸣的效果。政府还开展各种节约能源的培训讲座，设立咨询机构、咨询电话，通过科普教育的方式，让民众知道节约能源的重要性，更知道如何去节能以及如何有效地使用节能设备设施。此外，对于节能项目，不光是作为研究机构进行研究，而且，还将成果性工程作为展示放到市政广场中心，许多具有示范意义的展示中心就是按参加被动式节能建筑设计获奖作品1:1比例建造的，每天有一定开放的时间，市民可以随时随地去了解经济实用的房屋节能措施，房屋内部有围绕建筑节能外墙保温系统、基础层保温、门窗系统、光伏技术运用和节能知识的介绍，包括这个楼采用了哪些厂家的哪些材料，而且还有详细的平剖面图、内部能源整个循环系统详细介绍。此外，瑞典政府非常鼓励老百姓对自己的房子进行改造，政府有一些优惠的措施和补助，房屋所有者还有权要求工程师提供专业的咨询服务，而大部分的咨询费也由瑞典政府承担。在学术讲述、交流过程中，深感瑞典作为一个在节能方面做的比较先进的国家，一直用做事实的过程中来带动全民绿色节能的意识。由此，充分感觉到瑞典政府为提高民众对绿色建筑、节能建筑的兴趣和他们的责任感所采取宣传实效。二、从中得出的启示通过考察和交流，感觉瑞典的许多节能做法都有值得借鉴之处。被动式建筑经过欧洲国家不断研究与实践，已经发展出比较成熟的设计、建造和评价体系。从大量建成项目的效果看，被动式建筑有很好的发展前景。我国对节能建筑历来非常重视，近年来也在研究和实践中取得了不少积极的成果，可以结合国情，吸取欧洲被动式建筑的经验。首先要考虑我国不同地区的气候特征。被动式建筑最初的设计原则和技术方法是以当地气候为依据。我国国土面积与欧洲近似，有7个不同的气候分区，各地区的气候特征以及对采暖和通风的要求也不同。在我国不同地区建造被动式建筑可以根据