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为啥中国不能简单套用德国节能建筑标准

来源:澎湃研究所   浏览次数:  时间:2015-12-17 01:14

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来看德国是怎么做被动式建筑新区的,以及中德之间的差异。有些事儿的确苛求不来,但我们也可以力争做得更好。

     “节能建筑”离市民生活并不远。但一些专业门槛或许让人们产生误判。
 
    来看德国是怎么做被动式建筑新区的,以及中德之间的差异。有些事儿的确苛求不来,但我们也可以力争做得更好。
 
    需要说明的是,诸如“平方”等一些符号,无法用角标显示——一方面用中文进行了解释,另一方面大家也可以意会下。
 
    能源问题是人类的终极命题之一。在德国,当前“能源转型”是重要的口号和诉求。
 
    2011年3月11日,日本因地震海啸引起福岛第一核电站核泄漏,远在万里之外的德国,政坛彼时也受影响:核危机事件爆发16天后,2011年3月27日,德国绿党和社会民主党在巴登-符腾堡州州议会选举中(分别获得24.2%和23.1%的选票)胜出,一举击碎了一贯传统保守的基督教民主联盟(获得39%的选票)长达近60年的执政堡垒。绿党领袖克雷奇曼出任州长,并成为德国历史上首名绿党籍州长。
 
    此后,德国计划加速核能退出能源生产版图,同时,“能源转型”也真正登上了德国的政治舞台,这个词毫无悬念成为环境生态领域2012年度的最佳深度流行语。
 
    那么,如何解读“能源转型”,又如何运用新型建筑节能技术促进能源转型和城市发展?近年来,位于德国巴登-符腾堡州北部的海德堡市建设了一个被动式建筑(Passivhaus)标准的新城区,向世人展示了一个令人信服的答案。
 
    环境气候保护
 
    海德堡是一座欧洲文化名城,位于德国西南部,距离著名金融中心法兰克福约90公里。海德堡的历史可追溯到罗马人和凯尔特人年代,其兴盛时期也曾是普法尔茨选帝候国领地的都城。于1386年建校的海德堡大学,是德国最古老的大学,迄今从中涌现了十余位诺贝尔奖获得者。在依山傍水的海德堡,这数百年间,更是云集了无数诗人、作家、画家和思想家,诗人歌德也“将心遗忘在了海德堡”,他们对海德堡的一见钟情,使这座城市成为浪漫主义的地标。这样一座充满文艺色彩的城市,如何与环境气候保护和能源科技创新发生联系?
 
    实际上,海德堡与环境气候保护的渊源由来已久。无论自1990年上任、2006年卸任的前任市长韦伯女士,还是自2006年起任市长的现任市长维尔茨纳博士,都是环境和气候保护的积极倡导者和实践者。早在1992年,海德堡就成为德国第一个通过并实施地方性气候保护计划方案的城市。通过多方合作及长年努力,最终还赢得德国“环境和可持续发展之都”的美誉。
 
    在德国经济能源部的大力支持下,由海德堡市环保局主导、于2009年破土动工兴建的新城区Bahnstadt,就是一个重要的城市发展地标。该城区遵循“核心社区、能源高效、自然绿色”的理念,拥有欧洲乃至世界目前规模最大的被动式建筑群,并配合需要,扩建改建供热、供水、输电和交通网络,真正成为优雅、舒适、健康的宜居新区。2014年,在国际“被动式建筑大奖赛”上,新城区Bahnstadt从来自20个国家的百余个项目的竞争之中脱颖而出,荣获“年度最佳被动式建筑区域”的称号。同年4月,德国被动式建筑研究所(Passivhaus-Institut)表彰了新城区Bahnstadt为欧盟“被动式建筑区域可再生能源利用(PassREg)”计划做出的杰出贡献。
 
    什么是“被动式建筑”
 
    对“被动式建筑”,各种版本的解释和示范项目层出不穷,令人眼花缭乱。实际上,古今中外,随时随地可以发现被动式建筑原理的基本应用:即利用墙体厚度,最大限度地维持室内热环境,如中国窑洞这种民居建筑形式。但在高速建设过程中,现代建筑却逐渐抛弃了这个传统,随着居民使用建筑面积和生活质量水平的大幅提升,室内供暖需求激增,建筑也成为与交通和工业并列的三大能耗领域。
 
    所谓给建筑“穿衣戴帽”,便是对建筑节能改造工程的形象比喻。以此,我们不难理解“被动式建筑”的核心定义:最大程度减少热损失,最终使室内无须设置独立的供热设备。若建筑最大热负荷小于10W/m2(采暖面积),将全部通过新风系统加热新鲜空气来满足热需求。若加热的新风是可满足建筑热要求的唯一热源,则称该建筑为被动式建筑。亦即,被动式建筑不再需要主动式供热系统(包括空调设备)。
 
    作为一种理念,被动式建筑的核心内容,是最大程度地减小热损失,同时要求充分利用当地太阳辐射入室(非主动式利用太阳能),以达到供暖需热量低于15kWh/m2a,即15千瓦时每年每平米(采暖面积,终端能源Endenergie)。此外,在德国气候条件下,被动式建筑还必须达到其它技术要求,几项常见技术参数指标,包括室内换气次数n50<0.6h-1,即在室内外压差为50帕斯卡时,室内空气换气率应低于每小时0.6次室内空气容量;还包括热水供应和用电所需的一次能源需求量,低于120kWh/m2a,即120千瓦时每年每平米(采暖面积,一次能源Primaerenergie)。在德国的气候环境条件下,基于这几项关键的具体技术参数,被动式建筑对建筑材料、结构和技术设备都提出了非常高的要求,主要包括:25至40厘米厚的高性能外保温材料(构成采暖系统边界的屋顶、外墙和地面);含三层玻璃和镀膜的高性能窗体;无热桥;建筑“外壳”高气密性能;带有高效热回收装置的可控新风系统;供水给水超低热损失和高效的家用电器等。
 
    不过,在此要特别注意的是:这几项技术参数指标,应用前提是德国的情境。换句话说,在中国实现被动式建筑,不但要考虑地区性气候环境差异,还需根据现状,有针对性地调整技术手段和措施。
 
    在德国,被动式建筑的概念已有20余年历史。世界第一幢被动式标准的建筑,是由被动式建筑研究所设计改造的一幢普通三层居住建筑,它位于德国南部达姆施塔特市(Damrstadt)的城区Kranichstein。该建筑1991年经过节能改造以后投入使用,年终端耗能(Endenergie)降低了约78%,从年能耗略约160kWh/m2a(当时按德国热保护条例95标准建造)降到1992年后的年均约35kWh/m2a。实测结果是,除1992年因墙体升温等原因略高外,其余各年均达到被动式建筑设计标准参数指标,特别是采暖技术指标均低于15kWh/m2a。
 
    海德堡的被动式建筑新区
 
    笔者认为,我们不必过于纠结“被动式”一词,应把注意力集中于被动式建筑的核心理念,即最大程度减小热损失。无论“零能耗房”还是“正能源房”,无论是德国复兴银行低能耗房(KfW40/55/70房)还是“三升房”,其原理近似。笔者在新疆天山曾拍摄到这样一个景象:在一片几乎光秃秃的湿地上,有一块冰却未融化,因为它顶着的一坨动物粪便结结实实遮挡住了阳光的照射。这就是建筑节能的核心内容了。
 
    我们来看看,海德堡为营造一个被动式建筑的新城区,具体都做了些什么。以“科学创造城市”为口号,海德堡确立了建筑节能与气候保护的紧密关系,以及建筑节能在能源与城市发展战略中的重要地位。新城区Bahnstadt的所有建筑,全部采用被动式建筑标准建设。该城区位于已废弃的货运火车站和部分美军军营所在地,规划共占地116公顷,总人口容量为12000人,建设期为2008-2022年,总投资额预计达20亿欧元。这里未来将形成高质量的多功能生活科技区,包括居住、科研、商业及休闲等空间。区内将创造7000个工作岗位,计划建设2500个居住单元。截至2014年5月,已迁入居民1500人。整个城区将由海德堡市政公司供热供电,其热电厂以木材等可再生能源为原料,配合地热和生物质能(仅供热一项便可减排二氧化碳56%)。为支持智能电网,城区还全面安装使用智能电表。2014年10月下旬,第83届德国环境部长会议在海德堡召开,现任环境部长亨德里克斯女士参观访问了Bahnstadt被动式建筑城区项目。同期并行举办的能效大会,将建筑节能推向了一个新高潮,更出现了“供热转型”和“建筑转型”两个新概念。
 
    相应地,也有针对资金压力的措施。因新城区建设需要高额投入,这些项目的市场接受度难免受到影响,为此,德国复兴银行、巴符州国家银行及环境银行,分别针对不同对象,提供不同形式的低息贷款。在海德堡市政府的主导下,海德堡市发展公司将落实总额为600万欧元的资助计划,共涉及区内住宅20%的总面积(300个居住单元,30万平方米),使中等收入的市民也有机会购买或租用。此外,海德堡市开发并实施“合理能源消费”激励方案,以高于联邦和巴符州政府的资助标准,大力鼓励市民投入高节能标准的改造和新建建筑。德国建筑节能升级造成的成本增量一般约为5%~10%,而能源价格相对较高,再配合银行低息贷款和政府激励措施,可在10年左右收回投资成本,并带来经济利益。当然,这里的经济性,也是基于德国的国情而言。
 
    国情差异与借鉴方式
 
    中德国情不同,在对建筑节能的认知上,两国存在很多差异,这使得中德两国在科研和实践领域,在交流和借鉴经验时,效果往往大打折扣。
 
    其一,系统界定。当我们看到技术参数指标时,应深究其包含的具体内容,即系统边界的设定。笔者认为建筑节能的关键是提高建筑“外壳”(建筑能源需求示意图中黑色虚线部分)的热工性能,即采暖空间。
 
    其二,参数定义。15kWh/m2a是被动式建筑的核心参数,常用于中德建筑质量的比较。但因中德情况存在差异,直接比较往往不能令人信服(详见表格)。
 
    其三,气候条件。中国地域广阔,气候条件多样。技术参数度日数(degree-days,日平均温度低于或高于某临界温度时的累积度数)的计算结果,展示了中德城市间巨大的气候差异,并再次证明了中德建筑技术参数未经气候参数修正而直接比较的不严谨性。
 
    “能源转型”与“供热转型”,既是生态与气候保护的必然,又是人类对自然的回应。因历史遗留原因,中国北方供暖是社会福利,而南方即使冬季寒冷也没有集中供热。在不同的政策环境、经济机制、管理水平、监管质量等因素的影响下,中国建筑节能行业正面临严峻的产业化问题。
 
    中国借鉴被动式建筑的意义何在?就此,笔者提出下列四点建议,仅供参考,欢迎各界人士批评指正:
 
    一、利用私人与工商业热价和电价差异,实现跨行业补贴,从而建立北方建筑节能市场化机制;
 
    二、配合建筑节能改造,在南方逐步实现小型热电联产和集中供热供冷,在提高生活质量的同时,改善供能以电力为主的能源结构,并降低一次能源消耗量;
 
    三、严格执行建筑节能“三部曲”并强调其应用顺序的必要性。即,在现有技术条件下,首先应用外保温围护结构最大限度降低建筑能耗,然后最大限度提高技术设备、能源转换和使用效率(主要针对供热设备设施),最后应用可再生能源逐步覆盖或完全替代剩余的建筑能源需求量。要达到建筑节能整体系统效率,这个三部曲的顺序不能任意颠倒。
 
    四、结合居民的工作生活,大力宣传建筑节能与个人的经济性和社会性的关系,更有效地促进实现行为节能。(作者系德国海德堡大学博士)
    
    参考文献:
 
    http://www.heidelberg.de
    http://heidelberg-bahnstadt.de
    http://www.umweltministerkonferenz.de 
    http://heidelberg-bahnstadt.de/wissen-schafft-stadt
 

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