2015被動(dòng)式房屋技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢

1　被動(dòng)式房屋技術(shù)概述

1.1被動(dòng)式房屋技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

被動(dòng)式房屋的概念最早由德國達(dá)姆施塔特被動(dòng)房研究所（Passive House Institute，PHI）提出。

1991年，世界上第一座被動(dòng)式房屋在德國達(dá)姆施塔特市（Darmstadt）建成。在當(dāng)時(shí)，幾乎沒有人相信，在中歐的冬季氣候條件下，有一種建筑能夠不依賴主動(dòng)供暖而保持室內(nèi)舒適的溫度和濕度。時(shí)至今日，被動(dòng)式房屋標(biāo)準(zhǔn)早已被公認(rèn)為是世界上最高等級的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。在應(yīng)用范圍上，即使在某些冬冷夏熱的氣候帶，被動(dòng)式房屋除了滿足冬季供暖，還極大地改善了夏季因空調(diào)制冷而耗費(fèi)高額電能的局面。

隨著這項(xiàng)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的工程技術(shù)在國際間的應(yīng)用傳播，被動(dòng)式房屋技術(shù)在未來即將進(jìn)入到另一個(gè)技術(shù)升級階段，即Plusenergiehaus（非直譯：能源補(bǔ)充型房屋）。相應(yīng)的，2015年德國被動(dòng)式研究中心對被動(dòng)式房屋認(rèn)證等級進(jìn)一步細(xì)分為“經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)（Classic）”、“升級標(biāo)準(zhǔn)（Plus）”和“高級標(biāo)準(zhǔn)（Premium）”，認(rèn)證等級旨在評估達(dá)到被動(dòng)式節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)（15kWh/m2）的同時(shí)，提高可再生能源在房屋總能耗中的比例。

“開源節(jié)流”一詞非常貼切地概括了被動(dòng)式房屋的節(jié)能技術(shù)原理，以及未來的發(fā)展理念。被動(dòng)式房屋技術(shù)，是以最大程度降低建筑自身能耗需求為基礎(chǔ)原理，從而成為實(shí)現(xiàn)“近零能耗建筑”的基礎(chǔ)技術(shù)框架。根據(jù)《2010歐盟建筑法規(guī)》規(guī)定：自2019年，歐盟范圍對所有公共類新建建筑；自2021年，歐盟范圍對所有新建建筑將強(qiáng)制執(zhí)行“近零能耗建筑”節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，通過結(jié)合利用可再生能源和能源存儲(chǔ)技術(shù)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)能源補(bǔ)充型房屋（非直譯Plusenergiehaus）。在這項(xiàng)技術(shù)演進(jìn)過程中，原有的被動(dòng)式房屋標(biāo)準(zhǔn)始終作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，達(dá)到“能源需求的最低化”，即能耗“節(jié)流”；與此同時(shí)房屋自身能夠生產(chǎn)能源，形成一套自給自足的能源循環(huán)系統(tǒng)，即產(chǎn)能“開源”。這兩種技術(shù)理念最終目的是：“最大限度地提高能源獲取量的同時(shí)，最大限度地降低能源消耗量”。

被動(dòng)式房屋技術(shù)以最大程度降低建筑自身能耗需求為基礎(chǔ)原理，從而成為實(shí)現(xiàn)“近零能耗建筑”的基礎(chǔ)技術(shù)框架，通過結(jié)合利用可再生能源和能源存儲(chǔ)技術(shù)，可以推動(dòng)能源補(bǔ)充型房屋的實(shí)現(xiàn)。

可以預(yù)見，歐洲未來的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，將以被動(dòng)式房屋標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，通過制定相應(yīng)的建筑節(jié)能法規(guī)，形成一套在技術(shù)上行之有效，同時(shí)兼具經(jīng)濟(jì)性的新型建筑能源利用模式，逐漸轉(zhuǎn)換為“近零能耗建筑”節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

被動(dòng)式房屋不僅非常節(jié)能，而且可提供非常高的居住舒適度，逐漸受到越來越多的房地產(chǎn)企業(yè)和建筑開發(fā)商的關(guān)注，同樣也吸引了來自政府的目光。此外，它為一個(gè)亟待解決的現(xiàn)實(shí)難題帶來實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)：有效減少對地球大氣層的CO2排放量，從而在改善城市氣候、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域起到了積極的作用，這恰恰是目前中國城鎮(zhèn)化發(fā)展中面臨的一個(gè)熟悉而又嚴(yán)峻的課題。

1.2新能源背景下的應(yīng)用前景

在未來，新的建筑能源利用模式將改變傳統(tǒng)的能源生產(chǎn)和供給方式，以電能為主的能源將通過社區(qū)智能配電網(wǎng)絡(luò)，以分散式供電站的形式覆蓋城市用電網(wǎng)絡(luò)，單棟建筑產(chǎn)生的盈余能源可通過以社區(qū)為單位的供能網(wǎng)絡(luò)就近傳輸給其他有能源需求的建筑。另外，還能為新能源交通工具（例如電能汽車）移動(dòng)式充電站的全面覆蓋提供廣泛的技術(shù)支持。

圖1　新型可再生能源（來源：https://pixabay.com）

正如僅僅考慮節(jié)約資源和能源并非未來的最佳解決方案一樣，單一尋找替代性能源，甚至進(jìn)一步擴(kuò)大煤炭開采或者發(fā)展核能發(fā)電技術(shù)，并不能真正解決全球能源危機(jī)和氣候惡化（圖1）。世界上有許多國家和地區(qū)，雖然仍處在工業(yè)發(fā)展初期，但當(dāng)?shù)鼐用裼袡?quán)利進(jìn)一步發(fā)展經(jīng)濟(jì)和改善生活條件。

氣候和環(huán)境保護(hù)是長久以來備受關(guān)注的全球性課題，是各個(gè)國家無法逃避和忽視的責(zé)任。目前全球大部分的溫室氣體排放來自工業(yè)國家，工業(yè)國家應(yīng)為此負(fù)主要責(zé)任，并應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)的限制和“減排”義務(wù)。因而，部分工業(yè)國家簽署了一系列具有廣泛共識的國際性協(xié)議，以制約其不斷攀升的能耗需求：《京都議定書》使溫室氣體減排成為工業(yè)國家的法律義務(wù)；《蒙特利爾協(xié)定書》旨在采取控制消耗臭氧層物質(zhì)全球排放總量的預(yù)防措施，以保護(hù)臭氧層不被破壞。

在德國，建齡在1982年之前的房屋數(shù)量占目前總建筑存量的85%，這類建筑的建筑能耗占德國總能源消耗的92%左右，因此，在歐洲，舊建筑改造擁有非常巨大的潛在市場。考慮到建筑業(yè)對環(huán)境產(chǎn)生的巨大影響，歐盟各成員國對建筑能效準(zhǔn)則做出決議：將提高建筑物20%的能源使用效率；減少20%的溫室氣體排放；可再生能源的使用量平均提高20%；由建筑活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放量，承諾至2050年減少約90%（相對于1990年）。為促使各協(xié)約國在氣候保護(hù)和能源節(jié)約領(lǐng)域的共識得到真正落實(shí)，歐盟各成員國制定了“建筑能效指令”（Energy Performance of Building Directive，EPBD），規(guī)定在設(shè)定節(jié)能要求時(shí)，對不同建筑類型進(jìn)行區(qū)分，尤其是新建建筑，并提出對綜合能效評估的國際計(jì)算準(zhǔn)則。作為最低能效標(biāo)準(zhǔn)，該準(zhǔn)則依照被動(dòng)式房屋標(biāo)準(zhǔn)對建筑物制定執(zhí)行規(guī)范，包括外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能、帶有熱回收功能的通風(fēng)系統(tǒng)和獨(dú)立采暖設(shè)施。依照建筑法規(guī)，一幢建筑要達(dá)到低能耗標(biāo)準(zhǔn)，首先體現(xiàn)在總能耗率，要實(shí)現(xiàn)“低能耗建筑”或者“零能耗建筑”，則意味著極低或者幾乎等于零的能耗需求。

一種來自經(jīng)濟(jì)分析學(xué)界的思考方法不容忽視：C2G原則與C2C原則。所謂C2G原則（Cradle to Grave）——“從搖籃到墳?zāi)埂?，是指產(chǎn)品在生產(chǎn)階段就必須考慮到完整的物質(zhì)循環(huán)周期。大部分產(chǎn)品在使用周期結(jié)束后，因無法分解為生物養(yǎng)分，最后需要通過掩埋或是焚化的方式處理，其燃燒產(chǎn)生的廢氣與廢棄物成為污染源。與之相反的則是C2C原則（Cradle to Cradle）——“從搖籃到搖籃”（圖2），由化學(xué)家邁克爾 · 布朗嘉特和建筑師威廉 · 麥克唐納提出，是指產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就必須考慮到使用結(jié)局，如何將廢棄的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為下一個(gè)工業(yè)循環(huán)的開始。相較于C2G原則的單線物質(zhì)循環(huán)和熱能利用，C2C原則更關(guān)注材料的回收利用，目標(biāo)是將工業(yè)產(chǎn)品的廢棄物再次轉(zhuǎn)換為生物養(yǎng)分。

完成有機(jī)材料生命循環(huán)的前提條件是：可再生能源利用、污水資源管理、企業(yè)戰(zhàn)略中的社會(huì)責(zé)任。在德國，新建建筑物需遵守《可再生能源熱能法規(guī)》（Erneuerbare-Energien-W?rmegesetz，EEW?rmeG）的規(guī)定：建筑物供暖和制冷供能中，需至少15%來自太陽能，至少30%來自生物質(zhì)供能，液態(tài)或固態(tài)生物質(zhì)能的占用量提升至50%，例如地?zé)崮?。因此，氣候、環(huán)境保護(hù)理念的真正實(shí)現(xiàn)，需要一系列法律、法規(guī)的制定、實(shí)施與修訂作為保障。

圖2　C2C“從搖籃到搖籃”原則（來源：wikipedia.de）

圖3　空氣舒適度衡量

不容置疑的是，以目前的消耗增量，世界范圍內(nèi)的化石類能源將無法再長期滿足供應(yīng)。所謂“新興經(jīng)濟(jì)體”，例如金磚五國，是目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為迅速的主要工業(yè)國家和經(jīng)濟(jì)體，而不幸的是他們同時(shí)也是能源消耗量最大的國家。更為緊迫的問題在于，在這些國家巨大的建筑能耗中，相當(dāng)一部分產(chǎn)生于過短建筑壽命帶來的重復(fù)建設(shè)，以及建筑原材料在重復(fù)建造過程中的運(yùn)輸能耗。例如，在中國這樣的新興市場國家，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展帶來巨量的能源需求，同時(shí)也將帶動(dòng)能源價(jià)格繼續(xù)大幅上漲。因而，從能源經(jīng)濟(jì)角度來講，被動(dòng)式房屋這一趨勢性建筑類型將帶來更多優(yōu)勢。

1.3被動(dòng)式房屋的核心技術(shù)指標(biāo)

被動(dòng)式房屋極大降低了由于熱能傳輸以及無組織通風(fēng)造成的熱能損失。在冬季，“被動(dòng)式”的能量回收主要用于滿足供暖需求，也就是獲得了“被動(dòng)式的能源”，包括：利用建筑構(gòu)件傳至室內(nèi)的太陽輻射能；利用辦公設(shè)備、照明設(shè)備或其他家電設(shè)備運(yùn)作產(chǎn)生的熱能；利用建筑物中人體體溫的熱能。

基于中歐地區(qū)的氣候條件，被動(dòng)式房屋的核心技術(shù)指標(biāo)包括：

（1）被動(dòng)房的年采暖需求≤15kWh/（m2·a），或采暖負(fù)荷≤10W/m2；制冷需求≤15kWh/（m2·a），主要針對學(xué)校等教育建筑；總一次能源需求≤120kWh/（m2·a），包括所有耗能設(shè)備：供暖、制冷、飲用水供給、通風(fēng)、輔助用電、照明以及其他相關(guān)配套電子設(shè)備（辦公類設(shè)備、電梯等）。

（2）建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用低U值，對熱能進(jìn)行低損耗傳輸：建筑外層構(gòu)件（底層樓板、外墻、屋頂）U值≤0.15W/（m2·K）；透光建筑構(gòu)件（外窗）U值≤0.85W/（m2·K）；無熱橋施工，熱橋界定值UWB≤0.01W/（m2·K）。

（3）被動(dòng)房可通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)極低的通風(fēng)熱損耗：提高建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的高密封性能，氣密性要求為n50≤0.6/h；新風(fēng)設(shè)備熱回收率≥75%；通風(fēng)設(shè)備耗電量≤0.45kWh/m3。

對自然能源（例如太陽能）的優(yōu)化利用是最為古老而原始的建筑設(shè)計(jì)原則，針對不同地區(qū)的太陽高度角和地理環(huán)境合理安排朝向和布局，正如“靠近陽光”以利于取暖，“遠(yuǎn)離陽光”以利于遮蔭。一座合格的被動(dòng)式房屋并非追求達(dá)到“高科技建筑”，相反是“低科技建筑”。常規(guī)建筑標(biāo)準(zhǔn)評判設(shè)計(jì)的優(yōu)劣往往過于看重設(shè)備投入，與之相反，被動(dòng)式房屋的優(yōu)勢在于更低的設(shè)備附加支出。在設(shè)計(jì)和建造過程中，越是始終保持謹(jǐn)慎和簡潔的態(tài)度，最終建筑實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量也就越高。

歐洲長期的被動(dòng)房實(shí)踐證明：在施工過程中，與常規(guī)建筑相比，被動(dòng)式建筑發(fā)生的施工事故和工程質(zhì)量問題更少，基本不需要通過重新翻修來彌補(bǔ)初期建造時(shí)遺留的隱患。這也是越來越多的中國委托方和客戶對被動(dòng)式建筑感興趣的原因。

2　被動(dòng)式房屋的優(yōu)點(diǎn)

2.1提供舒適的空氣

室外空氣經(jīng)過花粉、粉塵過濾設(shè)備后進(jìn)入熱交換器完成空氣預(yù)熱，之后持續(xù)輸入室內(nèi)，持續(xù)換風(fēng)使得室內(nèi)CO2濃度非常低（圖3）。

通過控制通風(fēng)系統(tǒng)，以及保溫材料的作用，室內(nèi)空氣溫差可實(shí)現(xiàn)恒定或均勻地減小，并且根據(jù)設(shè)定調(diào)節(jié)換風(fēng)濕度，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)常年保持舒適的溫度與濕度。過去由室內(nèi)采暖（制冷）設(shè)備造成的局部較大溫差，借助“熱空氣上升，冷空氣下沉”原理實(shí)現(xiàn)溫控的模式將成為歷史。

2.2節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本

被動(dòng)式房屋的能耗成本、維護(hù)和運(yùn)營成本都極低。另外，造價(jià)成本比普通建筑稍微高一點(diǎn)（至少在德國如此），而這部分投資差額很快就可以在節(jié)省的能耗開支中收回。

2.3發(fā)展?jié)摿薮?/p>

如前文所述，被動(dòng)式房屋仍然有繼續(xù)發(fā)展的潛力，未來將轉(zhuǎn)變?yōu)椤癙lusenergiehaus”（能源補(bǔ)充型房屋）。通過進(jìn)一步升級使用可再生能源，并結(jié)合存儲(chǔ)技術(shù)來創(chuàng)建一個(gè)高度自給自足和可持續(xù)的系統(tǒng)，從而最大程度地生產(chǎn)能源來抵消自身的能源消耗。

被動(dòng)式建筑技術(shù)已經(jīng)累積超過20年的住宅類建筑項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，在各類學(xué)校、幼兒園、行政中心、體育場館、游泳池、博物館等非住宅建筑方面也擁有大量工程實(shí)踐。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)“低能耗建筑”或“近零能耗建筑”的項(xiàng)目案例也非常多。我們相信，通過歐盟制定的建筑法令，若干年之后，歐盟范圍內(nèi)將完全按照這樣的建筑規(guī)范水平來執(zhí)行建筑的節(jié)能控制。

2.4技術(shù)與設(shè)計(jì)互補(bǔ)

不可否認(rèn)，在過去，一些建筑設(shè)計(jì)師只是將被動(dòng)式房屋作為一個(gè)技術(shù)來源，這導(dǎo)致了建筑文化的流失，因?yàn)樗麄冎粚Ｗ⒂谠O(shè)計(jì)的技術(shù)可實(shí)施性，而不考慮如何保留原有的建筑文化。而一些擁護(hù)者又對被動(dòng)式技術(shù)進(jìn)行了善意而偏激的解讀：“正是因?yàn)楸粍?dòng)式建筑堅(jiān)持了高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，所以提高了造價(jià)”。這樣的觀點(diǎn)反而加深了潛在的誤解：執(zhí)行高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)原則反而成為一幢建筑喪失原有建筑文化的元兇。

其實(shí)被動(dòng)式技術(shù)和設(shè)計(jì)兩者之間并不矛盾，尋找造價(jià)成本與設(shè)計(jì)語言的平衡是建筑行業(yè)的本質(zhì)任務(wù)，無數(shù)的工程案例證明，造價(jià)經(jīng)濟(jì)、滿足節(jié)能要求且達(dá)到優(yōu)質(zhì)審美品質(zhì)的解決方案是存在的。

對技術(shù)元素的組合、應(yīng)用無疑是極具創(chuàng)造性的工作，盡管增加保溫材料會(huì)增加墻體厚度，但并不影響設(shè)計(jì)出良好的建筑結(jié)構(gòu)和造型；其他被動(dòng)式房屋構(gòu)件同樣如此，包括太陽能集電器、電路模塊及各類通風(fēng)設(shè)備等。這些是進(jìn)入工業(yè)時(shí)代以來，身為建筑師必須應(yīng)對的技術(shù)信息和智力挑戰(zhàn)。在追求技術(shù)的同時(shí)，絕不能以犧牲設(shè)計(jì)為代價(jià)，對這兩者的掌控也是對所謂“成功建筑師”的衡量標(biāo)尺。

3　被動(dòng)式房屋的設(shè)計(jì)原則、能耗評估和前期數(shù)據(jù)采集

被動(dòng)式建筑的高投資成本與能耗設(shè)計(jì)原則有關(guān)，對于造價(jià)的控制，很大程度上取決于被動(dòng)式建筑師介入設(shè)計(jì)過程的時(shí)間點(diǎn)。在中國經(jīng)常會(huì)遇到這樣的情況：甲方希望建筑師對一個(gè)已完成的施工圖方案進(jìn)行被動(dòng)式修改，以期使原有的建筑方案達(dá)到被動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，很大一部分支出耗費(fèi)于對原有方案中“錯(cuò)誤”的修正，甚至需要推翻原有設(shè)計(jì)。因此，業(yè)主應(yīng)在項(xiàng)目委托之初就做出是否采用被動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)的決定。被動(dòng)式建筑師只有在早期介入方案初始設(shè)計(jì)，才能避免一些不必要的成本投入。

建筑師在進(jìn)行建筑能耗計(jì)算之前，首先要收集、測量項(xiàng)目所在地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)；其次，建筑所處環(huán)境的差異化需要建筑師盡早構(gòu)思解決方案，例如何種可再生能源在當(dāng)?shù)氐目蓪?shí)施性，采用分散供暖還是集中供暖；第三，在前期需確定建筑物的功能分區(qū)以及每一分區(qū)內(nèi)的實(shí)際使用人數(shù)，用以計(jì)算實(shí)際所需能耗與當(dāng)?shù)貧庀髼l件的平衡點(diǎn)，如冬季最佳供暖需求或夏季實(shí)際制冷需求，例如在實(shí)際供暖量的測算方面，運(yùn)動(dòng)場館類的建筑與幼兒園或老年護(hù)理院類的建筑就有很大差異，而辦公類建筑的大量室內(nèi)照明與設(shè)備運(yùn)作已產(chǎn)生大量熱能。

考慮到建筑整體的能耗平衡，采光照明能耗不容忽視。特別是針對電能的消耗，問題的關(guān)鍵在于對“照明”還是“采光”的取舍。雖然LED技術(shù)是一種非常優(yōu)良的照明技術(shù)，帶有電子鎮(zhèn)流器的熒光燈管比傳統(tǒng)的照明方式能節(jié)省更多的電能，但是自然采光仍是最節(jié)能的采光方式。最為理想的利用建筑門窗采光的模式是玻璃配比同時(shí)具備高g值（透光率）和低Ug值（玻璃保溫系數(shù)），這種情況可達(dá)到最佳的能量平衡。

在人流密集和人群聚集區(qū)域，自然采光始終優(yōu)先于人工照明；而在低人流密集度區(qū)域，較為合理的方式是采用感應(yīng)光源和延時(shí)照明技術(shù)，因?yàn)楦鶕?jù)計(jì)算，在這樣的區(qū)域采用自然采光并不是最經(jīng)濟(jì)的方法。

不同情況下，透過窗戶獲取的熱量多少及時(shí)間點(diǎn)不盡相同，因而采光上出現(xiàn)的“過量”問題同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)在熱量需求上。解決方式很簡單，可以選擇合適的玻璃類型，或者安裝可自由調(diào)節(jié)或智能控制的遮陽裝置，通過這些主動(dòng)的物理手段就完全能夠以非常經(jīng)濟(jì)的方法實(shí)現(xiàn)建筑制冷。

4　諾伊韋克-明愛之家（Caritas-Haus Neuwerk）

4.1歐洲首座被動(dòng)式老年護(hù)理中心

自2003年7月27日以來，德國諾伊韋克明愛之家建成并投入使用已超過12年。這是歐洲第一座以被動(dòng)式節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)建造的老年護(hù)理中心（圖4）。

受業(yè)主門興格拉德巴赫市明愛醫(yī)療協(xié)會(huì)的委托，我們需幫助業(yè)主尋覓一塊新的建設(shè)用地。最終確定的選址位于門興格拉德巴赫市德諾伊韋克區(qū)：新明愛之家臨近當(dāng)?shù)亟烫?、社區(qū)教會(huì)圖書館和修道院，建筑幾乎隱匿在古樹參天的公園環(huán)境內(nèi)（圖5）。

建筑外立面的材質(zhì)，采用紅色飾面磚、防腐木條、彩色窗框，搭配遮陽構(gòu)件，以期達(dá)到較為素凈的整體風(fēng)格（圖6～8）。

我們希望這個(gè)項(xiàng)目成為具有前瞻性的一個(gè)“家”，而非人們傳統(tǒng)認(rèn)為的“養(yǎng)老院”。相較于傳統(tǒng)的老年護(hù)理中心，業(yè)主對該項(xiàng)目的品質(zhì)和定位有更明確的期待。在這種情況下，建筑設(shè)計(jì)與業(yè)主需求的結(jié)合更多是一種護(hù)理概念的創(chuàng)新嘗試，而不是關(guān)注于某項(xiàng)特別的工程技術(shù)或建筑理念。新護(hù)理中心要根據(jù)居住者的病情選擇合適的住房區(qū)域，尤其是“老年失智癥”患者（例如阿爾茲海默癥），需要在居住群的區(qū)分上投入更多的關(guān)注。同時(shí)新護(hù)理中心應(yīng)該為住戶提供一個(gè)“新家”的概念，而這一概念的實(shí)現(xiàn)，需要滿足一些關(guān)鍵詞，如溫暖、安全、自尊、自主、自由、親近、家庭氛圍等。為此我們在設(shè)計(jì)初期就對各地的老年護(hù)理中心、康復(fù)中心做了大量的參觀和實(shí)地調(diào)研，除了收集所有積極正面的經(jīng)驗(yàn)外，更為重要的是向一切現(xiàn)存的“錯(cuò)誤”學(xué)習(xí)。

圖4　區(qū)域總平面（來源：RoA GmbH）

新護(hù)理中心采用現(xiàn)代化理念的居住群設(shè)計(jì)方案，同時(shí)融合先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)。新護(hù)理中心由8組居住群組成，每組10個(gè)床位，總計(jì)80個(gè)床位。每個(gè)居住組中的10名住戶組成相對穩(wěn)定的社交群體，在這樣一個(gè)接近于傳統(tǒng)家庭人數(shù)的居住環(huán)境中生活（圖9）。根據(jù)不同群組的活動(dòng)積極性、醫(yī)療護(hù)理習(xí)慣來制定每個(gè)居住組的日常起居計(jì)劃。

每2～3個(gè)居住群體共用一個(gè)護(hù)理區(qū)域，例如醫(yī)療室、康復(fù)室、護(hù)理浴室等護(hù)理配套設(shè)施。由于需要達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)生條件，因而在每個(gè)套間中需單獨(dú)配備老年潔具系統(tǒng)，如帶扶手的浴缸、帶助力器的坐便器。值得一提的是，隨著老年醫(yī)學(xué)和精神類學(xué)科的發(fā)展，老年衛(wèi)生護(hù)理設(shè)施的改進(jìn)將為提高人類生活質(zhì)量帶來不可估量的貢獻(xiàn)。

圖5　諾伊韋克明愛之家的入口門廳（來源：RoA GmbH）

護(hù)理中心一層規(guī)劃有辦公管理區(qū)域、禱告室、沉思室，為住戶提供集體禱告和互相交流的空間；老年娛樂室設(shè)置在入口附近，禱告室、沉思室安排在建筑過道附近（圖10、11）。

圖6　建筑立面材質(zhì)（來源：RoA GmbH）

圖7　材質(zhì)對比

圖8　餐廳室外遮陽構(gòu)件

單元住房的設(shè)計(jì)方面，每兩個(gè)單人間可整合為一個(gè)較大的雙人間，以滿足老年夫婦的使用，當(dāng)然，雙人間在某些情況下可以還原為兩個(gè)獨(dú)立的單人間（圖12）。一旦夫妻當(dāng)中一方逝世，伴侶可以保留一半居住空間，而不必搬離原先熟悉的居住房間，調(diào)換到另一個(gè)陌生的居住群。

4.2高品質(zhì)的居住質(zhì)量

房屋的運(yùn)營成本是業(yè)主非常在意的，雖然被動(dòng)式房屋產(chǎn)生的暖氣費(fèi)用極低，但是單憑這一點(diǎn)并不足以成為他們選擇被動(dòng)式房屋標(biāo)準(zhǔn)的最終理由。

圖9　10名住戶組成的居住組平面（來源：RoA GmbH）

圖10　護(hù)理中心一層平面（來源：RoA GmbH）

與其說是業(yè)主從節(jié)能角度做出的選擇，不如說他們是因?yàn)檫x擇高品質(zhì)的居住質(zhì)量而做出的最終決定。老年人使用的居住空間有其特殊需求，一方面老年人由于健康原因無法過多自由地在戶外停留；另一方面，老年人從心理上更渴望參與外界互動(dòng)。觀察發(fā)現(xiàn)，老年人總是更愿意長時(shí)間在窗戶附近停留并向外眺望，在這一方面，被動(dòng)式房屋就贏得了巨大優(yōu)勢：窗戶附近不會(huì)再有礙事的暖氣片和來自暖氣熱流的“炙烤感”；持續(xù)的新鮮空氣循環(huán)、極低的CO2濃度對于老年人健康的益處更是毋庸置疑的。另外，一個(gè)長久以來在醫(yī)療、養(yǎng)老類建筑中普遍存在的，至今仍然困擾著人們的一個(gè)問題——尿騷味，在被動(dòng)式房屋中徹底得到解決。

圖11　一層門廳

4.3建筑使用經(jīng)驗(yàn)

4.3.1開窗通風(fēng)——理論與實(shí)際

新老年護(hù)理中心投入使用的第一周，雖然護(hù)理人員不斷地提醒住戶“被動(dòng)式房屋能夠不間斷地循環(huán)新鮮空氣，因此不需要開啟窗戶，頻繁的開窗只會(huì)增加暖氣不必要的浪費(fèi)”，但絕大多數(shù)住戶仍然會(huì)在房間內(nèi)打開窗戶通風(fēng)。人們在走廊中交談時(shí)，也習(xí)慣性地打開附近的窗戶。

3個(gè)月后，這樣的現(xiàn)象逐漸減少，新的住戶們已逐漸適應(yīng)了新環(huán)境，同時(shí)也學(xué)會(huì)操作新風(fēng)設(shè)備。住戶很快就能在各自的房間內(nèi)按照個(gè)人舒適度調(diào)節(jié)通風(fēng)。只有一個(gè)區(qū)域除外，即“老年失智癥”患者的居住區(qū)，住戶往往忘記使用通風(fēng)設(shè)備而經(jīng)常打開窗戶。

最終，新建筑的能耗標(biāo)識達(dá)到“極低建筑能耗”，也就是達(dá)到了設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算系數(shù)為5.1kWh/（m2·a）的供暖需求。后期采集的房屋能耗的跟蹤數(shù)據(jù)顯示，實(shí)際供暖周期中能耗僅超出預(yù)期值的15.2%，而這部分熱損耗值，與特定居住組頻繁開窗現(xiàn)象所造成的熱能損失值吻合。在能耗設(shè)計(jì)模型中對建筑能耗折算預(yù)估為0.51L燃油，而實(shí)際測量為0.59L燃油損耗。

4.3.2住戶體驗(yàn)和個(gè)人感受

每當(dāng)建筑進(jìn)入“供暖周期”（按通風(fēng)設(shè)備設(shè)置為“冬季運(yùn)行模式”為準(zhǔn)），住戶經(jīng)常會(huì)抱怨空氣過于干燥，這是使用暖氣設(shè)備的房屋普遍存在的問題。因?yàn)闊o論是在個(gè)人居住空間還是公共區(qū)域，室內(nèi)幾乎沒有放置任何植物。在我們的建議下，運(yùn)營商及時(shí)彌補(bǔ)了這個(gè)疏忽，并且適當(dāng)?shù)亟档土耸覂?nèi)送風(fēng)、回風(fēng)量。這一措施起到立竿見影的效果，冬季空氣干燥的問題得到了解決。

4.3.3備受好評的空氣質(zhì)量

建筑物室內(nèi)空氣質(zhì)量受到住戶和護(hù)理人員的一致好評。從居住者的直觀感受發(fā)現(xiàn)：日常起居中，從炊事準(zhǔn)備，到食物烹調(diào)，直至用餐結(jié)束，廚房烹飪和食物氣味消散的速度讓他們驚訝。而養(yǎng)老院典型的尿味，直至12年后的今天再也沒有出現(xiàn)。

而對于護(hù)理工作人員，空氣質(zhì)量明顯體現(xiàn)在對建筑內(nèi)部設(shè)施的日常維護(hù)工作中，例如內(nèi)墻面的彩色粉刷、廚房櫥柜表面的油漬、彩色墻繪的顏料附著，在經(jīng)歷8年使用后幾乎沒有任何老化現(xiàn)象。

4.3.4適宜的室內(nèi)溫度

一開始，偶爾會(huì)有住戶抱怨室內(nèi)溫度過高。之后，隨著住戶逐漸適應(yīng)新居住環(huán)境，并與之建立信任，他們不僅感受到優(yōu)異的空氣質(zhì)量，同時(shí)也認(rèn)為室內(nèi)溫度非常舒適。

當(dāng)然，對于溫度舒適性的感知具有個(gè)體差異性。有一位住戶，在居住期間曾搬到另一處老年護(hù)理中心，對被動(dòng)式新家的懷念最終使他搬了回來。甚至一名護(hù)理員也表示“希望將來能在這里度過最后的老年時(shí)光”。

圖12　單人間標(biāo)準(zhǔn)平面（上）與可分隔式雙人間平面（下）（來源：RoA GmbH）

4.3.5經(jīng)濟(jì)性

2001年11月，我們在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行過一次計(jì)算，按照當(dāng)時(shí)的建筑法定標(biāo)準(zhǔn)，附加上額外的造價(jià)成本，采用被動(dòng)式房屋標(biāo)準(zhǔn)每年將節(jié)省11 000歐元。

經(jīng)過第一個(gè)供暖周期之后的核算，實(shí)際節(jié)省金額約為12 500歐元/年。這期間能源價(jià)格的提高是造成實(shí)際核算與設(shè)計(jì)值之間存在差異的主要原因。

由于諾伊韋克-明愛之家成功的設(shè)計(jì)成果，最終使這座建筑認(rèn)證成為世界上第一座“被動(dòng)屋老人護(hù)理中心”，同時(shí)為我們接下來另一座采用預(yù)制模塊式施工的護(hù)理類建筑累積了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

5　圣約瑟夫-明愛之家（Caritas-Haus St. Josef）

5.1舊建筑的改擴(kuò)建

一座護(hù)理類建筑，無論是新建、改建、擴(kuò)建，除了始終遵守現(xiàn)有的建筑法律規(guī)定外，還需要滿足一定的額外設(shè)計(jì)要求，例如圣約瑟夫被動(dòng)式老年護(hù)理中心項(xiàng)目，除了需要按照被動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行翻新、擴(kuò)建，更是首次采用了預(yù)制模塊化施工技術(shù)（圖13）。

圣約瑟夫-明愛之家老年中心項(xiàng)目位于門興格拉德巴赫市吉森基興區(qū)（Giesenkirchen），共計(jì)84個(gè)護(hù)理床位。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，我們決定在走廊和樓梯間區(qū)域盡可能不采用昂貴的被動(dòng)式三層真空玻璃窗戶，甚至在某些結(jié)構(gòu)部分刻意降低了保溫標(biāo)準(zhǔn)。之前諾伊韋克-明愛之家的成功經(jīng)驗(yàn)使我們意識到，即使在頻繁開窗的情況下，供暖需求僅為5.9kWh/m2，相比被動(dòng)式節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)界定值15kWh/m2還有非常大的盈余空間。因此我們有信心，即使在降低一定保溫標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)省部分造價(jià)的情況下，建筑也完全能達(dá)到被動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)。

我們的首要任務(wù)是對舊建筑進(jìn)行擴(kuò)建。原有建筑是一幢可容納74個(gè)床位的舊式養(yǎng)老院，業(yè)主和運(yùn)營承包商同樣是門興格拉德巴赫市明愛醫(yī)療協(xié)會(huì)（圖14）。

舊的建筑已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化老年公寓的要求，這既因?yàn)樽o(hù)理設(shè)施過于陳舊（室內(nèi)布局、衛(wèi)浴設(shè)備），也基于運(yùn)營收費(fèi)方面的考慮（住戶人均繳納的租金已高于平均水平）。業(yè)主原本打算對舊建筑進(jìn)行徹底翻新，但是經(jīng)過調(diào)查和征求住戶意見之后，業(yè)主的計(jì)劃遭到了反對，其中核心矛盾是施工期間該如何安置現(xiàn)有住戶。最終，相較于臨時(shí)尋找一處安置房，業(yè)主決定新建一棟副樓解決住戶置換問題，并在舊建筑中局部拆除1960年代建造的部分（圖15）。舊建筑的剩余部分和新建筑共同組成了新的明愛之家。

按照規(guī)劃，舊主樓的住戶將全部搬入新擴(kuò)建的副樓。之后，舊主樓的部分建筑體拆除至一層，并在相應(yīng)位置加建二層作為新的禮拜堂。主樓剩余部分完全進(jìn)行翻新，并通過連廊連接新副樓。當(dāng)然，廚房、餐廳、入口門廳等公共區(qū)域也進(jìn)行整修和現(xiàn)代化改造（圖16、17）。在廚房和餐廳改造期間，由外包餐飲企業(yè)提供短期的餐飲供應(yīng)，新副樓中的大型休息室被作為臨時(shí)餐廳使用。

在新建的3層副樓公寓中，每層以廊道劃分兩側(cè)的公寓，每側(cè)的14個(gè)套間和1個(gè)公共休息室形成居住組團(tuán)，單個(gè)居住組團(tuán)的住戶形成相對固定的社交群，由此建立“新家庭”環(huán)境。組成家庭氛圍的關(guān)鍵詞——安全感、穩(wěn)定感、自主感，是設(shè)計(jì)和實(shí)施的目標(biāo)，要讓居住者在這里找到歸屬感，而不是讓他們感覺是在一個(gè)無名的“老年福利院”度過余生。每個(gè)居住組團(tuán)共同使用廚房和餐廳，以增進(jìn)相互的親密感。公寓單間的設(shè)計(jì)同樣預(yù)留了空間可變性，每兩個(gè)獨(dú)立單間隨時(shí)可以合并為一個(gè)雙房套間。

根據(jù)業(yè)主的要求，所有新建部分與改造部分建筑均需滿足無障礙設(shè)計(jì)。因此模塊化施工將面臨一個(gè)挑戰(zhàn)：新建副樓由于采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組件，樓層層高為3.2m；原有舊建筑2層層高只有2.7m，因此需要在樓梯間部分相應(yīng)增加樓梯踏步來消除高差。

圖13　圣約瑟夫-明愛之家竣工實(shí)景（來源：RoA GmbH/Kleusberg）

原有的入口門廳與室外地面有1.2m的高差，只能通過入口踏步或者較陡的坡道進(jìn)入建筑。在新副樓的施工過程中，對場地周邊的室外高度進(jìn)行重新填土調(diào)整，使新舊兩棟建筑高差一致，同時(shí)改善了門廳出入戶時(shí)的無障礙通行。

圖14　圣約瑟夫-明愛之家改造前原貌（來源：RoA GmbH）

圖15　圣約瑟夫-明愛之家項(xiàng)目改造階段示意（來源：RoA GmbH）

圖16　現(xiàn)代化的室內(nèi)

由于擴(kuò)建和調(diào)整室外高度等施工活動(dòng)必然會(huì)犧牲一部分原住戶經(jīng)營已久的心愛的花園。作為補(bǔ)償，景觀規(guī)劃完成后的公共綠地將劃區(qū)塊歸還給相應(yīng)住戶（圖18）。特別針對患有“老年失智癥”的老人，可優(yōu)先決定自己中意的花園選址。

圖17　餐廳

該項(xiàng)目對施工質(zhì)量的基本要求與諾伊韋克-明愛之家一致。而在常規(guī)老年護(hù)理類建筑內(nèi)的“尿味”同樣在圣約瑟夫護(hù)理院內(nèi)沒有再出現(xiàn)。

圖18　圣約瑟夫-明愛之家景觀規(guī)劃（來源：RoA GmbH）

圖19　模塊吊裝施工（來源：RoA GmbH）

“老年失智癥”患者在供暖季可以自由開窗，這雖然會(huì)增加不必要的暖氣費(fèi)用，但是仍然應(yīng)該尊重他們的意愿。在這里居住的老年人完全可以自主決定窗戶的“使用權(quán)”，因?yàn)檫\(yùn)營商清楚，開窗浪費(fèi)的能耗與被動(dòng)式低供暖需求值相比，完全是微不足道的。

5.2模塊化施工

在副樓的新建過程中，相鄰的舊樓中仍然有老人居住，因此需要壓縮工期，最大程度減小對老人們的影響?？紤]到常規(guī)建筑施工現(xiàn)場帶來的噪音、粉塵、建筑垃圾等一系列因素，我們決定采用鋼制模塊化施工技術(shù)，將原計(jì)劃20個(gè)月的施工時(shí)間減少至5個(gè)月。

直至今日，采用模塊化施工的被動(dòng)式房屋仍然是屈指可數(shù)的。而在2009年做出這樣的決定，無論對于業(yè)主或是建筑師來說，都需要非常大的勇氣與魄力。

單個(gè)預(yù)制模塊長寬尺寸為3.89m×15.25m，高度為3.20m。一個(gè)普通模塊包含兩個(gè)帶浴室的單人間與部分過道，分段式完成組裝施工。所有房間的門、窗、暖氣設(shè)備、集成式衛(wèi)浴設(shè)備、飾面瓷磚等都是整體預(yù)制完成。現(xiàn)場吊裝施工時(shí)只需對電、暖、水部分完成管網(wǎng)連接即可（圖19）。

每個(gè)居住模塊在工廠完成內(nèi)墻施工，并且完整地進(jìn)行密封處理。模塊連接處預(yù)留了密封接口，安裝時(shí)只需將相鄰單元預(yù)留的密封膜疊壓粘貼，大大降低了現(xiàn)場組裝時(shí)的施工難度。

考慮到鋼結(jié)構(gòu)的低絕熱性能（存在熱橋風(fēng)險(xiǎn)）將導(dǎo)致外墻增加保溫層厚度，因此當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的外墻保溫厚度為20cm（10cm巖棉+10cm EPS保溫板，λ=0.04W/（m2·K））；外墻U值為0.186W/（m2·K），然而這樣的配置未完全達(dá)到被動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)要求。

為了使圣約瑟夫-明愛之家能夠毫無風(fēng)險(xiǎn)地達(dá)到被動(dòng)式認(rèn)證，我們對外墻保溫進(jìn)行了反復(fù)計(jì)算并提升至22cm，使外墻U值達(dá)到0.171W/（m2·K）；采暖需求QH值降低至14.4kWh/（m2·a）。最終由于結(jié)構(gòu)的需要，施工時(shí)執(zhí)行的保溫厚度為24cm（10cm巖棉+14cmEPS保溫板，λ=0.04W/（m2·K））。這樣的配置使外墻U值達(dá)到0.159W/（m2·K）；采暖需求QH值為13.9kWh/（m2·a）。

另一個(gè)重要的施工環(huán)節(jié)是，在鋼結(jié)構(gòu)模塊的焊接過程中，焊接點(diǎn)周圍的密封膜極易熔化，因此需要在焊接完成后，用密封膜在這些薄弱環(huán)節(jié)逐一補(bǔ)充覆蓋，保證整體的密封性。

老年理療類建筑由于其功能的緊湊性和高居住密度特別適合采用被動(dòng)式建筑。不僅造價(jià)經(jīng)濟(jì)，而且具有非常高的居住舒適性，在養(yǎng)老院類和醫(yī)療護(hù)理類建筑中值得推廣應(yīng)用。

Ludwig Rongen，教授，聯(lián)邦德國注冊建筑師&城市規(guī)劃師，注冊被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)師，被動(dòng)式建筑認(rèn)證師

Sibylle Ro?mann，建筑學(xué)碩士，工程師

厲峻超，建筑學(xué)碩士，工程師

2015-05-13

THE PASSIVE HOUSE TODAY AND BEYOND 2015: DEVELOPMENTS AND TRENDS

路德維希 · 隆恩 茜比勒 · 羅斯曼 厲峻超 / Ludwig Rongen， Sibylle Ro?mann， LI Junchao

自首座被動(dòng)式建筑問世以來，經(jīng)歷24年的發(fā)展，被動(dòng)式建筑標(biāo)準(zhǔn)成為世界范圍公認(rèn)的最高等級建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。被動(dòng)式房屋能夠改善城市環(huán)境，而這也是目前中國城市面臨的重要課題。被動(dòng)式建筑標(biāo)準(zhǔn)是構(gòu)成“近零能耗建筑”的基礎(chǔ)。依照《2010歐盟建筑法規(guī)》規(guī)定：自2019年，歐盟范圍對所有公共類新建建筑；自2021年，歐盟范圍對所有新建建筑將強(qiáng)制執(zhí)行“近零能耗建筑”節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。然而，未來的被動(dòng)式房屋應(yīng)該利用自身產(chǎn)生的能源，形成一套自給自足的能源循環(huán)系統(tǒng)，最大限度地提高能源獲取量的同時(shí)，最大限度地降低能源消耗量。此外，被動(dòng)式房屋未來將為能源需求提供新的能源供應(yīng)。建筑師群體的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)建筑成本效益和節(jié)能指標(biāo)的同時(shí)，追求高質(zhì)量的建筑美學(xué)。為配合實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，業(yè)主需要在項(xiàng)目委托之初就做出是否采用被動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)的決定。只有在項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)之初即由富有經(jīng)驗(yàn)的被動(dòng)式房屋設(shè)計(jì)師介入，才能對被動(dòng)式房屋進(jìn)行成本優(yōu)化，同時(shí)保證高品質(zhì)的美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)才成為可能。唯有建立這樣的意識，被動(dòng)式建筑才能在中國社會(huì)得到廣泛認(rèn)可。

24 years after realizing the first Passive House， that building standard is the worldwide-acknowledged highest standard in the energysaving building. The Passive contributes to improve the urban climate， which is a very important issue for numerous of Chinese cities currently. The Passive House standard is the base for "Nearly Zero Energy Buildings"， which will become compulsory in Europe concerning the EU Building Directive 2010 from 2019 for all public buildings and from 2021 for all types of buildings. However， in the future， Passive Houses should be used to produce energy itself， to achieve an energy-self-sufficient and a real sustainable system "Maximum energy surplus with low self-consumption of energy of the house" with reasonable cost. In addition， the Passive Houses will become energy producers in order to supply the energy needs in the future. An obvious task of the architectural profession is to implement cost-effective and energy-saving buildings in a high quality as well as in aesthetics. To achieve that goal the client should decide about "Passive House YES or NO" before the preliminary design. Only if an experienced Passive House Designer is involved from the beginning of the preliminary design already， a cost-optimized Passive House， which is also feasible in the high quality standard of aesthetics， would be possible. The final step to a Passive House acceptance in general will not happen in China too before establishing that awareness also among China's society.

近零能耗建筑 能源補(bǔ)充型建筑 建筑藝術(shù) 未來被動(dòng)式建筑 被動(dòng)式房屋設(shè)計(jì)師

Nearly Zero Energy Buildings， Plus Energy Building， Artistically Demanding， Future Passive House， Passive House Designer