歐洲超低能耗建筑和被動房標準體系

      一、背景簡介

      歐盟是當今全球僅次于美國的能源消耗大戶，其中建筑能耗比重較大，占歐盟總能源消耗的40％，建筑領(lǐng)域溫室氣體的排放已達到世界溫室氣體排放總量的30％左右。歐盟建筑能耗比重最大的是采暖空調(diào)，約占居住建筑能耗的70％，公共建筑能耗大50％。由于建筑節(jié)能的成本收益相對于其他行業(yè)（工業(yè)、交通）更高，因此建筑節(jié)能成為歐盟實現(xiàn)其減排目標的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。
          2007年3月歐盟國家與政府首腦會議提出了三個“20％”的節(jié)能減排目標：即在2020年以前將溫室氣體的排放量在1990年水平上降低20％，2020年前將一次能源消耗降低20％，2020年前可再生能源的應(yīng)用比例提高20％。
          2010年6月18日， 歐盟出臺了《建筑能效2010指令》（EPBD2010），該指令規(guī)定，成員國從2020年12月31日起，所有的新建建筑都是近零能耗建筑；2018年12月31日起，政府使用或擁有的新建建筑均為零能耗建筑。為了實現(xiàn)歐盟的能效提升目標，各成員國都積極推進超低能耗建筑（近零能耗建筑）的發(fā)展，超低能耗建筑是個廣義的概念，包括能效高于國家現(xiàn)行標準30％以上的低能耗建筑、被動房（3升房）、零能耗建筑和產(chǎn)能房，逐步建立和完善了超低能耗建筑標準體系。被動房的推廣成為歐盟進一步挖掘建筑節(jié)能潛力，擺脫對化石能源依賴的有力措施之一。在被動房的基礎(chǔ)上，歐盟還進一步研究與發(fā)展零能耗建筑和產(chǎn)能房建筑(或正能效建筑)的概念，這已代表了未來建筑節(jié)能的方向。

      圖1 歐盟建筑能效提升的途徑

       低能耗建筑在歐洲各國的定義都不太統(tǒng)一，通常指能效高于國家現(xiàn)行標準30％的建筑，而低能耗建筑往往在幾年后成為了新的國家標準。
          被動房指采用各種節(jié)能技術(shù)構(gòu)造最佳的建筑圍護結(jié)構(gòu)和室內(nèi)環(huán)境，極大限度地提高建筑保溫隔熱性能和氣密性，使建筑物對采暖和制冷需求降到最低。在此基礎(chǔ)上，通過各種被動式建筑手段，如自然通風、自然采光、太陽能輻射和室內(nèi)非供暖熱源得熱等來實現(xiàn)室內(nèi)舒適的熱濕環(huán)境和采光環(huán)境，最大限度降低對主動式機械采暖和制冷系統(tǒng)的依賴或完全取消這類設(shè)施。
          當建筑采暖負荷≤10W/m2， 被動房可以依靠帶高效熱回收效率的新風系統(tǒng)采暖。
          1991年德國在達姆施達特（Darmstardts）市Kranichstein區(qū)建立了第一個被動式住宅，2000年德國建成了首個被動房小區(qū)，目前德國已經(jīng)有6萬多棟這種房屋，并以每年新增3000棟的速度增長。被動房不僅適用于量大面廣的住宅，而且可應(yīng)用于辦公樓、學校、幼兒園等建筑類型。
          零能耗建筑和產(chǎn)能房是歐洲建筑節(jié)能研發(fā)和應(yīng)用的前沿領(lǐng)域。零能耗建筑是指年供暖、熱水能源需求及輔助電力需求基本由建筑內(nèi)部得熱和可再生能源供應(yīng)。產(chǎn)能房（或正能效建筑）是指年能源產(chǎn)業(yè)大于能源消耗，多余的電力輸給公共電網(wǎng)或用于電動汽車充電。

      二、歐洲典型國家低能耗建筑和被動房標準現(xiàn)狀
          被動房標準是歐洲各國在低能耗建筑標準基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，歐洲節(jié)能減排發(fā)展較好的國家已經(jīng)建立了相應(yīng)的超低能耗建筑標準體系，推動了歐盟的能效提升工程。本文將介紹8個歐洲典型國家超低能耗建筑標準發(fā)展狀況。

       1、瑞典

      瑞典目前執(zhí)行的建筑節(jié)能規(guī)范是2009年修訂后的BBR16，該規(guī)范并沒有提到低能耗建筑的定義，因此2007年成立的FEBY制定了低能耗建筑認證的相關(guān)文件。FEBY是瑞典能源署資助的機構(gòu)，其合作成員包括瑞典環(huán)境研究機構(gòu)（IVL），ATON技術(shù)咨詢公司，隆德大學、瑞迪技術(shù)研究院（SP）。FEBY頒布了低能耗建筑（Minienergi）和被動房兩個自愿性標準，其中被動房標準包含了對零能耗建筑的定義。兩個標準都參照德國被動房的標準，并進行了適當?shù)恼{(diào)整以符合適應(yīng)瑞典的氣候條件和工程的經(jīng)驗和做法。根據(jù)FEBY的規(guī)定，被動式——低能耗建筑的認證有兩個選擇，一個是規(guī)劃設(shè)計認證，一個是建筑運營的認證，后者必須符
合理論計算的值和相關(guān)標準。建筑運營核證需由第三方執(zhí)行。對于零能耗建筑的認證只有針對實際運行效果的建筑運營認證。

      瑞典將氣候區(qū)劃分為三個，瑞典北部屬于氣候一區(qū)，瑞典中部屬于氣候二區(qū)，南部屬于氣候三區(qū)。根據(jù)氣候區(qū)的不同劃分不同的采暖負荷和終端能耗（含采暖（制冷）、生活熱水和輔助能源（用于新風系統(tǒng)或采暖）。其限值如表1：

      表1 瑞典低能耗建筑和被動房能耗限值

      2、挪威
          挪威現(xiàn)行的國家建筑節(jié)能標準是TEK，最新版本是2007年修訂的TEK07，它規(guī)定建筑能源需求要比1997年降低25％。TEK07并不對低能耗建筑和被動房進行規(guī)定，而是又挪威標準委員會專門起草一個關(guān)于低能耗建筑和被動房的標準，名為NS3700。該標準也是基于德國被動房標準的定義和指標，并根據(jù)挪威的氣候特征和施工標準進行了本土化的調(diào)整。該標準強調(diào)與瑞典和歐洲標準的一致性，避免大的變動。標準規(guī)定了一次能源表示方式有兩種表示方式：一種方式是確定了一次能源每年每單位面積二氧化碳排放量，另一種方式是確定可再生能源在一次能源消耗總量中的比例。

      表2 挪威低能耗建筑和被動房能耗限值

       3、丹麥

      自1973年第一次石油危機以來，丹麥就一直實行積極能源政策。自1980年以來，丹麥經(jīng)濟增長了80％，但能源消耗總量基本維持不變。丹麥建筑能耗約占社會總能耗的40％。目前，隨著可再生能源供應(yīng)比重的逐步提高，丹麥明確了未來能源發(fā)展的方向：到2050年，溫室氣體排放要在1990年的水平上降低80％以上，到2050年，完全擺脫對化石燃料的依賴。2013年3月，丹麥議會批準通過了《2012-2020年能源執(zhí)政協(xié)議》。該協(xié)議提出了一攬子行動計劃，旨在實現(xiàn)2050年“100％依靠可再生能源供應(yīng)”的目標。其中2020年的主要預(yù)期目標為：
         （1）與1990年相比，溫室氣體排放減少34％；
         （2）可再生能源占終端能源消費總量的比重超過35％；
         （3）2020年前，新建建筑成為近零能耗建筑，主要依靠可再生能源；
         （4) 從2013年起，新建建筑禁止使用石油和天然氣采暖，區(qū)域供熱區(qū)內(nèi)的現(xiàn)有建筑自2016年起不得安裝新的燃油鍋爐。進一步推廣熱泵、太陽能和生物質(zhì)的熱利用。
      丹麥于1961年制定了第一部建筑條例（BR），隨后每版建筑條例不斷提高對建筑節(jié)能的要求，尤其是BR08和BR10版。

      丹麥的2008年的建筑條例（BR08）第7.2.4章首次對低能耗建筑有明確的規(guī)定。2006年丹麥為推動盟能效指令（EPBD2002/91/EC）在丹麥的實施，引入的低能耗建筑分級系統(tǒng)，將低能耗建筑分為兩級，低能耗1級和低能耗建筑2級。低能耗建筑2級是低于2006年標準建筑能耗要求的25％，目前已成為現(xiàn)行的丹麥2010版建筑條例的最低要求。低能耗建筑1級是低于2006年標準建筑能耗要求的50％，預(yù)計成為丹麥2015版建筑條例的最低要求。丹麥2020年的建筑條例將進一步提高建筑能效，預(yù)計將建筑能耗降低到2006年水平的75％。

      表3 丹麥低能耗建筑和被動房能耗限值

      2000年丹麥引入了被動房的概念，被動房的認證是參考了德國被動房的標準和指標，丹麥的被動房研究所是德國被動房研究所的合作單位，負責對丹麥的被動房進行認證。

      4、芬蘭
          自2010年3月，芬蘭的建筑規(guī)范中的C3（建筑保溫）、D2章（建筑室內(nèi)環(huán)境和通風）及D3章（建筑能效）進行了修訂。該規(guī)范中提到了低能耗建筑但沒有規(guī)定相應(yīng)的限值，只是有推薦的最大熱損失值。由于該規(guī)范對低能耗建筑只有一個推薦的指導(dǎo)值，因而規(guī)范對于低能耗建筑的定義不能視為低能耗建筑標準。
          因此，芬蘭的工程師協(xié)會（RIL）專門制定了低能耗建筑和被動房標準RIL249-2009。該標準將低能耗建筑劃分為幾等，分別為M-30，M-35，M-40，M-45和M-50，代表不同的單位面積年能耗需求。比如M-40，代表每年每平方米終端能耗為40KWh（含采暖、通風、制冷和輔助設(shè)備用能）。

      芬蘭的被動房的是基于德國的被動房標準并根據(jù)芬蘭的氣候區(qū)進行了調(diào)整。被動房也分為幾個等級，包括P15，P20和P25，也代表了不同的單位面積年終端能耗。

      表4 芬蘭低能耗建筑和被動房能耗限值

        5、德國

      建筑能耗占德國能耗總量的40％左右，德國從1977年頒布第一部保溫法規(guī)到2012年進一步修改建筑節(jié)能條例（EnEV），共經(jīng)歷了六個節(jié)能階段，建筑采暖能耗已由最初的220kWh/(m2a)下降到2014年30kWh/(m2a)的水平（見表5）。在過去20年里，通過一系列措施，德國新建建筑單位居住面積的采暖能耗降低了40％左右，在此基礎(chǔ)上，到2020年和2050年，采暖能耗應(yīng)分別再次降低20％和80％。

      表5 德國建筑節(jié)能條例發(fā)展歷程

       日本發(fā)生福島核電站事故后，德國率先宣布放棄使用核能（占其能源總供應(yīng)量的40％），并于2011年提出了新的房屋節(jié)能目標：自2019年1月1日起，將政府辦公建筑建成近零能耗房屋；自2021年1月1日起，將所有新建房屋建成近零能耗房屋；到2050年，所有房屋節(jié)約80％的一次能源。發(fā)展被動式房屋是德國實現(xiàn)上述目標的基礎(chǔ)，可為德國節(jié)省近40％的社會終端能耗。在被動式房屋的基礎(chǔ)上，德國還將進一步研究產(chǎn)能房屋(energy plus)。
          德國的低能耗建筑包括幾類：RAL認證體系下的低能耗建筑、被動房、3升房、高能效建筑-德國復(fù)興信貸銀行節(jié)能房屋70和節(jié)能房屋55。
         （1）RAL認證體系下的低能耗建筑
          德國的低能耗建筑是根據(jù)RAL-GZ965標準認證的，其規(guī)定低能耗建筑的傳熱損失要比現(xiàn)行的EnEV2009低30％，同時對其它的指標例如保溫、氣密性和通風系統(tǒng)進行了更嚴格的規(guī)定。該認證體系對低能耗建筑的認證也分為兩類，一是規(guī)劃設(shè)計認證，二是運營階段的認證。

      （2）被動房

      它是在德國wolfgang Feist博士的研究下由德國被動房研究所提出的超低能耗建筑形式。對“被動房”的定義是必須滿足相應(yīng)的能效指標（見表6）。

      表6 德國被動房的指標體系

       德國被動房研究所（PHI）是對被動房及其構(gòu)件進行認證的權(quán)威機構(gòu)之一。德國被動房與按EnEV設(shè)計的節(jié)能建筑不一樣，前者由PHPP進行模擬的計算和認證。PHPP是個工具包，包括對建筑圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件的U值計算、能源平衡計算、設(shè)計舒適的通風系統(tǒng)、計算供熱負荷等。該軟件包括了許多歐洲國家的氣象數(shù)據(jù)，從而使它更具有國際化的兼容性。EnEV被動房研究所除了對被動房進行認證外，也對建筑服務(wù)系統(tǒng)，如熱交換器、熱泵進行設(shè)備認證。
    被動房的造價比按照德國EnEV2009建造的常規(guī)節(jié)能建筑，單位面積增量成本約高150歐元(Wuppertal氣候環(huán)境與能源研究所)，其中窗戶和通風系統(tǒng)增量成本占比較大，其次是保溫隔熱系統(tǒng)。
         （3）3升房
          3升房的概念是由德國弗朗霍夫研究所引入的建筑概念，指單位建筑面積年采暖需求≤35kWh/m2a，即相當于3升耗油量，對應(yīng)的是一次能源需求。該類建筑沒有相應(yīng)的認證體系，只是由弗朗霍夫研究所定義的一種超低能耗建筑，它給出了一次能源需求的限值，但沒有技術(shù)系統(tǒng)方面的特殊要求，技術(shù)路線要仍是參照德國EnEV的要求。
         （4）德國復(fù)興信貸銀行節(jié)能房屋
          德國復(fù)興信貸銀行可為新建或購買的或改造的低能耗建筑提供低息貸款，這些低能耗建筑的能效指標由德國能源署確定，能效指標的參考數(shù)值依據(jù)EnEV規(guī)定的一次能源需求Qp和傳輸熱損失H’T而定。針對既有建筑改造的資助標準有兩種，即德國復(fù)興信貸銀行節(jié)能房屋70和85，以前被稱為kfw-40，kfw-60。Kfw85和Kfw70指在EnEV2009 的基礎(chǔ)上能效分別提高15％和30％。達到這類標準的每套住宅最多可申請貸款5萬歐元。評判建筑是否屬于節(jié)能房屋70，必須滿足兩個條件：一是建筑一次能耗不允許超過2009年版《節(jié)能條例》中規(guī)定的參考建筑計算值70％，二是建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱損失不能超過2009年版《節(jié)能條例》中規(guī)定的參考計算值的85％。針對新建建筑的資助標準有兩種，分別為kfw-55，kfw-40， 即在EnEV2009的基礎(chǔ)上能效分別提高40％和60％，接近被動房的能效水平。

      表7 德國現(xiàn)行標準和超低能耗建筑能效比較

       6、奧地利

      奧地利有9個州，各自有自己的建筑法規(guī)。建筑能耗的計算方法參照奧地利OIB制定的奧地利標準ONORM B8110-1和歐洲標準EN832。2008年奧地利建立了建筑能效認證制度，它根據(jù)建筑采暖需求將建筑劃分為幾個等級，分別為A++，A+，A到G，其中A+相當于被動房的標準，采暖需求≤15 kWh/(m2a)， A++是最優(yōu)等級，即采暖能耗和總能耗最低。
          奧地利政府有專門針對低能耗建筑和被動房的資助計劃。獲得資助的低能耗建筑和被動房在國家標準RLMA25中有明確的定義。低能耗建筑中居住建筑的能耗標準被劃分為兩類，一是有機械通風的建筑，一類是不含機械通風的建筑。被動房的指標等同于德國的指標體系。
          同時奧地利專門的“推動環(huán)境保護計劃（Klima:aktiv）”也對被動房進行認證和資助。該項目的目標是降低CO2的排放并提高可再生能源利用。該項目資助的被動房分四個分項進行評估和認證，分別是規(guī)劃和竣工驗收，能源供應(yīng)，建筑材料和施工，空氣質(zhì)量和舒適性。每個分項都列出了相應(yīng)的評價標準，這些標準也分為強制項和可選項，達到可選項便可獲得相應(yīng)的分數(shù)。四個分項的總分為1000分，獲得被動房的認證必須達到所用的強制項且總分達到900分。截至到2010年，奧地利的被動房已達到8500棟，并呈上升的發(fā)展趨勢。從2015年，奧地利只有被動房建筑可享受政府補貼。

      表8 奧地利低能耗建筑和被動房采暖能耗限值

       7、瑞士

      瑞士的建筑節(jié)能國家標準是SIA380/1:2009，但是該標準并沒有對低能耗建筑進行定義。瑞士與2006年提出“2000瓦社會”，并出臺了指導(dǎo)文件SIAD 0216，旨在促進可持續(xù)建筑的發(fā)展。該文件針對居住建筑、辦公建筑和學校提出了建筑材料的一次能源耗能，室內(nèi)環(huán)境、生活熱水、燈光、暖通設(shè)施的安裝規(guī)定了相應(yīng)的限值和要求，該指導(dǎo)文件也沒有對低能耗建筑進行定義，而是專門制定了針對低能耗建筑認證的標準Minergie。Minergie于2003年頒布，認證的標識分為Minergie®， Minergie-P®和Minergie-ECO®/P-ECO®三類，每類標識的有效期為5年。Minergie-P的能效要求參照德國被動房的認證標準，相當于瑞士被動房，Minergie-ECO/P-ECO除了要滿足Minergie-P的能效要求外，還加入了保持環(huán)境和健康的可持續(xù)性的標準。健康涉及到采光、噪音、室內(nèi)空氣等細則，而環(huán)境標準涉及到環(huán)保建筑材料的生產(chǎn)、建筑材料的循環(huán)利用和可再生能源優(yōu)先利用，易于拆遷的建筑材料的循環(huán)利用等。這些標準等同于我國綠色建筑評價標準。

      8、英國

      英國目前還沒有對低能耗建筑和被動房進行明確的官方定義，然而國家的《可持續(xù)建筑規(guī)范》含有對可持續(xù)建筑評價分級的內(nèi)容。該評價標準將可持續(xù)建筑分為六級，第六級是最節(jié)能和可持續(xù)方面水平最高的建筑，被認為達到“零碳”水平。評價內(nèi)容包括能源和CO2排放，水和材料，地表水徑流，垃圾，污染，健康和舒適，能源能運管理和建筑生態(tài)等幾個方面，也類似國內(nèi)的綠色建筑評價。自2008年開始，英國所有的新建保障住房必須達到可持續(xù)建筑的三級水平，而對于商業(yè)開發(fā)建筑，可以自愿申請是否進行分級評價。在英國，英國建筑科學研究院（BRE）負責對被動房進行認證，認證標準參照德國的被動房標準。

      三、對我國超低能耗標準體系建立的啟示
          在我國，居住建筑從第一部建筑節(jié)能標準開始，經(jīng)歷了“三步節(jié)能”過程，新建供暖居住建筑在1980—1981年住宅通用設(shè)計能耗的基礎(chǔ)上，于1986年，1995年和2005年分別將建筑能效提高了30％，50％和65％。我國除了建筑節(jié)能的設(shè)計標準外，還有《綠色建筑評價標準》以推動綠色建筑在我國的發(fā)展。綠色建筑評價等同于歐洲的可持續(xù)建筑評價，其指標除能效評價外，還涉及節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水等方面，體現(xiàn)了建筑與生態(tài)環(huán)保和資源節(jié)約的密切關(guān)系。但綠色建筑不一定就是超低能耗建筑。
          歐洲超低能耗建筑是能耗高于國家現(xiàn)行標準30％或50％以上的建筑，是國家未來的能效提升的目標，對于超低能耗建筑的能耗限值都有相應(yīng)的規(guī)定，也是國家財政補貼的主要對象。目前，我國對于“三步節(jié)能”以后的規(guī)劃尚未有足夠的統(tǒng)一認識。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部每年評審全國范圍低能耗建筑示范項目，其規(guī)定是必須滿足強制節(jié)能標準的基礎(chǔ)上，對能耗控制有創(chuàng)新有突破，比當?shù)噩F(xiàn)行節(jié)能設(shè)計標準的設(shè)計節(jié)能率再降低5％以上，但低能耗建筑和被動房的標準體系、認證制度并沒真正建立起來，對于室內(nèi)環(huán)境、能耗限值沒有相應(yīng)的規(guī)定。國家還未有針對超低能耗建筑的補貼和激勵政策，更關(guān)鍵的是缺乏實現(xiàn)超低能耗建筑的技術(shù)手
段和產(chǎn)品，相關(guān)產(chǎn)業(yè)和施工工藝比較滯后。
          因此，我國借鑒歐洲國家的經(jīng)驗，通過試點示范盡管建立起超低能耗建筑標準體系非常必要，但在標準的編制過程中，也要充分考慮我國不同氣候區(qū)的特點，做適應(yīng)性的調(diào)整，不能完全照搬歐洲的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。超低能耗建筑標準體系的建立將為我國建筑節(jié)能標準規(guī)劃和預(yù)期確立努力的目標，為建筑節(jié)能標準的逐步提高提供技術(shù)儲備，帶動建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)的升級換代，促進施工工藝的精細化革命。

      注釋：

      歐洲能源根據(jù)邊界的不同分為三個層次：一次能源、輸送能耗和能源需求（終端能耗）。一次能源（primary energy）：包含原始能源從（可再生或非可再生能源）開采、能量轉(zhuǎn)換和運輸?shù)浇ㄖ?yīng)端的全過程能耗。一次能源=終端能耗×一次能源轉(zhuǎn)換系數(shù)。

      終端能耗（輸送能耗）(end-energy或delivered energy ）：即建筑外部輸送給建筑內(nèi)用能設(shè)備與系統(tǒng)以滿足建筑采暖、制冷、通風、照明和生活熱水需求的能源，如熱水、電力、蒸氣、冷水等。

      能源需求（建筑用能） (energy demand)：建筑物內(nèi)部為滿足采暖、制冷、通風、照明和生活熱水而需要的凈能量，通過建筑內(nèi)各種終端設(shè)備實際獲得的能量，與建筑使用的能源種類和系統(tǒng)形式無關(guān)。
          ＊一棟住宅對來自外部的能源需求每年的最高限額為1650千瓦時/HFS加上52.5kWh/m2， 含采暖、通風、生活熱水。HFS是建筑物每平方受熱地板面積。