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北京康居认证中心:中国被动式低能耗建筑的发展模式和发展趋势

日期: 2020-12-09
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  中国引入被动式低能耗建筑已有十年,被动式理念和技术在中国已开始从探索走向成熟,“以降低建筑本体能源需求为原则,减少对机械式采暖和制冷设备的依赖”,正在成为高能效建筑领域的共识。

  应该说,被动式低能耗建筑技术改变了建筑的角色定位——在大幅度降低建筑对外界能源需求的情况下,建筑从单纯的能源消耗者转变为能源需求侧的控制者和管理者;改变了人们的用能理念——开始相信低能采暖和低能制冷,相信高能效和高舒适可以协调并存。

  2010~2020年,中国被动式低能耗建筑领域经历了从学习理念、转变观念,到落地项目、制订标准的过程,实现了从政策体系、标准体系、技术体系、产品体系、管理体系、行业组织,到工程项目的全方位的发展,积累了丰富的经验。时至2020年,不可回避的瑕疵固然存在,举其大者如设计经验尚浅,习惯性陷入“一如既往”的设计;高能效产品规范化程度不足,系统化水平不高;囿于工人专业素质、施工成本和工期限制,精细化施工尚有难度,等等。然而,我们依然欣喜地看到,工程项目逐个落地,技术路线逐步明朗,政策和标准逐渐颁布,市场上适用材料与设备国产化大步前行,全行业以及用户市场认识度不断加深。中国这一世界第一建筑大国,实际上正在以中国效率和市场规模,以及超越国际水平的技术创新,成为这一场建筑领域变革的领军者。

  1 被动式低能耗建筑的发展模式

  1.1 政策体系发展

  截至2020年8月,我国各级政府共颁布被动式低能耗建筑鼓励政策115项,其中国家层面13项,21个省/直辖市/自治区、16个城市先后发布102项。其中,《山东省绿色建筑促进办法》、《河北省促进绿色建筑发展条例》、《辽宁省绿色建筑条例》还将被动式低能耗建筑建设写入了地方法规。

  经过十年发展,各级政府对被动式低能耗建筑的认可度越来越高,体现在政策数量上,2015-2017年3年,全国共发布27项政策,占现有政策总数的23%;2020年截至8月31日,全国已发布36项政策,占总数的31%,见图1。

  除了数量上的增多,政策的针对性及可实施性也逐年增强。2015~2017年发布的27项政策中,仅有5地6项政策具有较高的可执行性。2018年9个城市先后出台被动式低能耗建筑补贴政策。2019年4省市出台省级财政补贴政策。2020年截至8月31日,全国36项政策文件涉及15个省/直辖市/自治区,被动式低能耗建筑开始在全国范围内掀起发展热潮。其中,河北省编制完成《被动式超低能耗建筑产业发展专项规划(2020-2025年)》,明确了未来五年被动式低能耗建筑产业的发展方向,提出在全省范围内组建被动式低能耗建筑全产业链。

  从地域上看,被动式低能耗建筑发展仍然表现出不均衡性。在已发布的政策文件中,严寒和寒冷地区占79%;夏热冬冷地区共发布18项政策,其中上海市、宜昌市明确了可执行的激励措施;夏热冬暖和温和地区共发布政策3项,见图2。

  1.2 标准体系发展

  2015年2月27日,河北省住房和城乡建设厅发布《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》(DB13(J)/T177-2015)[1],自2015年5月1日起实施,成为中国第一部被动式低能耗建筑标准。

  

被动式低能耗建筑政策发布年份数量


图1 发布政策数量随年份的发展情况

  

被动房不同气候区的政策数量分布


图2 不同气候区的政策数量分布情况

  

被动房不同气候区的标准数量分布


图3 不同气候区的标准数量分布情况

  2016年8月5日,住房和城乡建设部批准《被动式低能耗建筑—严寒和寒冷地区居住建筑》(16J908-8)[2]为国家建筑标准设计图集,自2016年9月1日起实施,成为我国第一部被动式低能耗建筑的国标图集,为设计和施工人员提供了重要参考。

  此后,我国典型气候区的支撑性标准逐步建立,从规划与设计、施工与建造、检测与验收、运行与维护四个方面,全面整合场地环境、建筑本体、机电系统、材料部品等内容,对被动式低能耗建筑提供全过程全专业技术支撑。

  截至2020年全国共发布被动式低能耗技术导则9项[3-11],设计、检测、评价标准14项[1,12-24]。其中全国性导则1项,严寒地区导则/标准3项,寒冷地区导则/标准14项,夏热冬冷地区导则/标准5项,见图3;居住建筑类导则/标准13项,公共建筑类导则/标准1项,涵盖了居住和公共建筑类导则/标准9项。

  下一阶段,标准研究深化到产品和检测类层面,已经完成编制的有《被动式超低能耗建筑透明部分用玻璃》(T/ZBH012-2019)[25]、《被动式低能耗居住建筑新风系统技术标准》(CSTMLX032500325-2019)[26]。正在编制过程中的有门窗类、保温材料类、防水材料类、通风设备类、密封材料类和粘结/抹面砂浆类标准。

  1.3工程项目发展

  以国内三家主要被动式低能耗建筑技术咨询单位在2013-2020年启动的89个项目为基础进行统计分析,建筑面积总计222万平方米。其中涉及:

  (1)北京、河北、山东、四川、浙江、江苏等16个省/直辖市;

  (2)严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖4个气候区;

  (3)住宅、办公、幼儿园、学校、展馆等多种建筑类型;

  (4)钢筋混凝土、混凝土装配式、钢结构装配式、砖木等不同结构形式。

  从分布情况看,90%的项目位于寒冷地区,且以居住建筑为主,见图4、图5。应该说,被动式低能耗建筑的推广仍然主要集中在我国北方地区。然而,夏热冬冷地区冬寒难熬,夏热冬暖地区湿热季漫长,主动制冷不可或缺。在南方推动被动式低能耗建筑,不仅可以解决夏热冬冷地区冬季采暖的民生问题,更可以在夏热冬暖地区实现“低能制冷”。

  从建设进度看,2013-2018年5年的总竣工面积为16万平方米,占项目样本总量的7%。2019年竣工项目规模大幅增长。自2020年开始,竣工项目开始呈指数型增长。预计2021年一年竣工项目将达到142万平方米,占项目样本总量的64%,见图6。今后两年将是被动式低能耗建筑大规模竣工交付的周期,既是对其性能的一场社会性考验,也是提高其市场认识度的机会。

  从结构形式看,绝大部分项目为钢筋混凝土现浇结构体系,但也有一些项目做出了探索性尝试。如北京市焦化厂公租房项目探索了装配整体式混凝土结构技术和被动式低能耗建筑技术的结合,研发了预制整体式夹心保温墙板,提出了被动式门窗与预制外墙的连接构造,预制保温墙板接缝的断热桥和气密性措施,以及外挑阳台与主体结构之间的断热桥技术方案;山东建筑大学教学实验综合楼项目探索了钢结构装配式技术与被动式低能耗建筑技术的结合,解决了外窗安装、外墙挂板气密性、钢结构节点热桥等问题;2018国际太阳能十项全能竞赛爱舍(Es-Block)项目探索了可拆装式的被动式低能耗建筑技术,创造性地实现了模块化拆分、运输、拼装后的建筑整体符合被动式低能耗建筑的气密性、断热桥和能耗指标要求。

  

被动房不同气候区的工程项目分布


  图4 不同气候区的工程项目分布情况

  

被动房不同建筑类型的工程项目分布


图5 不同建筑类型的工程项目分布情况

  

被动房工程项目竣工年份的分布


图6 工程项目竣工年份的分布情况

  1.4 产品体系发展

  被动式低能耗建筑的发展,不仅促进了我国节能技术的发展创新,更带动了建材产业的升级。关注被动式低能耗建筑产品的企业日益增多,我国已逐渐形成配套产品体系,实现全部关键产品国产化,拥有自主知识产权。

  被动式低能耗建筑产品体系发展,以专有的产品认证为核心,实现了高品质建材产品的集聚和辐射效应。目前已有180项产品/系统完成被动式低能耗建筑产品认证。

  (1)被动式门窗系统从无到有,从有到优

  38家单位80项产品已完成被动式低能耗建筑门窗认证。其中铝包木外窗共16家单位29项产品,木包铝外窗共1家单位4项产品,铝合金外窗共8家单位11项产品,塑钢外窗共13家单位18项产品。

  (2)引导外墙外保温系统化发展

  29家单位16个系统、6种保温材料已完成被动式低能耗建筑外墙外保温系统/保温材料产品认证。其中EPS外墙外保温系统9项,岩棉板外墙外保温系统4项,岩棉带外墙外保温系统3项;模塑聚苯板(含石墨聚苯板)22项,岩棉板9项,岩棉带5项。

  (3)为真空玻璃、真空绝热板创造了应用市场

  真空玻璃和真空绝热板是我国技术领先产品,热工性能较同类产品有大幅提升,被动式低能耗建筑为两类产品创造了广阔的应用市场。

  (4)催生了防水隔汽膜、防水透汽膜、断热桥锚栓等产品研发

  4家单位9项防水隔汽膜/防水透汽膜产品,以及3家单位15项断热桥锚栓产品已收录在被动式低能耗建筑产品选用目录[27]中。其中,2项防水隔汽膜、1项防水透汽膜由国内企业自主完成了研发、生产和检测;15项断热桥锚栓均出自国内企业。

  (5)高效热回收新风系统已初具规模

  17家单位34项产品已完成被动式低能耗建筑新风系统产品认证,其中带有热泵的新风空调一体机产品共24项,包括户用小风量设备22项,1000m3/h新风量以上的设备2项;不带热泵的新风系统共10项,新风量均在350m3/h以下。

  1.5 发展模式总结

  纵观被动式低能耗建筑的10年发展,基本上演绎了以项目为主导,带动产业生态圈建设的发展模式。

  起步阶段,以2013年秦皇岛在水一方项目启动为标志,不仅首次实践了被动式低能耗建筑的技术方案,而且在国内严重缺失适用产品、国际上也没有高层建筑先例的情况下,创造性地采用了阳台断热桥措施、分户式新风空调一体机、厨房补风系统等中国方案,成功地将18层住宅楼建造为被动式低能耗建筑,实现了零的突破。

  发展阶段,以黑龙江、山东、北京、湖南、福建等地开始启动首个/首批被动式低能耗建筑示范项目为标志,同时各地开始以项目为依托进行政策和标准研究,最后形成政策、标准、项目相互支撑的形势。

  快速发展阶段,以2018年《关于加快被动式超低能耗建筑发展的实施意见》(石政规〔2018〕)的发布为标志,被动式低能耗建筑进入区域性、规模化发展阶段。同时建筑行业上下游秉持高质量发展的企业看到了高能效、高品质产品的发展前景,以被动式低能耗建筑为载体的产品体系也进入快速发展阶段,形成了绿色发展新动能。

  2 被动式低能耗建筑的发展趋势

  2.1 规模化发展

  中国被动式低能耗建筑已从小范围示范向规模化建设方向发展。北京、河北、山东、浙江、四川、黑龙江、内蒙古等地都出现了10万平方米以上的被动式低能耗建筑社区。石家庄市目前在建项目34个,总建筑面积211万平方米。

  2020年7月,河北省人民政府办公厅印发《关于支持被动式超低能耗建筑产业发展的若干政策》,计划到2025年全省竣工和在建被动式低能耗建筑面积合计达到1340万平方米以上。综合本文图6的项目发展趋势,保守估计到2035年全国将有20亿平方米的被动式低能耗建筑产业容量,见图7。

  

被动式低能耗建筑的产业容量发展预测


图7 被动式低能耗建筑的产业容量发展预测

  2.2 区域能源规划

  被动式低能耗建筑的规模化发展,使高能效目标实现的路径,从单体建筑转向片区/城区;从单体建筑能效提升和能源利用,转向片区/城区层面上的总体能源规划。

  以片区/城区为尺度实施高能效建设,即以被动式低能耗建筑技术为基础,通过优化区域内建筑业态的混合比例,不同用能峰值时刻的参差,实现区域整体负荷的平准化,从而进一步抑制区域的供能要求。同时集成应用位于不同空间的可再生能源(光电、光热、地热、风电等),并采用低品位能源直接供冷供热/预冷预热,以及储能电站、储热储冷系统提供用能灵活性,最终实现片区/城区的能源产、储、消平衡。

  2.3 以“碳中和”为核心的城市建设

  “碳中和”概念在全球气候变暖这一时代背景中孕育产生。人类社会应对气候变化,不仅要努力减少人类活动的碳排放,同时应关注陆地生态系统与海洋生态系统的固碳作用,从“碳源”与“碳汇”两端来寻找低碳社会发展途径。所谓碳中和是指,以碳收支计算为基础,通过优化城市建设策略,平衡碳排放量与碳吸收量,达到碳源与碳汇中和的目标。因此碳中和是比低碳更进一步的发展诉求。

  被动式低能耗建筑技术,使建筑的低能采暖和低能制冷成为可能;使依靠低品位的可再生能源实现区域性的能源产储消平衡成为可能;使脱离对化石能源的依赖从而实现城市能源转型和真正的区域性碳中和成为可能。

  以被动式低能耗建筑为载体的能源转型和碳中和城市建设,是一个整体性、一体化的发展过程。它将去碳化、能效提升、能源系统融合以及技术多样性集为一体;将空间布局、能源规划、市政基础、建筑系统、交通系统、产业系统、资源利用集为一体;是规划和建设领域的根本性变革。

  在下一个十年,中国要引领这场根本性变革,行业内和行业间的配合应全面展开。

  从国家和地方的战略决策上,应认识到被动式低能耗建筑和碳中和城市建设巨大的能源和资源节约意义、环境和生态保护意义,以及对延续人类福祉和社会可持续发展的价值,制定更开放的政策框架条件,同时修改、摒弃不利于建筑高效节能发展的条例、规定。

  从城市发展的路径选择上,应认识到规模性建设被动式低能耗建筑不仅可显著消弭城市峰值负荷,缓解调峰电厂建设压力,抑制城市热岛效应,尚可带来整体居住和生活品质的提升,建筑质量和建筑寿命的提升,以及建筑运营成本的降低,对高质量推进中国城市化进程形成正效应。

  从技术融合的实施模式上,应认识到打破专业、行业间技术壁垒的重要性。对被动式低能耗建筑单体而言,应遵循多专业协同的工作模式,在设计和施工阶段,协调建筑、暖通、结构、给排水、电气与室内装修专业共同参与,以便优化设计,合理安排进度和资源配置;对碳中和城市建设而言,纵向涉及城市、区域、建筑、用户系统的一体化融合,横向涉及电力、热力、建筑、交通等系统的一体化融合。

  从金融和保险的制度保障上,应认识到被动式低能耗建筑和碳中和城市建设将引导建筑行业进入长期获利经营模式,并促成跨界互补、互惠互利的新型合作模式和商业模式,如余热利用促成工业、商业与建筑业主、运营商的合作等。推出地方性的专项扶持政策和激励措施,以及多元化的融资模式和保险制度,提高建设方和使用方的积极性,让高质量建设引导内循环经济迫在眉睫。

  3 总结

  下一个十年,在对能源节约和建筑品质的双重关注下,被动式低能耗建筑正面临规模化、区域化发展的新形势。

  实际上,被动式低能耗建筑由于其优越的节能效果,改变了建筑在区域性的能源网络中的角色定位,使建筑从单纯的能源消耗者转变为能源需求侧的控制者和管理者:被动式技术使建筑成为能源的截流者;小型可再生能源设备的安装使建筑成为能源的生产者;储能材料或设备的使用使建筑成为能源的存蓄者;与上级能源网络的控制和调节系统的设置使建筑成为能源的调配者。

  以被动式低能耗建筑的能源需求侧管理为基础,实施区域需求侧能源规划和高能效城区建设,最终实现区域性的能源转型和碳中和目标,将是我国高能效建筑领域下一个十年的发展趋势。

  在下一个十年,探索并寻求出符合时代需求和家国利益的建筑节能和城市发展的中国方案,是我们这一代建设工作者走向成熟,引领这场根本性变革的必经之路。

  北京康居认证中心马伊硕 郝生鑫 曹恒瑞

  参考文献

  [1]河北省工程建设标准.被动式低能耗居住建筑节能设计标准.DB13(J)/T177-2015

  [2]国家建筑标准设计图集.被动式低能耗建筑——严寒和寒冷地区居住建筑.16J908-8

  [3]住房和城乡建设部.被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)(居住建筑).2015.11

  [4]北京市住房和城乡建设委员会.超低能耗示范项目技术导则.2018.4

  [5]北京市住房和城乡建设委员会.超低能耗农宅示范项目技术导则.2018.3

  [6]山东省住房和城乡建设厅.山东省超低能耗建筑施工技术导则.JD14-041-2018

  [7]青海省住房和城乡建设厅,青海省质量技术监督局.被动式低能耗建筑技术导则(居住建筑).DB63/T1682-2018

  [8]上海市住房和城乡建设管理委员会.上海市超低能耗技术导则(试行).2019.3

  [9]江苏省住房和城乡建设厅.江苏省超低能耗居住建筑技术导则(征求意见稿).2019.4

  [10]青岛市城乡建设委员会.青岛市被动式低能耗建筑节能设计导则(试行).2017.3

  [11]吉林省住房和城乡建设厅.吉林省超低能耗绿色建筑技术导则(公示稿).2018.12

  [12]河北省工程建设标准.被动式超低能耗居住建筑节能设计标准.DB13(J)/T273-2018

  [13]河北省工程建设标准.被动式低能耗建筑施工及验收规程.DB13(J)/T238-2017

  [14]河北省工程建设标准.被动式超低能耗公共建筑节能设计标准.DB13(J)/T263-2018

  [15]河北省工程建设标准.被动式超低能耗建筑评价标准.DB13(J)/T8323-2019

  [16]河北省工程建设标准.被动式超低能耗建筑节能检测标准.DB13(J)/T8324-2019

  [17]山东省工程建设标准.被动式超低能耗居住建筑节能设计标准.DB37/T5074-2016

  [18]山东省工程建设标准.建筑气密性能检测标准(风机气压法)

  [19]黑龙江省工程建设标准.被动式低能耗居住建筑设计标准.DB23/T2277-2018

  [20]北京市地方标准.超低能耗居住建筑设计标准.DB11/T1665-2019

  [21]河南省工程建设标准.河南省超低能耗居住建筑节能设计标准.DBJ41/T205-2018

  [22]中国建筑节能协会团体标准.夏热冬冷地区超低能耗住宅建筑技术标准(征求意见稿)

  [23]湖南省工程建设标准.湖南省被动式超低能耗居住建筑节能设计标准(征求意见稿)

  [24]湖北省地方标准.被动式超低能耗(居住)绿色建筑节能设计标准(征求意见稿)

  [25]中国建筑玻璃与工业玻璃协会.被动式超低能耗建筑透明部分用玻璃. T/ZBH012-2019

  [26]中国材料与试验团体标准.被动式低能耗居住建筑新风系统技术标准. CSTMLX032500325-2019

  [27]被动式低能耗建筑产品选用目录(第八批),http://www.sino-cec.com/news_view.aspx?TypeId=4&Id=1336&Fid=t2:4:2



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