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德国被动房公开课 | 德国被动房中国化的若干思考及未来建筑发展趋议

发布时间:2020-07-09 | 点击次数:

在前段时间发布的八节课里,菲斯特教授为我们带来了较为系统的德国被动房基础理论系列课程,德国被动房为我们对建筑的认知带来了一个新的视角,这一新视角将逐步改变人们对传统建筑的观念。在这里我们结合沈阳建筑大学的实践经验,对德国被动房的理解做以阶段性总结,希望大家能够客观地看待一个外来的新生事物。

第一,德国被动房可以说是一种标准,也可以说是达到某种标准的建筑。德国被动房所关注的指标不仅仅是建筑能耗,他还关注室内环境的舒适度和可再生能源利用等,而不是简单的只关注建筑节能,只是在我国被动房正好在建筑节能领域里开展这项工作而已。很多人在听到广告宣传后,误认为德国被动房放之四海皆准,实际上是德国被动房的物理规则是放之四海皆准的。很多人听说被动房不用采暖,这是一个错误的广告宣传引导,实际上被动房是需要主动式的暖通空调系统的,只是采暖制冷的负荷相对较小,小到比原来普通的建筑节约了90%的能源,就实现了较高的舒适度。

第二,实现德国被动房标准的技术路线有很多种,不仅仅是做到德国被动房所提倡的五要素能够实现德国被动房标准。俗话说条条大路通罗马,只要掌握了基本的建筑物理规则,进行好建筑的能量平衡计算,还有很多技术措施可以实现这一标准。但是,非常重要的一点,德国被动房研究所关于建筑围护结构的理论和设计要求是完全可以借鉴的,这是通往零能耗建筑的最经济可行的道路。正如我们沈阳建筑大学所做的示范建筑,除了建筑围护结构按照德国被动房要求设计外,暖通空调系统都是中国本土的系统,我们没有完全拘泥于德国被动房的技术路线,但也能够实现和被动房一样的节能效果。

第三,很多人认为被动房建筑开窗是不是都很小,而且不能开窗通风。实际上被动房并没有这样的要求,建筑技术是为建筑服务的,是为人服务的,被动房的外窗只是性能高了一些,安装方式改进了一些,但外窗仍然是可以开启的,您也可以根据自己的审美和建筑师的设计风格进行自由的建筑设计,只是外窗的传热系数较大,如果采用较大面积的外窗会增大热损失。如果建筑设计中外窗面积较大,还可以通过提高不透明围护结构的保温性能加以弥补,总之,建筑的能量是平衡的,外窗这里多损失了一些,可以通过加强外墙、屋面等部位弥补回来,从而实现总的能耗指标不变。

第四,建筑外门窗的安装是格外需要注意的。建筑外窗的安装位置是与窗框和洞口间的线性热桥大小有关的,外挂安装外窗是线性热桥最小的方式,但是这只是外窗安装的一个设计要求,我们还要考虑其他的设计要求,比如在建筑的使用过程中外窗的更换与拆卸问题,外窗应便于在室内一侧安装或拆卸,因此,窗框尺寸应略小于窗洞口尺寸,且固定窗框的锚栓或螺钉的安装方向应为从窗框内侧穿向外侧,而不宜从外向内。在被动房中,外窗是单位面积造价较高的建筑部品,安装的方式尽量简便,并且配件要尽量少,否则外窗的安装成本将会更高。外窗的安装是非常值得研究的,其构造设计和施工方式均有较大提升空间。

第五,慎重推广“提高建筑气密性”这项技术指标,课程中我们反复强调过,我国室内装饰装修建材环保等级的要求并不是非常严格,过高的气密性会导致室内空气品质非常糟糕,让人感觉憋闷。对于重点项目可以通过不断地机械通风来保证室内空气品质,而对于广大农村建筑和普通的城市居住建筑,这项指标在目前的中国还是不具备全面实施条件的。另外在高寒和严寒地区,由于室外环境温度过低,常常零下30多度,此时,即便新风机组的热回收效率达到100%,只要新风机组开启对于建筑来讲就是纯粹的热损失,而且对新风机组防冻的要求更高,因此,在严寒和高寒地区的技术路线要因地制宜,不能生搬硬套。

第六,技术适可而止,需要考虑成本,不宜舍本逐末。德国被动房让我们见识到了精工细作的德国工匠精神,也让我们看到了一扇外窗的安装都是那样的精致,保证气密性的贴膜又是那么的精细,小住宅类被动房的能量计算是那样的精准,这些都是值得我们学习的。但是在一个特定的历史时期我们依然要谨慎评估这些精致的做法对总体建筑能耗的贡献度,和因此带来的成本增加或其他室内环境问题。把建筑做得向航天器一样是非常精致的,但是并不具备大面积推广的可能性。因此,对技术的选择应该结合我国自身发展条件,抓住一个时期的主要矛盾、解决关键问题而且适宜推广才是我国该走的路。况且,就目前的全球经济形势而言,一段时期内建筑行业并不会享受到多少全球经济大发展的红利。所以,追求产品的高性价比依然是最务实的选择。

第七,复杂的技术问题宜简单化和本土化。比如德国被动房中要求的冷热新风一体机,这样一个复杂的机组对我们国内现有的产业来讲是一个较大的挑战,我国的企业很难在短期内研发出这样的设备,而且能够保证长期运行稳定。但是我们可以将复杂的系统简单化和本土化,比如供暖与新风系统分开,将采暖与制冷除湿分开。采暖可以采用北方地区较为普遍的地暖系统,在被动房中地暖的采暖热水温度只需要30℃就可以,这样既不改变我们的生活习惯,又方便了用户的操作,制冷依然可以采用空调系统,新风也可以采用独立的新风系统,这样就可以很简单地解决问题,也省去了对复杂系统的依赖。

第八,建筑室内环境具备可调节性是非常重要的,而室内舒适温度是因人而异的,有的人在20℃环境下嫌热,有的人在24℃时还嫌凉。比如我们在雄安建造的示范建筑,使用者在室内温度18-19℃时仍然不开启制热,因为使用者感觉温度正合适。再比如我们在沈阳市农村建造的绿色农房,清晨时分室内最低温度16.5-17.5℃,但是使用者依然感觉很舒适。如果一个城市的老年人生活在上述建筑中,那么可能会感觉冷,他可能需要将室温提升至25℃,这就需要暖通空调系统具备将室温提升至25℃的能力,因此,在暖通空调系统的选型和功率选择上宜适当考虑不利条件的可能,德国被动房的能量计算之精确让人叹为观止,但不宜过于精确地按设计值选取,万一哪年是个冷冬呢。

第九,任何一种外国理论到中国来,都需要和中国的实践相结合,德国被动房理论为我们打开了建筑节能理论与实践的另一扇门,穿过这扇门之后的技术道路并不会一路坦途,依然需要中国的自主创新。在中国历史上,任何外来理论都需要经历挫折、失败、沉淀、改良、中国化的长期过程,德国被动房也不会例外,未来难免有一些这样那样的问题会出现,但这些都不会影响德国被动房理论对我国建筑节能事业发展的启示和影响,正如伟大领袖毛主席所言“前途是光明的,道路是曲折的。我们面前困难还多,不可忽视。”

第十,自秦皇岛在水一方项目开始,德国被动房开启了在中国的实践,到目前已经发展到了第六七个年头,从最开始的三五十人参观学习,到如今成千上万人参加会议,从起初的十几位专家报告,到如今百余位践行者的交流,都体现出了我国建筑节能事业向高质量发展的长足进步,但是这与整个建筑业相比,被动房依然是“小众”领域。我们认为,拜师学艺和取长补短是成长的必经之路,只有站在巨人的肩头才能看得更远,但是若想持续地有生命力还需要中国自己的东西,这需要全行业的建筑人携手创新,博采众长,而不拘泥于装配式、被动式或主动式等流派。正如习近平总书记所提倡的,自主创新要聚四海之气、借八方之力,自主创新并不是关上门创新,而是开放的创新。

第十一,德国被动房理论首次将建筑学专业在建筑节能事业中的地位推到前所未有的高度,被动房精细化的构造设计与施工建造又突出了土木工程专业的作用,极小的建筑能耗和高气密性的建筑又给暖通空调专业对制冷制热和通风组织系统研发和组织设计提出了新的要求。因此,在建筑工程领域学科交叉创新非常重要,只有建筑学、建筑技术、土木工程、机械工程、暖通空调、可再生能源和信息与控制等专业的交叉融合才能产生较大的飞跃。这里特别强调一下建筑学科的作用,建筑学一直是行业的龙头专业,在方案初始阶段起主导地位,如果建筑学教育可以持续地加强对建筑材料、建筑构造和建筑物理的关注,那么以建筑学学生的智商和创意,如果稍稍用点心思学好这三门课程,可能将来就会从设计源头上改变行业内很多东西。

第十二,机械学科在未来建筑中的作用将会显著提升。2015年我国发布《中国制造2025》,遗憾的是里面没有提及建筑工业化,说明我国的建筑工业化距离中国制造还有一段距离。我们不禁要问中国建筑距离中国制造还有多远?要想像造汽车一样造房子,需要机械学科的思维,而不是建筑土木的思维。仔细思考我们身边的装配式建筑体系,钢结构建筑、轻钢结构建筑、轻木结构建筑、幕墙技术体系都是以机械连接为基础的力学体系,这些体系往往都可以通过设计软件直接驱动生产设备,将材料按设计图纸精确地加工生产出来,这就是机械学科介入建筑领域所带来的力量,而这些恰恰是中国建筑面向中国制造的必由之路,因此机械学科在未来建筑中的作用将会得到大大提升。

第十三,在未来的20年里,未来建筑将贯通诸多新兴学科领域,建筑将成为科技的载体,科技房产将继续引领建筑业发展,但是否依然是房地产企业作为主导仍未可知。中国制造将逐步延伸至中国建筑领域,可以预见未来的建筑将以工业制造的思维打通装配式建筑、被动式建筑、主动式建筑之间的边界,进而打通数字化建筑并与人工智能和物联网、云平台相衔接。像如今的智能手机一样,大量基于智能手机的APP将会是市场价值的体现,也改变着人们的生活。未来的建筑也将会成为这样的载体,各种系统或基于建筑构件的一体化设备和新一代智能家居设备将会植入到未来建筑中,每个家庭将会有一个信息操作系统,系统中记录着你生活中方方面面的信息,也富含着新一代的产业生态。

第十四,2019年住建部颁布的由中国建筑科学研究院牵头编制的《近零能耗建筑技术标准》是一部对未来建筑性能指标发展方向具有重要意义的国家标准,虽然只是一部引领性标准,但是标准编制得非常富有弹性,起到了良好的承上启下和继往开来的作用,为中国建筑的标准与性能逐步对接欧美奠定了发展基础和标准支撑,这部标准为建筑行业和产业发展明确了一个目标,产业内的科技企业将会围绕这些目标转型升级。任正非说过,人类文明的进步,往往是科学家有了发现与创新,政治家有了领导与推动,企业家有了产品与市场,全人类共同努力形成新的财富。目前在我国前两项条件都已具备,如果我们的企业家能够围绕目标产出高性价比的产品和服务,还能够在未来5-10年世界经济依然持续低迷的艰苦环境中生存下来,那么中国建筑将会在全球范围内迸发出非常强大的力量。

作为阶段性总结的最后,我们认为人才与教育在事业发展的过程中是至关重要的。没有人才整个事业就没有基础和保障,而人才恰恰是通过教育引导出来的。作为高等教育界的普通成员,我们认为应该为每一位想获取知识的人扫清知识传播的壁垒,可公开的基础原理知识应该无障碍获取,这样可能会引导一个人打开一扇门,通往属于他的另一番人生。在移动互联、万物互联的今天,这些知识的传播已经成为可能,只是需要更多的教师为教育事业投入一些精力,说不定您今天的些许努力,可以引导出将来的一位科技创新人才,这些工作我们认为都是值得去做的事。

最后,我们相信未来的发展可以用日新月异来形容,科技的进步会加快技术的迭代速度,组织的变化会释放出更大的生产力,我们认为只有更加开放的合作,才不会被时代所抛弃,再次感谢您的聆听!