◎本刊主筆 劉國偉
【今年3月10日，第22屆國際被動房大會在德國慕尼黑落幕。到了2019年9月，這一盛會將首次走出歐洲，在我國河北高碑店市召開，這一關係到未來節能型人居建築走向的大會受到世界矚目。那麼，什麼是“被動房”？被動房與綠色建築是什麼關係？各國的被動房又各有什麼特色呢？】
冰島傳統民居——草皮屋可以視為中世紀的被動房，雖然缺乏足夠多的通風窗戶，但隔熱性保證了室內熱量流失少
關於被動房的定義，著名的獨立研究機構德國被動房研究所（PHI）認為，被動房就是可以獨立地從建築的功能結構中獲得能量的房子，房子可以利用能量交換的方式對空氣進行處理，獲得舒適的室內溫度和高質量的室內空氣。2010年9月美國《紐約時報》給出的定義更加簡潔：“在節能上實行嚴格的推薦性標準，能夠減少室內生態足跡的建築物。”可以說，被動房是一種兼顧能效和最佳舒適度的設計理念和綜合方案。
封閉的人工環境太耗能源
回望人類居住環境的歷史，可以說是一部人與各種不利的環境條件做鬥爭的歷史。從20世紀以來，人類似乎逐漸在這種鬥爭過程中佔據了優勢，各種各樣的取暖和製冷設備在很大程度上解決了室溫問題。可是，人工環境不僅消耗了驚人的資源和能源，也讓人們日益遠離自然。部分環保學者和建築師們從歷史和現實經驗中汲取營養，努力探索低能耗的生態建築和綠色建築。
地球上許多地區的古老民居，能夠依靠自身的建築結構營造出相對適宜的生活環境，耗能極少甚至不耗能，與周圍自然環境和諧共生。在中國、伊朗和冰島等地，兼具地域文化特色和實用性的民居設計至今隨處可見，這些建築為瑞典隆德大學的阿達姆森教授的研究項目提供了思路。多年前，他在研究中將這類建築稱為“被動房”，認為可以將這些早期的被動房技術手段引入歐洲。
有趣的是，1883年在挪威建造的一艘船——著名的極地探險科研船弗拉姆號，具備了被動房的主要功能。該船牆壁和甲板很厚，使用了多層材料，窗戶由3層玻璃構成。在酷寒逼人的北極，弗拉姆號憑藉優秀的保溫構造保持了艙內舒適的溫度。在1897年的《極地之旅》一書中，探險家弗裡喬夫·南森稱船體中使用了大量毛氈，“溫度計指向零下22度時，爐子裡也不用生火，只有一盞燈在亮著。我正在考慮把爐子拆走，它在那裡礙事。”
1894年深入北極的弗拉姆號科研船。該船的艙壁厚度達四五十釐米，保溫性極好，甲板上的風車能夠發電。
室內人和動物的熱量也用上
20世紀70年代的石油危機給歐美髮達國家帶來了巨大的現實壓力，節能技術這時開始發力，給被動房的發展提供了契機。1973年，丹麥技術大學的考斯嘉德教授在校園裡設計了一座零能耗房屋。該建築後來被用作大學的賓館。不過，該建築的技術設備在出現缺陷後沒有更新。
1974至1975年，H.豪斯特和B.斯坦恩穆勒在德國建造了超級隔熱實驗房，房間內配備了地熱換熱器、可控通風、太陽能和熱泵技術。
德國被動房研究所（PHI）認為，上述早期被動房存在如下主要問題：對氣密性的重要性缺乏認識；缺乏高性能窗戶的解決方案，由於早期被動房的窗戶通常很小，或者必須用臨時絕緣材料覆蓋，習慣了大窗戶的人們對此難以接受；所用技術的能效缺乏可靠性，維護複雜。
圖為夜間熱成像相機拍攝的兩棟建築對比：左邊傳統建築的熱耗散量大，右邊被動房的熱耗散量小。
如今的被動房，則需要滿足如下幾個關鍵標準，例如每年一平方米的單位使用面積採暖耗能不超過15度電；所有家用設備（採暖、熱水和家電等）的總能源需求不超過每年一平方米120度電；在熱舒適性上，一年中高於25℃的小時總數不得超過10%。
以冬季為例，從細節上看被動房將自身內部的固有熱量應用到了極致：除了使用來自陽光的熱量，照明燈具和家電設備（不包括專門的加熱器）產生的廢熱以及建築物內的人和動物產生的熱量都可以被利用起來。
德國：1991年的試驗建築還在用
1991年，在德國達姆施塔特建成了具有里程碑意義的被動房試驗建築，這是一座4戶聯排住宅，每戶156平方米，至今4個家庭居住在裡面，對房屋的隔熱構件、熱回收、用戶行為和室內空氣質量的監測計劃為相關研究提供了豐富的信息。由於採用了成熟的隔熱窗框和通風技術，1991年以來整座建築的平均能耗，大約每年一平方米少於12度電，比傳統建築節省了九成能耗，室內空氣質量一直非常好，現場測量和用戶調查證明舒適度很高。
前面提到的被動房研究所是由被動房理論奠基人沃爾夫岡·費斯特在1996年建立的，他自任所長。在能源效率、減排空氣汙染物以及在房屋中使用新型能源等方面，該研究所為公眾提供指導。20世紀90年代末，該研究所參與歐盟的“歐標經濟型被動房計劃”，在奧地利、法國、德國、瑞士和瑞典共建造了220套被動房。
1991年在德國達姆施塔特建成的這處被動房，是一座4戶聯排住宅，至今仍在正常使用。
歐盟：新建築都要求近零能耗
尤其值得一提的是奧地利的福拉爾貝格州，自2007年起，當地政府就強制要求一切在建房屋都必須是被動房。在瑞士，建造被動房的開發商和個人得到了政府、法律和信貸等部門的大力支持。2010年，歐洲各種類型的被動房已有約2.5萬套，目前仍在穩步增長中，從分佈上看絕大多數位於德語國家和斯堪的納維亞半島。
地處北歐的瑞典、丹麥等國由於採暖期更長，冬季更寒冷。這些國家都在德國被動房的基礎上，提出了本國被動房指標體系，調整了採暖負荷和採暖需求，表現出一定的靈活性。
歐盟不但起步早，而且步子邁得也更大。2010年6月，歐盟出臺了《建築能效2010指令》，規定2018年12月31日起，所有公共建築都得是近零能耗建築；從2020年12月31日起，成員國所有新建建築都是近零能耗建築。
近零能耗建築強調通過建築自身的各種設計，大幅度降低建築供熱供冷的能耗需求，使能耗控制目標絕對值降低，這也可以理解為被動房。實際上，歐盟國家在建設被動房方面用了各種各樣的名稱。
美國：被動房建設節奏加快
20世紀80年代，著名替代能源專家艾默裡·洛文斯則在美國科羅拉多州的老斯諾馬斯為落基山研究所（RMI）建造了一座太陽能被動房。當地海拔2164米，即使在冬天，熱帶植物在室內照樣開花，爐子很少使用。業界從這些項目中取得的經驗大大推動了被動房研究。
美國落基山研究所在科羅拉多州巴索爾特的新總部內部
美國落基山研究所在科羅拉多州巴索爾特的新總部，這是陽面一側的落地窗。該建築的氣密性在全美名列前茅。
儘管美國在早期被動房研究中取的了不俗的成果，但被動房建設相對歐洲要晚啟動。2003年，北美洲的第一座被動房在伊利諾斯州厄巴納建成，第一個獲得認證的被動房於2006年在明尼蘇達州伯米吉市建成。除了新建被動房，對舊房子進行改造也是建築節能的重要內容，加州的索諾瑪成為美國第一個獲得認證的被動房改造項目所在地。
近年來，美國被動房建設節奏明顯加快：2010年8月美國只有13座經過認證的被動房，2017年已有1200多座了，總面積超過了9.3萬平方米。
美國第一個獲得認證的被動房位於明尼蘇達州的伯米吉市，是在2006年獲得認證的。
日本：玻璃外牆加入太陽能電池
為了追求被動房節能的極致境界，一些企業下大力氣進行嘗試和挖潛。
曾經在日本建築物綜合環保性能評估獲得最高等級的大企業戶田建設，有三項比較有特色的技術受到各方關注。
其一是在建築外牆的雙層中空玻璃之間加入太陽能電池的技術，其太陽能電池是透射型薄膜類非晶硅太陽能電池板。一般情況下，城市地區由於地價高昂等原因，平攤設置太陽能電池板是一種奢望，樓頂空間又非常有限。戶田建設提出的解決方案，就是採用透射型太陽能電池板，讓外牆採集自然能源，還能保證建築內採光。
其二是將自然光用於直接照明的“光導管”技術，將從屋頂採光部位進入的自然光通過鏡面狀導管引入室內，以儘量少的折射次數將光線送到各樓層，減少亮度衰減。
其三是利用淺層地熱能。在位於建築地基樁中設置冷溫水管，以用於大廈內的溫度調節。
任何被動房設計都高度重視太陽光線和熱量的利用，日本大成建設公司在橫濱的這棟建築外牆上佈滿了太陽能電池
中德攜手推進被動房建設
2008年，我國開始引入以德國為代表的歐洲被動房的理念。2009年，我國與德國聯合啟動了“中德被動式低能耗建築示範工程”，包括秦皇島“在水一方”、哈爾濱“溪樹庭院”以及“河北省建築科技研發中心”等示範項目。這些項目 2015年6月通過了中德雙方的質量驗收。
在採暖季，“在水一方”依靠太陽輻射、房屋內人體散熱及做飯燒水等日常活動所產生的熱量就可使室內溫度維持在18℃以上；遇到極端嚴寒天氣時，開啟帶有高效熱回收冷暖空調一體機進行輔助加熱，可使室內溫度繼續維持在18℃以上，完全滿足人體舒適度要求。在節能、室內二氧化碳濃度、相對溼度、噪音等指標上，不僅能滿足國內的節能設計標準，而且符合德國被動房標準。
德國被動房理論奠基人沃爾夫岡·費斯特教授對中國被動房發展的態勢非常讚賞，他說：“中國在未來的幾十年將興建最大規模的新建築群。每一個新建築群都在供暖和製冷方面對能源提出額外要求。值得高興的是，中國正在認真地為從根本上發展節能建築而努力，這也提高了在全球實現應對氣候變化目標的可能性。”
（本文寫作過程中參考了被動房研究所、被動房網、美國《紐約時報》和《參考消息》等網站的信息，在此一併致謝。）
【環境百科】
被動房
受上世紀70年代兩次石油危機影響，節約能源成為歐洲各國的共識，而建築節能則是一個重點領域。在此背景下，瑞典隆德大學的博·亞當姆森（Bo Adamson）教授，與德國達姆施塔特房屋與環境研究所沃爾夫岡·費希特（Wolfgang Feist），聯合提出一種新理念：要在不設傳統採暖設備，僅通過太陽輻射、人體放熱、室內燈光、電器散熱等自然得熱方式的條件下，建造冬季室內溫度在20攝氏度以上，且具有必要舒適度的房屋。這種房子因為不靠主動式機械採暖系統來供暖，所以稱為“被動房”。
進入新世紀，基於建築節能所需，被動房理念引入中國。國家建設部（住建部前身）將其正式名稱定為“被動式超低能耗建築”，具體定義是：把自然通風、自然採光、太陽能輻射和室內非供暖熱源得熱等各種被動式節能手段，與建築維護結構高效節能技術相結合而建造的超低能耗建築。（江凌/整理）
網編：吳燕芳
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