我國發展被動式建筑的障礙因素及對策分析

 

 

      1 引言

 

      以二氧化碳為代表的溫室氣體，導致地球不斷變暖。應對氣候變化、倡導低碳生活已成為全人類的共識。在這種共識下，低碳經濟得到迅速發展，低碳建筑成為繼綠色建筑、可持續建筑等之后備受關注的熱點問題之一。然而，和綠色建筑、可持續建筑一樣，低碳建筑的概念過于寬泛，現實中沒有相應的設計標準及評價體系，不能夠給建筑師以最大的設計指導。因此，有必要重新使用“被動式建筑”這一概念。被動式建筑以被動式技術的使用為核心，重構人、建筑、氣候之間的關系，改變現有的建筑建造模式，實現建筑全生命周期內的低能耗，最大限度地減少溫室氣體排放。在我國發展被動式建筑，有利于推進實現建筑低碳化。

 

      2 被動式建筑的概念及歷史

 

      被動式建筑并不是一個新概念。“被動式”是英文“passive”的直譯，原意為誘導、順從，取其“順其自然”之意。如果將被動式建筑界定為“順應自然界的陽光、氣溫、風的自然原理，盡量不消耗常規能源的建筑”，那么被動式建筑的歷史可以追溯到狩獵及農耕文明時代。

 

      2.1 被動式建筑的產生階段

 

     早在新石器時代，人類在有條件的地方挖掘窖穴、營造半地下洞穴；進入到農耕文明之后，人類結合當地條件，利用木、竹、草甚至大型動物骨骼做材料，運用各種被動式手段建造屋宇，如愛斯基摩人將穴居與火塘組合建造成冰屋、印第安人的Montezuma 堡壘等。這一時期生產力水平相對低下，人類要不斷地與自然斗爭，來維持本身的生存。在屋宇建造過程中，人們一直不自覺地運用當地資源，依據當地氣候條件來進行，人們對自然主要是氣候因素（氣溫、日照、風速、風向等）的應對呈現出一種被動的關系，同時與地球環境保持著基本平衡關系。這一時期的建筑可稱為“樸素的被動式建筑”。

 

      2.2 被動式建筑的發展階段

 

      工業革命之后，特別是進入二十世紀二三十年代后，人們在科學技術上取得了突飛猛進的發展，自然對人類的威脅已越來越弱。隨著采暖與制冷技術的成熟，人們可以主動地控制室內溫度和濕度，滿足人們的舒適要求，這使得氣候因素逐漸從建筑設計中隱去。然而這種背離氣候的建筑模式消耗和浪費了大量的能源，帶來了巨大的環境變化。環境主義者甚至認為，人類反而開始威脅自然，全球性的生態環境的破壞便是例證，因此，人類應該通過文明活動來保護自然。這一思潮也反映在建筑領域。1933年，美國建筑師William Keck 和Fred 設計建造了通過南向窗戶進行太陽能采暖的住宅，并第一次提出了“太陽房”的概念。自此，許多美國建筑師致力于被動式太陽能建筑的研究工作及優化設計，編寫了設計手冊及建筑圖集，并建成了一批較具影響的被動式太陽能示范建筑。

 

      2.3 被動式建筑的成熟階段

 

      二十世紀八十年代以后，能源價格降低、公眾財富積累等因素削弱了美國社會各界對被動式太陽能建筑的興趣，因此被動式建筑的研究與實踐轉移至歐洲各國。1988年，瑞典的Bo Adamson 和德國Feist 想設計一種不需要“采暖空調主動供冷熱”的房屋（passive house 被動房）。此后二十年間，他們展開了系統研究與測試，形成了一整套被動式建筑的技術和施工規范。然而也許是由于語言關系，被動式建筑理念在很長一段時間內并沒引起人們注意。直到2005 年，世界能源價格的大幅上漲之后，被動式建筑由于其具有獨特的研究出發點和逐漸成熟的設計、建造和評價體系，在歐洲國家受到青睞。2009 年，被動式建筑被部分歐洲國家確定為國家建筑標準或未來城市發展規劃，歐洲議會也提議新建建筑必須符合“被動式住宅”的標準。

 

      3 我國發展被動式建筑的障礙因素分析

  

       發展被動式建筑已逐步成為建筑界的主流趨勢，而現階段，被動式建筑的基礎研究、設計理念、投資回收期等諸多因素阻礙了其在我國的發展。

 

      3.1 被動式建筑基礎研究工作不足

 

      被動式建筑的本質在于在特定的地域氣候和太陽輻射條件下，在建筑物能夠“自然”運行情況下，室內的空氣溫度、相對濕度、氣流速度和平均輻射溫度等四個參數的組合，能夠在相對較長的時間內滿足人體基本熱感覺的需求，當不能滿足時，需要供給的熱量或冷量相對較小。進行被動式建筑方案設計時，必須具備基本的設計基礎條件，主要包括準確可靠的室內外設計基礎科學數據、適宜的建筑熱工設計和室內外風場計算理論和方法等。而這些設計的基礎條件是建立在建筑氣候能源資源的分布規律、建筑室內熱舒適需求等相關科學研究之上。而目前國內學術界未從根本上研究解決被動式建筑設計中的這些基礎科學問題，導致了被動式建筑設計標準缺失，在很大程度上阻礙了其發展。

 

      3.2 被動式設計未被足夠重視

 

      被動式建筑要求建筑師在建筑方案形成階段，結合氣候因素，對建筑布局、朝向、能源系統等進行合理決策，形成綜合能耗、環境與建筑藝術的方案。然而現代建筑室內熱環境的調控理論及方法是建立在“能源與資源無限、自然環境容量無限”理念之上，通過制冷與供熱設備，實現人們對建筑室內空間熱環境的需求。加之現行的我國建筑節能設計標準并未考慮被動式設計的因素，因此多數建筑師在設計過程中把氣候問題作為一個可有可無的參數，忽視甚至放棄地域氣候和太陽輻射資源對建筑室內熱環境的調節作用，將更多的注意力集中在建筑空間的功能以及美觀等方面，認為節能是暖通空調設計師的責任，這種思想一定程度阻礙了被動式建筑在我國的推行。

 

      3.3 被動式建筑投資回收期不明確

 

      根據國外被動式建筑發展的經驗，建造被動式建筑比普通建筑經濟成本高。A.Audenaert等學者針對比利時被動式建筑、低能耗建筑及標準建筑進行了經濟分析，他根據調研案例分別做出了能源價格變化情況下的三類建筑的盈虧平衡時間（Break-even time）表，分析表明：當建筑使用第19年時，被動式建筑能耗和常規建筑能耗相等；第24年時，被動式建筑能耗和低能耗建筑能耗相等；以后的時間里，被動式建筑總耗能低于其他兩者（如圖1所示）。因此，長遠來看，初期額外增加的建造成本能夠在可以預見的時期內通過減少采暖等費用支出而得以回收。

 

      但由于被動式建筑在我國屬于新興事物，建造成本增加會使得被動式建筑在市場上處于不利地位，而具體到各地區，被動式建筑是否經濟合理、能給消費者帶來多大的經濟效益、投資回收期有多長等尚不明確，從而使得建筑開發商及社會公眾不愿主動接受被動式建筑。

 

      3.4 政府經濟激勵政策缺失

 

      目前，我國被動式建筑的發展處于起步階段，對于國內的大多數人來說，這一概念還是較為陌生的。國家有關發展被動式建筑的政策尚未建立，政府部門所制訂的節能減排措施，主要針對我國“貧油、少氣、多煤”的能源構成而形成的以煤炭為主要消耗能源的多污染結構，而對于發展被動式建筑，尚未制訂相關政策。對由于建造被動式建筑而節約能源的相關企業及人員并未有相應的減免稅收、給予補貼或其他的激勵措施，對于設計不結合氣候的建筑也沒有采取相應的強制性措施，從而也導致建筑設計師、開發商、消費者等各利益相關主體都不愿接受被動式建筑。

 

      4 我國發展被動式建筑的對策建議

 

      發展被動式建筑，既要充分利用市場調整供需，又要借助政府的力量，采取行政手段，完善相關的法律法規，最終形成政府主導、市場運作、社會參與的良好發展格局。

 

      4.1 加強被動式建筑的基礎研究工作

 

      國內對被動式建筑的理論研究相對較少，概念界定較為模糊，基礎理論研究缺乏。同時，現有的被動式建筑的標準大部分是基于歐洲冬冷夏涼地區的中性氣候特征制定的。我國地域遼闊，從南到北覆蓋了多個氣候區，氣候變化大而且很多地區屬于寒冷或酷熱的極端氣候區，這意味著現行的被動式建筑標準有可能難以實現，因此必須立足于國情，確定有效的變通范圍和具體參數，制訂符合我國地域特征的被動式建筑的設計標準。

 

      4.2 重視被動式設計

 

      設計師是建筑的靈魂，被動式建筑必須依靠被動式設計才能夠實現。我國傳統建筑大都體現出被動式設計的原理，如北京的四合院，通過環廊、影壁的圍合形成小氣候，達到冬暖夏涼，實現節能與舒適。因此，發展被動式建筑，需要建筑設計師尊重自然，結合當地的氣候特征，根據不同氣候區的太陽輻射、溫度、濕度和風等各個因素不同，使建筑布局、空間形式、構造等方面顯示出對氣候的適應性，從根本上降低能耗。

 

      4.3 建立科學的建筑經濟評價體系

 

      利用建筑能耗模擬等技術，運用英國學者約翰•埃爾金頓（John Elkington）1997 年提出的三重底線評價（TheTripleBottom Line）理論，從經濟效益、社會效益及環境效益三方面對建筑全生命周期進行綜合評價。建筑的全壽命周期，不僅包括從項目選址、規劃、設計、施工到運營的過程，還應在此基礎上向前及向后延伸，向前延伸至建筑材料的開采到運輸、生產過程，向后延伸到建筑拆除后垃圾的自然降解或資源的回收再利用。

 

      4.4 制訂有效的經濟激勵政策

 

     國外經驗表明，政府的認可和支持是被動式建筑得以推廣的重要保證。歐洲各國政府在推廣被動式建筑的初期，給予被動式建筑樣板房及示范工程的家庭提供近兩萬歐元的資金支持。美國的財政補貼、日本的貸款優惠制度等都是國家利用經濟手段推動被動式建筑的主要政策。我國各級政府應借鑒國外被動式建筑發展經驗，制定相應的減免稅收、貼息貸款等經濟激勵政策，創新投融資體制，籌措開發被動式建筑的資金，推動其發展。

 

      5 結語

 

      被動式建筑基于全新的自然觀、科學觀及建筑觀，尋求人、自然、建筑的和諧統一，將焦點深入并鎖定到建筑設計的過程中，強調通過被動式技術的使用以實現綠色建筑、可持續建筑及低碳建筑所設定的目標，從而成為實現上述建筑類型的根本途徑。因此，重新使用并重視被動式建筑這一概念，建立被動式建筑的理論框架、設計標準、設計策略及評價體系，制訂并實施科學合理且可操作性強的經濟激勵政策，勢在必行，且意義深遠。