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歐洲典型國家低能耗建筑和被動房標準現狀

發布時間:2018-10-15 點擊數:431

提要: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,約占居住建筑能耗的70%,公共建筑能耗大50%。由于建筑節能的成本收益相對于其他行業(工業、交通)更高,因此建筑節能成為歐盟實現其減排目標的優先發展領域。


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  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,約占居住建筑能耗的70%,公共建筑能耗大50%。由于建筑節能的成本收益相對于其他行業(工業、交通)更高,因此建筑節能成為歐盟實現其減排目標的優先發展領域。


  2007年3月歐盟國家與政府首腦會議提出了三個“20%”的節能減排目標: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)的發展,超低能耗建筑是個廣義的概念,包括能效高于國家現行標準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。在被動房的基礎上,歐盟還進一步研究與發展零能耗建筑和產能房建筑(或正能效建筑)的概念,這已代表了未來建筑節能的方向。


  低能耗建筑在歐洲各國的定義都不太統一,通常指能效高于國家現行標準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能技術構造最佳的建筑圍護結構和室內環境,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、太陽能輻射和室內非供暖熱源得熱等來實現室內舒適的熱濕環境和采光環境,最大限度降低對主動式機械采暖和制冷系統的依賴或完全取消這類設施。


  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采暖。1991年德國在達姆施達特(Darmstardts)市Kranichstein區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,目前德國已經有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,而且可應用于辦公樓、學校、幼兒園等建筑類型。


  零能耗建筑和產能房是歐洲建筑節能研發和應用的前沿領域。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部得熱和可再生能源供應。產能房(或正能效建筑)是指年能源產業大于能源消耗,多余的電力輸給公共電網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狀


  被動房標準是歐洲各國在低能耗建筑標準基礎上發展起來的,歐洲節能減排發展較好的國家已經建立了相應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展狀況。


  1、瑞典 


  瑞典目前執行的建筑節能規范是2009年修訂后的BBR16,該規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文件。FEBY是瑞典能源署資助的機構,其合作成員包括瑞典環境研究機構(IVL),ATON技術咨詢公司,隆德大學、瑞迪技術研究院(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,并進行了適當的調整以符合適應瑞典的氣候條件和工程的經驗和做法。根據FEBY的規定,被動式——低能耗建筑的認證有兩個選擇,一個是規劃設計認證,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標準。建筑運營核證需由第三方執行。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。瑞典將氣候區劃分為三個,瑞典北部屬于氣候一區,瑞典中部屬于氣候二區,南部屬于氣候三區。根據氣候區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(用于新風系統或采暖)。


  2、挪威 


  挪威現行的國家建筑節能標準是TEK,最新版本是2007年修訂的TEK07,它規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定,而是又挪威標準委員會專門起草一個關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,并根據挪威的氣候特征和施工標準進行了本土化的調整。該標準強調與瑞典和歐洲標準的一致性,避免大的變動。標準規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。


  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比重的逐步提高,丹麥明確了未來能源發展的方向: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年能源執政協議》。該協議提出了一攬子行動計劃,旨在實現2050年“100%依靠可再生能源供應”的目標。其中2020年的主要預期目標為:


  (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,區域供熱區內的現有建筑自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,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,預計將建筑能耗降低到2006年水平的75%。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,芬蘭的建筑規范中的C3(建筑保溫、D2章(建筑室內環境和通風)及D3章(建筑能效)進行了修訂。該規范中提到了低能耗建筑但沒有規定相應的限值,只是有推薦的最大熱損失值。由于該規范對低能耗建筑只有一個推薦的指導值,因而規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、制冷和輔助設備用能)。芬蘭的被動房的是基于德國的被動房標準并根據芬蘭的氣候區進行了調整。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。


  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到2012年進一步修改建筑節能條例(EnEV),共經歷了六個節能階段,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,在此基礎上,到2020年和2050年,采暖能耗應分別再次降低20%和80%。日本發生福島核電站事故后,德國率先宣布放棄使用核能(占其能源總供應量的40%),并于2011年提出了新的房屋節能目標: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,所有房屋節約80%的一次能源。發展被動式房屋是德國實現上述目標的基礎,可為德國節省近40%的社會終端能耗。在被動式房屋的基礎上,德國還將進一步研究產能房屋(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-德國復興信貸銀行節能房屋70和節能房屋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RAL-GZ965標準認證的,其規定低能耗建筑的傳熱損失要比現行的EnEV2009低30%,同時對其它的指標例如保溫、氣密性和通風系統進行了更嚴格的規定。該認證體系對低能耗建筑的認證也分為兩類,一是規劃設計認證,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的能效指標。德國被動房研究所(PHI)是對被動房及其構件進行認證的權威機構之一。德國被動房與按EnEV設計的節能建筑不一樣,前者由PHPP進行模擬的計算和認證。PHPP是個工具包,包括對建筑圍護結構構件的U值計算、能源平衡計算、設計舒適的通風系統、計算供熱負荷等。該軟件包括了許多歐洲國家的氣象數據,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,也對建筑服務系統,如熱交換器、熱泵進行設備認證。被動房的造價比按照德國EnEV2009建造的常規節能建筑,單位面積增量成本約高150歐元(Wuppertal氣候環境與能源研究所),其中窗戶和通風系統增量成本占比較大,其次是保溫隔熱系統。


  (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,對應的是一次能源需求。該類建筑沒有相應的認證體系,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,但沒有技術系統方面的特殊要求,技術路線要仍是參照德國EnEV的要求。


  (4)德國復興信貸銀行節能房屋


  德國復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,能效指標的參考數值依據EnEV規定的一次能源需求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,即德國復興信貸銀行節能房屋70和85,以前被稱為kfw-40,kfw-60。Kfw85和Kfw70指在EnEV2009 的基礎上能效分別提高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《節能條例》中規定的參考建筑計算值70%,二是建筑圍護結構傳熱損失不能超過2009年版《節能條例》中規定的參考計算值的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的基礎上能效分別提高40%和60%,接近被動房的能效水平。


  6、奧地利 


  奧地利有9個州,各自有自己的建筑法規。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,分別是規劃和竣工驗收,能源供應,建筑材料和施工,空氣質量和舒適性。每個分項都列出了相應的評價標準,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的分數。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,并呈上升的發展趨勢。從2015年,奧地利只有被動房建筑可享受政府補貼。


  7、瑞士 


  瑞士的建筑節能國家標準是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”,并出臺了指導文件SIAD 0216,旨在促進可持續建筑的發展。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,室內環境、生活熱水、燈光、暖通設施的安裝規定了相應的限值和要求,該指導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,還加入了保持環境和健康的可持續性的標準。健康涉及到采光、噪音、室內空氣等細則,而環境標準涉及到環保建筑材料的生產、建筑材料的循環利用和可再生能源優先利用,易于拆遷的建筑材料的循環利用等。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《可持續建筑規范》含有對可持續建筑評價分級的內容。該評價標準將可持續建筑分為六級,第六級是最節能和可持續方面水平最高的建筑,被認為達到“零碳”水平。評價內容包括能源和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等幾個方面,也類似國內的綠色建筑評價。自2008年開始,英國所有的新建保障住房必須達到可持續建筑的三級水平,而對于商業開發建筑,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能標準開始,經歷了“三步節能”過程,新建供暖居住建筑在1980—1981年住宅通用設計能耗的基礎上,于1986年,1995年和2005年分別將建筑能效提高了30%,50%和65%。我國除了建筑節能的設計標準外,還有《綠色建筑評價標準》以推動綠色建筑在我國的發展。綠色建筑評價等同于歐洲的可持續建筑評價,其指標除能效評價外,還涉及節地、節材、節水等方面,體現了建筑與生態環保和資源節約的密切關系。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的規定,也是國家財政補貼的主要對象。目前,我國對于“三步節能”以后的規劃尚未有足夠的統一認識。住房和城鄉建設部每年評審全國范圍低能耗建筑示范項目,其規定是必須滿足強制節能標準的基礎上,對能耗控制有創新有突破,比當地現行節能設計標準的設計節能率再降低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,對于室內環境、能耗限值沒有相應的規定。國家還未有針對超低能耗建筑的補貼和激勵政策,更關鍵的是缺乏實現超低能耗建筑的技術手段和產品,相關產業和施工工藝比較滯后。


  因此,我國借鑒歐洲國家的經驗,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的特點,做適應性的調整,不能完全照搬歐洲的經驗和數據。超低能耗建筑標準體系的建立將為我國建筑節能標準規劃和預期確立努力的目標,為建筑節能標準的逐步提高提供技術儲備,帶動建筑節能產業的升級換代,促進施工工藝的精細化革命。


 
曾道人四肖中特