当下, 人们对建筑的需求越来越侧重于自身实际, 有学者提出, 未来建筑必将越来越注重为居住者提供舒适环境, 保障其身体舒适与健康, 被动式建筑因具有与环境自然协调、环保节能、满足各种居民生活习惯等优势而成为未来建筑发展的必然趋势。被动式建筑与当下“适用、经济、绿色、美观”发展理念契合, 符合人们对健康建筑的指标要求。其中, 被动式建筑是绿色建筑产业发展的重要一环。从如今研究成果来看, 被动式超低能耗建筑在供暖需求地区更易实现, 其具有的节能优势被更多民众接受。被动式超低能耗建筑是利用保温隔热性能和气密性更好的围护结构, 采用高效热回收新风技术, 最大程度降低建筑采暖和制冷需求, 充分利用可再生能源, 适应气候特征和自然条件, 以更少能耗提供舒适的室内环境并满足绿色建筑基本要求的技术体系。

我国地域辽阔, 各地区的气候环境及民众的居住特点各不相同, 无形中提高了被动式超低能耗建筑设计的难度。实际应用中, 与其他被动式超低能耗建筑技术水平较高的国家相比, 我国在被动式超低能耗建筑设计中, 最难确保的是室内温度及新风量达标。欧洲国家为确保送风量常通过对建筑气密性进行严格要求, 借助机械通风手段确保建筑物新风量。在夏季, 我国建筑物内部环境温度要高于欧洲国家, 冬季则反之, 根据资料显示, 在冬季严寒及寒冷地区, 我国集中供暖地区的室内温度一般在18℃, 在夏热冬冷地区室内温度只有10℃甚至更低, 这些区域因供暖设施不普及, 建筑物内部湿度为60%～90%, 室内湿冷造成居住舒适度较差。在夏季, 利用开窗通风来降低室内温度是大多数民众的首选, 室内温度一般为25～32℃。如果在设计时过度追求欧洲国家提倡的“全空间、全时段”舒适理念则需大幅提升室内环境标准, 显然会造成建筑物能耗骤增, 与最初设计理念相违背, 故进行被动式低能耗建筑指标体系设置时应充分考虑我国室内环境标准和民众生活习惯, 营造出适合我国人民生活的舒适室内环境。

与欧洲一些国家相比, 我国横跨多个气候带, 各地气候差异较大。我国部分城市与德国城市间有巨大气候差异, 如表1所示。统一不同区域能耗要求而不考虑各地区不同气候条件显然不科学, 就纬度上来说, 柏林更靠近北极, 但从其冬季供暖温度上来看, 其与沈阳更接近, 供冷温度则与哈尔滨接近, 简单来说就是德国同纬度地区的城市比我国同纬度的城市气候条件更温和, 供暖为主、空调需求小。柏林夏季温度比北京夏季温度要低, 夏季最高温度低于19℃, 故德国大多数城市在夏季基本不需要空调, 但我国大部分地区夏季温度高达30℃左右, 一些城市气温甚至高达42℃, 故我国大部分城市在夏季存在空调需求, 另外, 从供暖及供冷温度来看, 我国不同区域的气候分布差异较大, 各地区城市间的供暖与空调需求不平衡, 故在我国实施统一的被动式低能耗建筑能耗指标不科学。

我国建筑特点和欧美国家存在较大差异。目前, 我国大多数城市内的住宅建筑多为高层, 且高层住宅比例不断增加, 而欧美居住建筑通常在3层及以下, 据资料显示85%的德国居住建筑为3层及以下, 只有15%为中高层公寓。与欧美国家相比, 我国建筑密度大、容积率高、公共空间大, 导致我国建筑能耗特点与欧美国家不同。据学者研究, 住宅空置率较高是对我国被动式超低能耗建筑指标体系影响较大的另一因素, 根据国家相关部门公布的资料显示:我国城市住宅空置率在20%～30%, 且有明显增加趋势, 在2013年北京对50个2011-2016年入住的小区进行调查后发现, 空置住房占比21.35%, 且空置率从市中心向外环逐渐提高。空置率过高会造成各户之间的传热损失大、集中负荷率低, 对建筑能耗产生不良影响, 故被动式超低能耗建筑技术体系应充分考虑我国建筑特点。

我国建筑的舒适度及保证率较低, 出现不同年代建筑能耗强度差异大的现象。资料显示:英国、法国、德国、意大利4国民用住宅的建筑每年单位面积能耗是35kg标准煤, 一次能源消耗量约285 (kW·h) /标准煤, 而我国城镇居住建筑每年单位面积能耗仅为14.5kg标准煤, 其中, 一次能源消耗量约118 (kW·h) /标准煤, 满足德国被动房一次消耗能源120 (kW·h) /标准煤的要求。随着人们生活条件改善, 我国建筑能耗强度将会进一步提升, 但目前来说, 其他欧美国家被动房指标体系中的一次能源消耗量是与我国建筑需求不符。

对被动式超低能耗建筑进行建筑保温设计时应结合不同地区供暖需求, 在实际应用中应最大限度提升建筑的气密性与保温效果。在寒冷及严寒地区, 外保温常使用挤塑聚苯板或硬泡聚氨酯板等高效保温材料, 以降低保温层厚度;夏热冬冷地区多考虑使用自保温系统, 运用蒸汽加气混凝土砌块、复合保温墙体等。例如, 哈尔滨辰能·溪院B4号楼项目处于严寒地区, 其屋面、外墙及地下室顶层均使用厚300mm的石墨聚苯板;成都天府新区工业园项目位于夏热冬冷地区, 该项目外墙使用陶粒发泡混凝土复合板, 公寓整体为装配式剪力墙结构, 使用预制复合夹心保温作外墙板, 同时在墙体内侧刷1层超薄保温隔热以提升公寓热工性能。

在建筑中, 房屋门窗对通风、照明及保温效果有重要影响, 门窗安装材料常可采用未增塑聚氯乙烯塑料、木材等保温性能较好的窗框材料, 泡沫胶、Low-E玻璃等, 在一些严寒或寒冷地区玻璃应使用3层, 其他地区一般使用双层玻璃即可。例如, 哈尔滨辰能·溪院B4号楼项目外窗采用单框双层中空Low-E玻璃 (内充氩气) 平开铝包木窗, U值为0.8W/m²;珠海兴业太阳城研发楼项目玻璃墙全部采用细条竖状玻璃, 功能如百叶窗有利室内通风, 且可见光透光率25%, 遮阳不影响自然采光。在夏季高温时, 80%热量被隔绝在室外, 室内保持舒适温度。

太阳能具有清洁无污染优点, 故在被动式超低能耗建筑中常通过太阳能技术来达到节能降耗目的。通常通过在屋顶设置太阳能系统, 将光能转化为电能为屋内电气设备供电。例如2016年珠海兴业太阳城研发楼项目被称为“冬暖夏热”地区最具代表的被动式超低能耗绿色建筑。该项目使用40余项创新技术与10多项关键技术, 在建筑上设置光伏幕墙, 光伏系统年均可产生电力15万kW·h, 可旋转式通风光伏遮阳构件兼具通风、遮阳与光伏发电功能, 冬季可将光伏板加热的热空气引入室内, 将光伏幕墙如微型发电装置设置于阳光集中区域, 对无阳光照射处进行绿化, 室内温度可常年保持在20～26℃。在杭州某社区建筑改造中, 利用铝制材料导光板, 既减少室内光伏能源消耗, 又避免阳光刺眼。在室外光线较强条件下, 导光板上的片状金属环可遮挡光源, 以免人体因光照性辐射强烈而受损。在室外光线较弱的情况下, 利用导光板的垂直收集功能收集光源, 以满足室内采光需求。

被动式超低能耗建筑设计和传统建筑设计原理不同, 更注重与建筑所处环境的结合, 通过对建筑所处环境的气候及自然条件加以利用, 在满足居住舒适性的基础上, 确保建筑的节能环保, 更注重室内、外环境的交换与融合, 不仅能为人们提供舒适的居住环境, 而且能减少建筑能耗, 是我国未来建筑发展的必然趋势。