有一种建筑，不需要空调和暖气就能够实现冬暖夏凉。听起来是不是很神奇？
这种自带“冬暖夏凉buff”的房子被称为被动式建筑，和普通建筑相比，更绿色低碳。
一、冬暖夏凉的奥秘
被动式建筑不是哈尔的可移动“城堡”，而是一种新型低碳节能建筑，不依赖传统能源，就能全部或部分满足室内供暖、供冷及采光等需求，实现建筑内恒温、恒湿、恒氧等环境指标。如果把传统“主动式”建筑比作“玻璃瓶”，保持其内部恒温需要主动进行升温或者降温，这个过程会消耗能源。那么，被动式建筑就像“保温瓶”，无论外界是炎热的夏季还是寒冷的冬季，其内部都能保持恒定的温度。
为什么被动式建筑这么神奇？一是无热桥设计理念使被动式建筑围护结构克服了普通建筑热损失较大的“弱点”。围护结构保温性能和气密性较好，采用新型保温隔热材料、高性能保温墙体、高性能多层节能玻璃等措施，被动式建筑像穿了一层密封好的厚厚棉衣，大大降低了传热系数。二是采用自然通风和采光等被动式技术，充分利用可再生能源，建筑摆脱了对传统化石能源的依赖。三是高效热回收新风系统持续往室内输送新鲜空气，提高了能源利用率的同时保障了室内空气品质。
图1 被动式建筑“黑科技”
二、“被动房”的起源和发展
被动式建筑技术有很古老的历史，比如，有着厚厚的墙壁和屋顶的窑洞，保温、隔热性能良好，冬暖夏凉。“被动房”（Passive House）的概念从德国20世纪80年代低能耗建筑理念基础上建立起来，由德国被动式房屋研究所（PHI）和瑞典隆德大学的科研人员提出，其特点在于不用主动的采暖和空调系统就可以维持舒适室内热环境。1991年第一座“被动房”在德国达姆施塔特建成，其他国家也陆续推出了本土被动式建筑技术标准以及启动了“被动房”建设工程。
我国第一座被认证为“被动房”的建筑是2010年上海世博会“汉堡之家”。“汉堡之家”建筑面积3150m2，高约18米，外观像四个打开并组合在一起的红色“抽屉”。建筑外立面采用高隔热隔音、强密封性的建材，屋顶安装约450m2的光伏发电设备，采用具备制冷、除湿、热回收功能的新风系统，并通过地源热泵系统制冷供暖。一系列节能新材料、新技术、新设备的应用，使得建筑几乎无需主动供应能量，却能让室内人员感觉四季如春。
图2 “汉堡之家”建筑外观
科技馆里的“被动房”展品
随着被动式建筑以及其中新技术的推广，相关科普展品、展览也逐渐兴起。例如，中国科学技术馆4层挑战与未来展厅“绿色之家”展品就是一个“被动房”。游客不仅可以看到这座超低能耗住宅的内部结构及节能技术，而且可以通过“建造节能房屋游戏”亲自设计不同能耗的住宅。选择节能效果不同的墙体、屋顶、窗户、地板、照明系统、空气循环系统后，系统会自动生成游客设计的住宅，并判断住宅是节能型还是非节能型。
图3 “绿色之家”展品
四、未来的“低碳建筑”
建筑可持续问题本质是能源问题，直观体现在舒适、健康以及高效的建筑热环境中。被动式建筑技术挖掘了建筑领域未来发展的新方向，既兼顾了建筑低碳节能，也优化了室内环境品质。发展被动式超低能耗建筑是未来建筑节能降碳的重要方向，也是推动区域能源转型和推进碳达峰碳中和的重要方式。当然，由于“被动房”建筑和相关标准由国外引进，它在我国的发展要兼顾当地经济发展水平和建设成本、建筑及材料技术、气候特点、人们居住习惯、室内环境标准等，比如不同气候区的差异导致了较难实施统一的被动式建筑能耗指标。研究如何利用“被动房”技术原理，因地制宜进行属地化建筑设计、探索实践及创新升级，对被动式建筑在我国的发展有重大意义。
作者：王文渊，中国科学技术馆，助理研究员
审核专家：王祎，北京市建筑设计研究院股份有限公司，高级工程师
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