自1902年美国人威利斯·开利发明了第一个空调系统以来，人类能够使建筑物的室内温度按自己的意愿进行设定的历史不过也就100多年。发达国家的建筑能耗已经占其社会终端能耗的40%以上，我国占到了近30%左右。人类对室内舒适度的追求采用消耗化石能源、制冷剂等手段，不但造成了室外环境污染、温室气体排放、也造成了地球臭氧层的破坏。是不是人类追求舒适的室内环境就一定会造成能源需求增加？是不是我国长江以南的人们一定要忍受室内低于16℃的室温，以维持较低的能源消耗水平？德国人发明的“被动式低能耗房屋”为人类追求舒适的室内环境的同时，降低对化石能源的依赖，使城市发展走上可持续发展道路提供了可借鉴的模式。
德国在建筑节能领域的技术和产业发展在欧洲乃至世界都是处于领先地位。福岛核电站之后，德国提出了新的节能目标：自2019年1月1日起, 政府办公建筑将成为(近)零能耗；自2021年1月1日起, 所有的新建建筑将建成(近)零能耗；2050年所有建筑要节约80%一次能源。如果实现上述目标将为德国节省出40%左右的社会终端能耗。他们的底气从那里来？建造被动式低能耗房屋是实现其目标至关重要手段。
一、被动式低能耗房屋的由来
被动式房屋源于一个梦想。建造第一个真正具备功能性意义的被动式构筑物不是房屋，而是一艘极地船。Fridtjof Nansen描述到： “... 墙壁采用涂有焦油的毛毡覆盖，然后是软木填充物，接着是松木镶板，再一层厚厚的毛毡，之后是不透气的亚麻油地毡，最后再一层镶板。天花板... 它们的厚度基本都在 40厘米上下。三层玻璃和其它防护措施，使得玻璃能够轻松抵抗寒冷的侵袭。这里是一个温暖舒适的停留场所。无论温度计显示是5℃还是零下 30℃，我们都无需生火炉烤火。 通风非常好，...因为正好通过风扇将新鲜的冬天空气导入。我因此有了将火炉扔掉的想法；它在这里只是碍事。”（南森：“夜与冰”，Brockhaus,1897）。直到1991年第一个被动式房屋出现在德国达姆施达特市。被动式低能耗房屋有两个最基本的特征：一个是室内环境非常舒适；另一个是能耗非常低，低到可以取消传统的供暖系统。它可以完全靠太阳、人体、室内灯光、电器等自然发热满足室内温度在20℃以上。如果将传统的燃烧化石能源来满足室内舒适度的需要称之为主动式，那么这种依靠建筑内部自然调节满足室内舒适度需求就称之为被动式房屋。德国目前已经有4万多栋被动式房屋，并以每年新增3000栋速度增长。
二、我国建造被动式房屋的意义
中国的能源供应面临重大挑战。随着城镇建筑面积的增加和居民改善室内舒适环境需求的不断增长， 据预测：到2020年， 中国目前已是世界上最大的能源使用国和碳排放国，其人均二氧化碳年排放量已经超过了世界平均水平。而建筑能耗可能同目前的发达国家一样，占社会总能耗的比例将由目前的30%上升到近40%～50%。因此,节约建筑用能，提高建筑能效对中国实现节能减排的宏观战略意义重大。我国如果成功地建造被动房，它将大大地降低房屋采暖制冷的能耗需求，从而实现建筑领域的节能减排。为实现温家宝总理提出的“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％”的目标提供强有力的支撑。
1、建造被动式房屋可以大大缓解决我国城市化进程中的能源和温室气体减排压力
据悉， 我国城镇化率以每年1%在增长， 每年有将近1000～1500万人口进入新的城镇。按照2010年全国能源消费32.5亿吨标准煤计算，到2020年年能源消费即达53亿吨标准煤。目前国内专家预测为40亿吨标准煤。
我国正处在快速城镇化进程， 遏制新建节能建筑的对采暖的需求对我国能源安全有重要意义。我国每年要建2 0亿平方米的新建建筑，相当于全世界每年新建建筑的40%，预计这一个过程还要持续2 5 - 3 0 年。我国房地产开发企业新开工房屋面积从1 9 9 8 年到2 0 1 0 年以平均递增每年2 0%的速度增长， 其中北方采暖区的建筑总量约为4 0 亿平方米（以北方采暖区开发面积占总量的40%估算）。这40亿平方米的采暖建筑以最保守的每年每平方米10kg标准煤估算，已经形成了每年4亿吨标准煤的采暖需求,占2010年全国能源消费32.5亿吨标准煤的12%。可以预见的是在未来10年之后，如果我国所有北方新建建筑都按现行节能标准建造，还要再增加至少５亿吨标准煤的采暖需求。如果我们建设的是被动式房屋，那么可以基本省去这部分的新增煤耗。
被动式房屋几乎不需要供暖设施，从而避免了每年冬季由于北方采暖会带来一些社会问题。譬如：每到冬季来临之前，冬季采暖用煤需求对我国港口、铁路、公路造成了巨大的运输压力；由于室内采暖温度不能满足18℃引起的居民不满；冬季采暖燃煤造成的温室气候排放和空气污染等。
2、为夏热冬冷地区提供舒适的房屋
我国广大的夏热冬冷地区属于非采暖区，不配备集中供热系统。但是这一地区冬季往往有80天左右低于10℃,50天左右处于10℃～15℃。这一地区的人们往往冬季或者不采取任何取暖措施，或者偶尔开一下空调取暖；还有一些个别建筑采用空调采暖或集中供暖设施保证使冬季室温始终处于较舒适的状态。这一地区的建筑总量占我国建筑总量的50%左右，为这一地区配备集中采暖设施以保证冬季室内温度高于16℃，从能源供给方面来说，根本行不通。但是随着人们生活水平的提高，遏制人们冬季取暖行为几乎是不可能的。在这一地区建造被动式房屋可以妥善地解决这个问题，因为被动式房屋可以完全在没有供热设施的条件下，利用建筑物自然得热使室内温度达到20℃以上。
3、建造被动式房屋可以推动建筑节能发展
被动式房屋无论从能耗水平方面还是建筑性能方面，是目前我国节能建筑所无法相比的。建筑被动式房屋可以引导我国建筑节能进一步发展和建筑性能的提高。我国在“十一五”期间，建筑节能得到了很大发展，室内环境得到改善,城镇采暖降低20%以上。同德国被动式房屋实现了采暖92%的节能量相比，我国的建筑节能仍然有很大的发展潜力。德国的低能耗房屋往往使用由木屑等制成的燃料满足采暖和生活热水的需求。这种房屋如果配上太阳能等可再生能源的应用，就可以实现建筑零能耗。被动式房屋使建筑不再依赖化石能源就不再是梦想。
被动式房屋改变了现有建筑节能设计建造理念，实现真正意义上的节能。被动式房屋追求的是建筑物总一次能源的降低，从而克服了建筑能耗此消彼长的问题。它不会因为利用遮阳降低制冷能耗而提高了照明能耗；不会因为降低了冬季的采暖能耗提高了夏季的空调能耗；不会因为采用一些节能技术反而提高了一次能源的需求。
被动式房屋建筑不仅能耗低，其舒适度水平大大优于传统建筑。它引导人们如何在降低建筑物能耗的情况下，保证建筑物内的环境满足舒适度的要求。我国建筑常见的结露、发霉、室内二氧化碳含量超标等现象也会得到克服。
4、推动建筑节能产品产业升级
同德国相比，我国建筑节能材料市场上产品鱼龙混杂，性能优越的材料产品在中国市场份额很低。以外墙外保温专用节点配件为例，欧洲市场的绝大部分产品来自中国，而中国自己的外墙外保温工程几乎不用这些配件。而这些配件是保证建筑质量的有效手段。随着被动式房屋的建造，一些对建筑节能起关键作用的产品材料可以逐步在中国得到推广。如：传热系数K≤0.8 W/(m²K)的外窗，热回收效率在80%以上的通风设备等。
5、全需提升建筑施工质量
被动式低能耗房屋的气密需满足N50≤0.6的要求，这样的气密性才能保证被动房屋的能耗指标要求。我国目前粗放型的施工很难达到这个要求。总体上，中国的建筑质量不如国外表现在两个方面，一是房屋在使用过程中性能差，二是房屋寿命短。再以外墙外保温为例：国外的外墙外保温系统可以同建筑本身同寿命，而国内外墙外保温系统使用几年出现严重质量问题的并不少见。国外有还在使用的有200～300年历史房屋并不少，而中国规定的房屋寿命仅70年在中德合作项目中对一些房屋进行气密性测试时，N50条件下，其换气次数一般大于10次。
精心施工才能达到被动式房屋这一强制性指标要求。偷工减料使外墙保温系统工程质量同欧洲发达国家相比相去甚远。
三、被动式房屋主要指标要求
1、能耗指标要求
被动式房屋在满足房屋舒适度的条件下，实现了最大幅度的节能。被动式房屋能耗极低。同我国节能65%的房屋比较起来，
它的采暖能耗仅为后者的1/4～1/10。它的限值如下：
①一次能源供暖热需求量≤15 kWh/(m2·a)
②一次能源有效制冷需求≤15 kWh/(m²·a)
③一次能源总需求≤120 kWh/(m2·a)
被动式房屋规定的采暖对一次能源的最大需求为每年每平方米15kWh,相当于被动式房屋的采暖能耗低于每年每平方面标准煤1.84kg，仅为我国现行节能65%标准的1/4～1/10。被动式房屋可以取消供热采暖系统，仅靠室内人、照明、太阳得热就可以满足室内温度20℃以上的要求。德国从不节能建筑到被动式房屋采暖需求降低了92%（见图1）。
图1 德国从不节能建筑到被动式房屋采暖需求的变化
2、对采暖制冷负荷的限定
德国被动式房屋对采暖制冷负荷做了严格的规定，限值如下：
①楼宇采暖负荷≤10 W/m2
②楼宇制冷负荷≤10 W/m2
由于气候原因，在我国气候条件下建造被动式房屋，其采暖负荷制冷负荷分别可以控制在10 W/m2和30 W/m2以内。在我国采暖地区建造被动式房屋可以不需要采暖供热设施，可以缓解冬季供暖的压力。同时，被动式房屋这样低的制冷负荷可以大大降低对供热空调设施的依赖。
近些年来，在中国的夏季空调电耗迅速攀升，许多省份每年夏季的高温季节出现大面积的电荒的问题，对电网安全造成巨大压力，电力部门不得不实施拉闸限电的措施以应对电网调峰问题。由于空调具有使用时间集中，季节性负荷大的特点，加重了峰谷电量差距的矛盾，电网负荷率下降，造成电力设施的资源浪费。中国近些年许多新建的电厂、电网仅为满足电力空调全年1～3个月的运转，直接导致电力设备年负荷利用小时数的下降，造成国家在电力行业投入的巨资在大部分的时间闲置，是资源的巨大浪费。控制好建筑负荷同限制能耗同等重要。被动式房屋对采暖制冷负荷的限定，大幅度节省了设施资源。
3、舒适度指标
被动式低能耗房屋强调要满足建筑热工的要求。严禁室内结露发霉，包括外窗内表面无结露水现象。被动式低能耗房屋对室内环境有明确的要求。并且外围护结构室内外表面温度均衡，不能有冷辐射现象产生。具体指标如下：
①室内温度20℃～ 26℃
②室内相对湿度在是 40%～60%
③超温频率≤10 %
④室内二氧化碳含量≤1000ppm
被动式房屋的出现很好地回答了人们对于提高房屋的舒适度就会增加建筑物能耗的担心。被动式房屋对于温度、湿度、超温频率和室内二氧化碳含量的指标限定，避免了人们以牺牲舒适度实现节能的行为。
四、德国被动式房屋与我国节能建筑的主要区别
1、节能标准中的差别
德国的节能标准现行标准与我国现行的建筑节能标准在以下几方面与存在主要差异：
（1）用一次能源消耗量做限制性指标而不用耗热量指标和耗电量指标表示建筑物能耗的高低。
（2）对建筑的采暖能耗、制冷能耗和建筑物的总能耗做限制而不是仅对采暖或制冷做限制。
（3）对采暖和制冷的最大负荷做了规定，而我国标准对此不做规定。导致的直接结果是，某些节能建筑在最冷最热月的负荷过大。特别是夏季空调负荷。
（4）对建筑物的气密性进行了严格的规定并制定了检测方法，而我国标准对此没做规定。
（5）必须安装带有高效热回收装置的通风设施，而我国标准对此方面不做要求。
2 、关键技术细节的差别
德国被动房的标准在一些关键技术细节上也与我国标准有所不同。表现在以下几个方面：
（1）强调建筑物首先要满足建筑热工的要求，严禁结露发霉，然后才是对建筑能物能耗的要求
（2）提出对建筑物舒适度要求。它要求室内相对湿度在是40％～60%，温度控制在18℃～ 26℃，并且超温频率≤10 %，并且新风量必要满足人体需要。
（3）强调充分利用自然通风。被动式房屋在室外气候条件在舒适范围内，尽可能不启动设备对室内调节而是利用自然通风。
（4）充分利用自然采光。被动式房屋对窗墙比没有限制，但对通过窗进入到室内的太阳光得热有所限制，规定不得小于0.5。而我国标准中采用的遮阳系数限值。
（5）判定建筑是否符合节能建筑的方法不同。德国是通过能耗模拟计算出一次能源并最终通过建筑实际的一次能源消耗量判定其是否为节能建筑；而我国规定通过建筑材料和建筑构件的物理性能的检测而判定是符为节能建筑。
（6）必须实现无热桥设计。被动式低能耗房屋外围护结构必须实现无热桥。它一方面需要设计时实现各个节点无热桥，另一方面需要施工质量和使材料能够实现设计要求。否则，很可能会出现局部结露发霉现象或者不能满足能耗限值要求。
（7）必须配备高效热回收通风系统。高效热回收系统是被动式房屋必不可少的设备，它是实现室内新风能够满足室内二氧化碳含量≤1000ppm和将换气热损失降到最低的关键设备。
（8）对房屋的气密性有严格的要求。被动式低能耗房屋的气密需满足N50≤0.6的要求，即在室内外压差50Pa的条件下，每小时的换气次数不得超过0.6次。这是因为房屋的气密性与能耗有很大的关系，房屋的气密性愈不好，其能耗愈高。在被动式房屋验收时，通常会做风门实验加以验证。
五、被动式房屋的种类
法兰克福市所有的新建建筑必须以被动式房屋标准建造。经建成的被动式房屋种类涉及到住宅、办公楼、医院、学校、幼儿园、体育馆、养老院等不同类型的建筑。这些建筑包括底层、多层和高层。
六 被动式房屋的造价
被动式低能耗房屋的居住建筑同普通的节能相比，保温材料、外窗、高效热回收装置和对施工方面有更严格的要求，这些手段使得造价有所增加。但是被动式低能耗房屋取消了传统的采暖供热系统（小区热交换站、楼内供热管网、热计量系统），并且由此减少了城市供热热网配套费。综合上述因素，每平方米增
图2 被动式房屋—学校加费用在1000元以内。（表1）
被动式房屋公共建筑同同类建筑相比，其造价并不一定低或高。在德国的实践中，曾出现办公建筑比普通房屋造价低的案例。
七、面临的挑战和困难
中国作被动式低能耗房屋面临着许多挑战和困难。主要如下：一是缺乏设计经验。我国设计人员基本上没有人从事过被动式房的设计。二是一些被动式房屋必备设施在中国几乎是空白，比如高效热回收装置，传热系数K≤ 0.8 W/(m²K)的外窗。三是施工质量难以保证。被动式低能耗房屋的施工必须从粗放式施工转为精细施工；四是建筑运行管理水平有待提高。被动式房屋建成后还需要有严格的运行管理，才能够保证使整个系统能够正常运行。
八、中德两国合作推动中国被动式房屋的发展
2011年6月住房和城乡建设部和德国交通、建设和城市发展部签署了《关于建筑节能与低碳生态城市建设技术合作谅解备忘录》。其中，发展被动式低能耗建筑以最大限度地降低建筑用能需求是重要的合作内容。目前，我国已经有两个被动式房屋的居住建筑投入建设，预计明年完工。今年，一个办公、两个学校，和一个居住建筑也将进入施工图设计阶段。
住房和城乡建设部科技发展促进中心和德国能源署作为中德双方执行机构，正在两国政府机构的指导下，有条不紊的推动这项工作。今年已经举办了两期培训班，从设计和施工两方面培训中方技术人员掌握被动式房屋的关键技术。
