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德國海德堡列車新城被動房城區(qū)規(guī)劃建設研究（下）2019-02-20 10:12來源：綠色建筑研習社作者：盧求 德國可持續(xù)建筑委員會（DGNB）國際部董事、五合國際副總
 本文為德國可持續(xù)建筑委員會（DGNB）國際部董事、五合國際副總盧求先生原創(chuàng)、版權(quán)所有。作者授權(quán)綠色建筑研習社微信公眾號發(fā)表此文。全文轉(zhuǎn)載或部分引用請注明作者姓名和文章名稱，文章標題及內(nèi)容不得擅自修改，侵權(quán)須承擔法律責任。論文發(fā)表事宜請聯(lián)系作者：luqiu@www5a.com。 導讀：德國海德堡列車新城是世界上已建成最大的被動房項目，該項目不僅在被動房領(lǐng)域獲得世界矚目，在可持續(xù)城市規(guī)劃開發(fā)、海綿城市建設等方面也取得突出成就。 盧求先生是德國可持續(xù)建筑及被動房領(lǐng)域知名的專家，在研讀大量資料、多次現(xiàn)場考察的基礎上撰寫完成本文。 論文分上、下兩篇，上篇為海德堡列車新城規(guī)劃建設研究，包括城市空間規(guī)劃、交通規(guī)劃、能源規(guī)劃、被動房建設、海綿城市建設、動植物保護等內(nèi)容。 下篇為列車新城被動房城區(qū)能耗研究，較詳細地分析了海德堡列車新城被動房城區(qū)2014、2015年運行能耗監(jiān)測報告，對其工作方法、能耗數(shù)據(jù)、報告結(jié)論等進行了研究解讀。 下篇 海德堡列車新城被動房城區(qū) 能耗分析研究
圖1 海德堡老橋及老城。盧求攝 受海德堡市政府委托，德國被動房研究院（PHI）對海德堡列車新城被動房城區(qū)建成入住的七個地塊的建筑在2014、2015年期間的建筑運行能耗情況進行了分析研究，于2017年公布了《海德堡列車新城被動房居住建筑能耗監(jiān)測報告（Energie-Monitoring von Wohngebaeuden im Passivhaus-StadtteilHeidelberg-Bahnstadt 2016）》。（海德堡列車新城項目規(guī)劃與建設整體背景情況見本論文上篇。）
海德堡列車新城項目從城市建設規(guī)劃方面要求116公頃用地之內(nèi)所有建設項目按照被動房標準進行設計建設。開發(fā)企業(yè)提交項目建設審批文件時，須提供按照德國被動房研究院PHPP能耗模擬軟件完成的計算文件，證明新建建筑采暖能耗小于15kwh/m2年，才能通過審批。 施工過程中，還有一套質(zhì)量監(jiān)督保證機制，努力保證被動房技術(shù)措施能夠保質(zhì)保量、得以落實，力爭建筑的采暖的實際能耗小于15kwh/m2年。對運行能耗情況分析研究，旨在檢驗海德堡列車新城被動房建筑實際能耗情況，是否達到上述目標。 研究報告顯示，海德堡列車新城已經(jīng)入住的7個地塊（包括約1400套住宅及學生公寓，總面積近90000平米）的建筑實際采暖能耗平均值，2014年為14,9 kWh/(m2年)，2015年為16.4 kWh/(m2年)，該數(shù)值約為德國同類現(xiàn)存多層、集中供暖居住建筑（包含新建和既有建筑）采暖能耗平均值112 kWh/m2年（該數(shù)據(jù)來源為Techem 2013統(tǒng)計數(shù)字）的1/8。 2015年的采暖能耗值稍高，是因為2015年冬天氣溫較2014年低、且太陽輻射量較少導致。 上述7個地塊的熱能終端能耗量（Endenergie）（包括采暖、生活熱水、換熱站損失、管道損失、地下車庫坡道加熱等）2014年為55 kWh/(m2年) 和2015年為53 kWh/(m2年)，比德國同類多層、集中供暖居住建筑減少約2/3， 意味著業(yè)主可以節(jié)約2/3的采暖和生活熱水費用。 上述地塊居住建筑戶內(nèi)的平均用電量為17.9 kWh/(m2年)，分擔公共區(qū)域用電量為8.6 kWh/(m2年)，上述用電量包含新風設備用電量。這一用電量相比德國同類建筑也是相當節(jié)省的。 海德堡列車新城的這1400套住宅（含學生公寓），總面積近90000平米的被動房能耗數(shù)據(jù)由于樣本數(shù)量較大，完全具有統(tǒng)計學意義，說明不同的設施師、施工企業(yè)，按照被動房技術(shù)標準設計建造的建筑完全能夠達到被動房的節(jié)能目標，而且它們已經(jīng)達到德國和歐盟規(guī)定的2021年要求達到的近零能耗建筑標準。 此外入住2-3年的住戶普遍反映，建筑冬暖夏涼，對室內(nèi)空氣質(zhì)量也表示滿意，天氣好時可以開窗通風，由于有新風系統(tǒng)，天氣不好時、特別是冬天夜晚關(guān)閉所有窗戶睡覺也有舒適充足的新鮮空氣。
圖3 海德堡列車新城被動房。盧求攝
3 單一地塊能耗研究方法的分析與解讀 在上一節(jié)“2.2.1能耗數(shù)據(jù)結(jié)果綜述”所引用的數(shù)據(jù)，特別是建筑總能耗量是具有統(tǒng)計學意義、令人信服的。被動房技術(shù)體系確實能夠在保證、甚至提高舒適性的前提下大幅度降低運行能耗。 在對該報告進行進一步分析與研究過程中，可以發(fā)現(xiàn)許多細節(jié)，對于我們?nèi)胬斫獗粍臃考夹g(shù)體系、 客觀權(quán)衡各種技術(shù)的優(yōu)劣與投資取向、正確設計和建設被動房有重要參考意義。 本次研究工作由PHI與海德堡市政局合作完成、并得到歐盟相關(guān)機構(gòu)的資助。能耗研究的對象是海德堡列車新城建成入住的七個地塊的建筑（包含5個居住地塊834套住宅、2個學生公寓地塊564套公寓，共89675平米采暖面積），分析研究的基礎數(shù)據(jù)是海德堡市政局提供的2014、2015年的采暖能耗及2015年的用電能耗。
圖4 列車新城2014年航拍圖，能耗研究的7個地塊就在照片中。資料來源：海德堡城建局
列車新城的居住建筑（含學生公寓）都是按被動房標準建設，擁有集中或分戶式新風系統(tǒng)和采暖設施。采暖熱源通過集中式市政供熱管線輸送到每家住戶。每個地塊（含2-5棟多層居住建筑、100多戶住宅）只有一個市政集中供熱管道和計量表。
圖5 列車新城Z6地塊能源系統(tǒng)前期方案設計圖。每個地塊（含2-5棟多層居住建筑、100多戶住宅）只有一個市政集中供熱管道和計量表。資料來源：海德堡城建局
【筆者注：供熱管道進入地塊建筑地下室換熱站之后，制備不同溫度的采暖（地暖用水、散熱器用水）和生活熱水。下一級熱耗計量設施是住戶內(nèi)部采暖和生活熱水用量計量表。但各戶采暖能耗表讀數(shù)除以各戶使用面積并不是住宅每平米采暖能耗，因為管線傳輸損失等能耗沒有考慮進去?！?/span> 海德堡市政局提供的是地塊總表每月耗熱量的讀數(shù)。而地塊熱力總表耗熱量的讀數(shù)是該地塊每月的總耗熱量，包括：
從地塊總表月度耗熱量讀數(shù)不能直接分解出上述各分項能耗量，PHI是如何確定住宅采暖能耗的呢？計算方法如下：
圖6 列車新城其中一個地塊城市集中供暖每月熱耗情況，換算成單位采暖面積年熱耗量 被動房由于保溫和熱惰性能非常好，夏天不會出現(xiàn)采暖能耗，將夏季（6-9月）每月的熱耗平均值作為無采暖的基本熱耗值，如圖06某一地塊夏季基本能耗為3.72kWh/(m2月)，圖中綠框上線對應的能耗數(shù)值。圖06中綠框以上的能耗為采暖能耗量。圖6顯示列車新城中某一地塊全年能耗為67.9 kWh/(m2年)，基本能耗（不含采暖能耗）為3.72 kWh/(m2月)x12個月= 44.6 kWh/(m2年)。 二者相減可以得到采暖能耗近似值為23.3 kWh/(m2年)。 但采用這種簡化計算方法不夠準確，會導致對供暖能耗量的過高估算，需要進行一下修正，具體如下: 德國居住建筑夏季生活熱水能耗量比冬季低。同類建筑精細能耗監(jiān)測結(jié)果顯示冬季生活用水能耗較上述數(shù)值高大約1-2 kWh/(m2年)（筆者注：德國上班族習慣每天早晨洗澡，不論冬夏，冬季由于自來水溫度較低，加熱到適宜洗澡的水溫需要較多的能量。廚房用熱水情況類似）。對德國路德維希港市一棟市政集中供暖多層住宅（12套住宅）能耗情況的詳細評估顯示，冬季生活用熱水較夏季生活用熱水能耗高約10%。對法蘭克福一棟19套住宅項目能耗評估顯示，冬季生活用熱水較夏季生活用熱水能耗高約29%。本項目評估該項選用修正系數(shù)10%。 集中地下車庫入口坡道加熱裝置冬季能耗情況類似項目數(shù)據(jù)顯示為0.1-0.3 kWh/(m2年)。 在其他被動房項目能耗監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)，在5月份常常由于誤操作現(xiàn)象導致采暖設備開啟，甚至導致室內(nèi)溫度過熱的情況發(fā)生，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示這一現(xiàn)象導致夏季采暖能耗數(shù)值在0.4-1.2 kWh/(m2年)之間，本項目取該項修正值0.7 kWh/(m2年)。
圖7 海德堡列車新城被動房。盧求攝
熱水分配管線傳輸過程中的熱損失量同管道外保溫情況、以及溫差成正向相關(guān)關(guān)系。市政熱力提供的熱水溫度長年基本不變，冬季埋在土壤下部和地下室內(nèi)走向的熱水分配管線的熱損失量較夏季大，因為冬季土壤溫度和地下室室溫較夏季低。 為獲得基本數(shù)據(jù)，對本項目一個典型地塊進行了研究，考慮到熱水分配管線在土壤下、和地下室走向的長度、管線保溫情況、冬夏季溫差等因素，計算出冬季熱水分配管線較夏季熱損失多出1800 kWh/年，相當于0.2 kWh/(m2年)。簡單起見，其他地塊也按此數(shù)值計算。 考慮到上述修正因素，基本能耗（不含采暖能耗）值應增加2.9-3.7 kWh/(m2年)。這樣更接近實際情況，該地塊修正后的采暖能耗值應為： 23.3kWh/(m2年)– 3.3 kWh/(m2年) = 20.0 kWh/(m2年). 4 多個地塊能耗數(shù)據(jù)的研究方法與結(jié)論的分析解讀
圖8 顯示的是所研究的地塊2014、2015年城市集中供暖管線耗熱量讀表數(shù)值換算到年平米能耗的數(shù)值。城市集中供暖管線耗熱量讀表數(shù)值包含（如上述）采暖、生活熱水、管線損失等能耗。
考慮到供暖面積因素之后的加權(quán)平均值為2014年54.6 kWh/(m2年)，2015年為53.2 kWh/(m2年)，2015年的平均值略低是因為這一年BS-05地塊加入研究范圍，而這一地塊的能耗數(shù)值較低。 除BS-05地塊外，其余地塊2015年能耗都略高于2014年，這是由于是因為2015年冬天氣溫較2014年低、且太陽輻射量較少導致。
按照上述方法，計算每一地塊夏季（6-9月）基本能耗值，總是選取夏季熱水能耗的平均值。之后按照上述方法進行修正計算，計算得出的修正值在2.8-3.7 kWh/(m2年)，并對每一地塊的基本能耗值進行相應修正。這種修正只是調(diào)整了地塊內(nèi)部不同領(lǐng)域的熱耗分配，并沒改變地塊的總熱耗量。
圖10 為2014各地塊市政集中供暖能耗情況。根據(jù)第3節(jié)的計算方法，藍色為各地塊2014年建筑終端熱耗量（Endenergie），紅色為生活熱水+管線損失和熱水存儲器損失能耗量，綠色為采暖能耗量。虛線標示地塊是2014年經(jīng)過1-3個月之后才住滿的地塊（部分入住地塊）。
圖11 為2015各地塊市政集中供暖能耗情況。根據(jù)第3節(jié)的計算方法，藍色為各地塊2015年建筑終端熱耗量（Endenergie），紅色為生活熱水+管線損失和熱水存儲器損失能耗量，綠色為采暖能耗量。2015年新增了BS-05地塊的數(shù)據(jù)。
根據(jù)PHI提供數(shù)據(jù)，按照德國建筑節(jié)能條例EnEV規(guī)定的計算方法得出的建筑使用面積AN比按照被動房規(guī)定的方法計算得出的建筑采暖面積要大一些。在本項目中，這一差值范圍在25-34%，取中間值28%。
圖12 為2015各地塊市政集中供暖能耗情況。藍色為各地塊2015年建筑終端熱耗量（Endenergie），紅色為生活熱水+管線損失和熱水存儲器損失能耗量，綠色為采暖能耗量。但建筑面積不是按照被動房采暖面積計算、而是按照德國建筑節(jié)能條例EnEV建筑使用面積計算，因此每平方米建筑能耗值更低一些。這一數(shù)值可以與其他項目能耗數(shù)據(jù)更好進行比較，在PHI的報告中沒有再做進一步研究討論。
分析數(shù)據(jù)可以看出，不同地塊的城市集中供熱總能耗和采暖能耗所占比例數(shù)據(jù)差別較大，而2014年及2015年每個地塊自身能耗情況、及能耗比例大體維持不變。PHI認為導致這樣的結(jié)果的原因可能是：
由于每個地塊的住戶數(shù)量超過100戶，個別住戶個人因素導致的過高或過低的能耗對整個地塊平均能耗數(shù)值影響較微小，因此不同地塊建筑能耗的差別，應該是建筑本身（建筑設備系統(tǒng)和建筑為圍護結(jié)構(gòu)）造成的。 對比PHI在法蘭克福等地其他被動房住宅項目的能耗情況研究，海德堡列車新城住宅建筑分項能耗能情況與其他項目非常接近，這類建筑采暖能耗占市政集中供熱總消耗量的33%。在列車新城項目中，采暖能耗2014年占20%-36%，2015年占22%-38%。 PHI認為本項目的中輸配管線和熱水存儲器熱還有優(yōu)化空間，特別是那兩個總能耗較高、在70 kWh/(m2年)左右的地塊。
圖13 海德堡列車新城被動房。盧求攝
圖14 2015年地塊生活熱水、管線損失及熱水儲水器能耗（不含采暖能耗）
2015年地塊生活熱水、管線損失及熱水儲水器能耗值在19-48kWh/(m2年)，考慮到面積因素的加權(quán)平均值為36.7kWh/(m2年)。
設計和模擬計算邊界條件、與房屋建成后實際氣候情況和使用條件不可能完全一樣。因此被動房設計采暖能耗為15 kWh/(m2年)，實際運行能耗不可能正好是15 kWh/(m2年)。 通常情況下，被動房的冬季的室內(nèi)設計溫度為20oC，當住宅冬季室內(nèi)溫度為21 oC時，采暖能耗一般增加15%，相對比例數(shù)值看起來較大，實際冬季室內(nèi)溫度每增加1 oC對應能耗增加值約為2 kWh/(m2年)。 根據(jù)PHI對其他被動房建筑使用及能耗情況監(jiān)測數(shù)據(jù)，被動房住宅用戶冬季室內(nèi)溫度平均設定在21.5oC，意味著實際采暖能耗比設計溫度為20 oC時的計算能耗值多3 kWh/(m2年)。
圖15 列車新城 2014、2015年 各研究地塊單位面積建筑采暖能耗情況。紅色為2014年數(shù)據(jù)。橙色為2015年數(shù)據(jù)。紅色虛線為2014年單位面積建筑采暖平均能耗值14.9kWh/(m2年)，橙色虛線為2015年單位面積建筑采暖平均能耗值16.4 kWh/(m2年)。
被動房建筑，由于采暖能耗值很低，因而個別地塊、個別住宅實測能耗值高于或低于平均值50%以上屬正?，F(xiàn)象，在其他被動房項目上的實測數(shù)據(jù)也印證了這一現(xiàn)象。這同時也說明，單套住宅的能耗數(shù)據(jù)、無論高低，都不具有普遍意義，只有較大數(shù)量的住宅能耗數(shù)據(jù)，才具有說服力。 PHI得到海德堡市政局提供的、2015年上述8個地塊中6個地塊1200多塊智能電表的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包含住宅及學生公寓的電表、公共區(qū)域及地下車庫電表2015年每月的數(shù)據(jù)。出于保護隱私考慮，電表數(shù)據(jù)只精確到電表所在建筑或單元門號的信息，無法對應到某一住戶的用電數(shù)據(jù)。
圖16 列車新城城區(qū)中使用的智能電表。資料來源：PHI 上述電表對應33棟建筑或建筑單元，將每個單元的用電值除以該部分的建筑面積（被動房采暖面），可以計算出單位面積用電情況。除去建筑底層有少量咖啡、面包店、發(fā)廊、銀行小型營業(yè)部等用房以外，其余面積全部為居住功能。 計算得出住戶用電情況（不含公共部分用電）為11.5-20.4 kWh/(m2年)，面積加權(quán)平均值為17.9 kWh/(m2年)。 公共部分用電（包括樓梯間、地下室、室外照明，水泵、集中新風、電梯用電等）由公共部分電表計量，不同建筑樓棟之間數(shù)值差別很大。聯(lián)排式住宅的公共用電數(shù)值最少，原因是聯(lián)排式住宅的新風、庭院照明是通過戶內(nèi)電表計量，同時也沒有電梯耗電。 公共部分用電量在0.7-15.4 kWh/(m2年)，由于原始數(shù)據(jù)不精確，無法進一步細化分析。
圖17 2015年列車新城 33棟建筑或建筑單元住宅用電（不含公共部分用電、聯(lián)排住宅包含新風設備用電）
圖18 2015年列車新城 33棟建筑或建筑單元單位面積用電（含住宅內(nèi)部及公共區(qū)域用電，但不含地下車庫用電），考慮到建筑面積因素的加權(quán)平均值為26.3 kWh/(m2年)。相比住宅內(nèi)部用電.公共部分單位建筑面積平均用電量增加8.4 kWh/(m2年)
地下車庫用電 只有5個地塊上建筑地下車庫用電（地下車庫的照明、通風、門閘等）有單獨電表記錄的數(shù)據(jù)，另一地塊地下車庫用電量數(shù)據(jù)缺失。為了使車庫用電量方便與其他用電量比較，建筑面積也采用所在建筑或建筑單元采暖面積。
圖19 2015年列車新城5個地塊地下車庫用電量量平均到單位居住采暖面積的數(shù)值。數(shù)值分布在1.6-4.7 kWh/(m2年)之間。 考慮到面積因素的加權(quán)平均值為3.3 kWh/(m2年) 德國能源與水資源聯(lián)合會（BDEW）2013年的一份報告中給出了德國家庭平均用電情況數(shù)據(jù)（不含電熱水器、及電采暖設備用電），結(jié)合德國聯(lián)邦統(tǒng)計局[DESATIS]2013年居住建筑面積數(shù)據(jù)（3及3戶以上集合住宅），得出1人戶用電量為29.4 kWh/(m2年)、4人戶用電量為43.9 kWh/(m2年)
圖20 列車新城建筑用電量情況與德國住宅平均用電量比較。橫軸為每戶人數(shù)（列車新城項目缺少每戶人員數(shù)據(jù)，取均值），縱軸為單位建筑面積用電量。紅色粗虛線為列車新城平均戶內(nèi)用電量17.9 kWh/(m2年)，黃色虛線為包含公共區(qū)域的用電量26.3 kWh/(m2年)。綠點分別為德國住宅平均用電量情況，從左到右分別是1人戶到5人戶住宅，用電量在29.4 kWh/(m2年) – 43.9 kWh/(m2年)之間，德國住宅新風能耗大體在4kWh/(m2年)左右。集中式新風比此數(shù)值略高，戶式新風比此數(shù)值略低。 列車新城建筑、即使包含新風和公共區(qū)域、用電量整體較低，原因主要有3方面：
同時對每月用電數(shù)據(jù)分析可以看出，夏季比冬季用電量減少15.6%?？赡艿脑蚴嵌拘枰^多的照明用電，冬季呆在住宅室內(nèi)時間長、家用電器用（電腦、電視）電量增加。
圖21 海德堡列車新城被動房。盧求攝 6 列車新城能耗情況研究報告結(jié)論探討與啟示 1）海德堡列車新城被動房城區(qū)能耗實測數(shù)據(jù)研究結(jié)果顯示，已經(jīng)入住的7個地塊（包括約1400套住宅及學生公寓，總面積近90000平米）的建筑實際采暖能耗平均值，2014年為14,9 kWh/m2年，2015年為16.4 kWh/m2年，達到被動房采暖能耗的設計標準要求，對比2013年德國現(xiàn)存同類建筑（150萬套集合住宅能耗數(shù)據(jù)，含新建和既有建筑）平均采暖能耗量112 kWh/m2年，節(jié)能87%。相對于德國現(xiàn)行新建建筑節(jié)能條例EnEV2014所要求的采暖能耗指標約60 kWh/m2年，節(jié)能75%。
2）在其他被動房住宅項目冬季實測室內(nèi)溫度平均值為21.5oC，比被動房室內(nèi)設計溫度20 oC高1.5 oC、能耗相應增加3 kWh/(m2年)，考慮到這一因素，海德堡列車新城被動房城區(qū)建設可以說達到并超過了被動房采暖能耗的設計標準要求。
3）由于實測的數(shù)據(jù)有限(只有地塊城市集中供熱表每月讀數(shù)、且該數(shù)據(jù)包含采暖、生活熱水、管線熱損失)，上述單位采暖面積能耗是在參考其他項目實測數(shù)據(jù)基礎上、計算得出的。此次能耗數(shù)據(jù)研究只是初步分析（Minimal monitoring），結(jié)果并不精確。
4）相對來說，這7（8）個地塊單位面積平均熱耗量（含采暖、生活熱水、管線熱損失）2014年為55 kWh/m2年 和2015年為53 kWh/m2年是非常可靠、準確的數(shù)據(jù)。計算得出其采暖能耗在15 kWh/(m2年)左右，而生活熱水及管線損失熱耗量平均值為36.7kWh/(m2年)，超過被動房采暖能耗的2.4倍，因此在這一領(lǐng)域也是被動式建筑節(jié)能的重點。筆者認為，如果采用高品質(zhì)的太陽能熱水系統(tǒng)，并放棄集中供暖系統(tǒng)（不會產(chǎn)生戶外管線熱損失），建筑能耗還有可能大幅降低。
5）其他被動房實測數(shù)據(jù)顯示，新風能耗平均為4 kWh/(m2年)，考慮到這個因素，列車新城被動房整體能耗也是非常低的，同時保證了全年室內(nèi)健康新風，明顯提高了住宅的健康舒適度。列車新城即使按采暖加新風總能耗15+4 =19 kWh/(m2年)，相比德國現(xiàn)行EnEV2014節(jié)能條例所要求的采暖能耗指標也節(jié)能約68%。
6）列車新城是按照被動房標準建設的項目，但為保證特殊氣候條件下的舒適度要求，也安裝了常規(guī)采暖設施（地暖或散熱器），近期采用城市燃煤集中供熱，中期將轉(zhuǎn)換為生物質(zhì)（木屑）燃燒供熱。
7）雖然PHI得到的實測數(shù)據(jù)相當有限和模糊，但德國工程師運用客觀、簡便的方法，層層剝離、剔除掉干擾因素，得出基本令人信服的結(jié)論，其工作方法有啟發(fā)性。
參考文獻：
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圖2 海德堡列車新城規(guī)劃總圖。資料來源：海德堡城建局
