从保温壶原理看“被动房”
在建筑节能领域,被动房(国内多称为“被动式超低能耗建筑”)是当下的流行趋势之一。它早非纸上的概念,而是业已成熟的现实产品。
“我们可以把被动房想象成一个保温壶。”德国被动房研究中心的专家Berthold Kaufmann说,除了房屋建造中使用保温材料,被动房还需要采取其他许多措施,“气密性”也是其关键词之一,“可以用‘密不透风’来形容被动房”。
保温的概念既包括保暖,也包括保凉。一般情况下,当热水被倒入保温壶中,可以有效延缓其冷却的进程;同样,将一根冰棍置入保温壶,也可以有效减缓其融化的速度。所以被动房既能实现保暖,也能实现保凉。
“六成以上的建筑能耗来源于采暖和制冷,产生这部分能耗的根本原因是室内外温差引起的热交换。热交换方式包括对流传热、热传导和辐射传热。外窗设计主要解决辐射传热和热传导的问题,外墙保温主要解决热传导问题。而传热能力强的对流传热,就需要通过提高建筑的气密性来解决。”凯瑟斯劳滕大学教授Thomas Lechner在论坛上介绍。
在密不透风的被动房中,则需要使用新风系统这样的机械通风方式,通过风机把室外空气从系统入口处引进,再将室内空气从系统出口处排出。合格的新风系统在产品设计时,必须确保其通风量达到维持室内空气质量的要求,包括考虑各类气体浓度等要素。
不仅仅是被动房,提升气密性是许多建筑实现节能的重要方式。“由于建筑物在节能过程中变得密不透风,因此新风系统是必须配置的。” IGE(德国建筑能源热能技术和储能研究所)检验司司长Bernd Klein告诉《中国经济周刊》记者。
除节能外,被动房还有其他优点,譬如降低室外噪音对室内的影响。一般来说,被动房的舒适度优于普通传统建筑,前提之一是新风系统的有效运行。
室内和室外哪个空气质量更好?
3 月 18 日,第三届中德新风行业技术交流论坛在德国巴符州尼登哈尔市举办,图为论坛现场。(《中国经济周刊》记者 胡巍 | 摄)
新风系统的运行需要因地制宜,根据不同环境设计出不同产品,增加或增强某些功能。比如维持室内湿度平衡,在寒冷地区需要加热入户空气等等。而在中国,人们普遍关注的一项功能是净化室内空气,尤其是减少PM2.5等固体颗粒物。“新风行业在中国的发展,目前主要推广的叫‘新风净化系统’。”中国空气净化行业联盟秘书长、中国建筑科学研究院低碳建筑研究中心主任邓高峰在论坛发言时,强调了“净化”二字。
在德国,一般认为室外空气质量优于室内。“空气质量指数达到70、80的时候,人们就会认为情况很糟糕,政府可能会采取一些措施,比如车辆限行、鼓励使用公交工具等。”新风系统制造商Dream Maker公司的CTO Erwin Grohmann介绍。该公司面向德国的产品,在空气入口处虽然也要加装滤网,但只有一道粗效滤网;而针对中国的产品则会安装3到5道过滤装置,以强化其空气净化功能,减少进入室内的PM2.5等固体颗粒物。
新风系统的空气净化效果如何?
在中国,由天津大学牵头,汇集清华大学等国内高校、研究机构以及房地产企业,完成了一项科研项目。其主要内容是,在中国的5个气候区选取11个城市,对近300个住户进行自然通风和机械通风的监测。该项目参与者之一、天津大学环境科学与工程学院副教授孙贺江表示:“和自然通风相比,机械通风有改善室内空气品质的作用。”
他介绍:“以室内PM2.5浓度为例,在监测阶段统计的情况表明:采用机械通风和自然通风方式,夏季室内PM2.5浓度的区别不是很明显;秋季使用机械通风,PM2.5超标率会适当降低一些;而冬季使用机械系统,PM2.5超标率明显低于自然通风。”
新风产品在中国增长迅速
随着中国经济的发展,建筑节能水平的提升,以及民众对于空气质量的关切,新风作为新兴行业,当前产值虽然不高,但增长迅速。
新风系统的规模增长与建筑面积的增长相关。邓高峰说:“中国的既有建筑面积是600多亿平方米,德国的既有住宅面积才31 亿平方米,中国每年的增量,可能相当于德国既有住宅面积总量的百分之六七十,这是一个巨大的数量。”
“新风产品的销售量,在中国大概是从2013年开始快速增长,当时增长率是20%多,而2017年和2018年的增长率达到40%多;销售额在2018年突破百亿元人民币的规模,达到110亿元左右。2019年的销售额,保守的估计是120亿元,如果今年做得好,我认为130亿、140亿元都是没问题的。” 邓高峰还介绍。
Dream Maker 德国公司总经理袁袭则介绍:“我们公司于2015年进军中国市场,每年市场的需求量和我们的生产量都在翻倍,就是说年增长率达到100%以上。比如,我们去年的销售额是1亿多元,今年我们认为达到5亿元是有可能的,而明年的销售目标定在10亿元也不是完全没可能。”她还说:“‘新风’这一概念在中国的普及,大约出现在2014年、2015年。我们认为,目前行业增长的爆发点尚未到来,但即将到来。”
新风系统制造商 Dream Maker 公司在德 国的一处工厂。(《中国经济周刊》记者胡巍 | 摄)
新风行业在国内的发展还存在一些问题。
邓高峰说:“在产品质量标准方面,监管有待进一步完善。当然,中国政府也在制定和改进一些地方标准,并希望通过这些地方标准,强制推行、优化新风净化设备在安装等方面的工作。比如去年,北京市在全国率先推出了居住建筑的新风系统技术规程,该标准明确规定,北京市所有新建建筑必须为新风净化系统的安装预留位置。”
“在技术工艺的提升方面,中国不能说没有自主知识产权,也不能说没有研发投入,但产品的很多关键技术没有得到突破,包括风机、过滤器、整体的系统设计等,实际上还是有非常大的提升空间。此外,现在国内很多厂家实际上是在做贴牌生产,并没有在研发方面投入更多来促进行业或者技术的提升。”
德国制造的竞争力:
1分07秒、3到5名工人
《中国经济周刊》记者在德国采访期间发现,一些生产新风产品的厂商加大了对中国市场的生产量,这也将会对国内产品形成越来越大的竞争压力。
以Dream Maker公司为例,目前其业务重心明显倾向中国市场。该公司的第二条生产线已经调试完毕,正在等待验收通过,将于近期正式投入生产,其产能超过老生产线。袁袭介绍,未来公司的老生产线主要面向德国等欧盟国家市场,而从新生产线上下来的产品,将针对亚洲市场。他还进一步透露,所谓亚洲市场,主要指中国,“可能达到100%的比例”。
Dream Maker 公司正在作业的工人。得益 于自动化程度的提高,一条生产线上所需的 工人数量越来越少,这使得制造业的人力成本大幅下降。(《中国经济周刊》记者 胡巍 | 摄)
Dream Maker公司为何不直接在中国建设新生产线?该公司一位工作人员并不讳言,“德国制造”本身就是产品的卖点之一。他还说,由于其产品主要定位于中高端市场,不仅采用德国设计,包括产品配件也主要源自德国。其工厂所在的园区,恰好有相关的行业发展积淀,已经形成完整和成熟的产业链。“成品销往中国会由于关税等因素增加成本,但将配件运至中国也会增加成本,两者抵消后区别不大。”
Erwin Grohmann指出:“中国拥有更低的单个劳动力成本,这是一个事实,但是目前因为工业4.0技术等因素,生产的自动化水平大大提高,所需的工人数量并不多,所以人力成本也是类似的。”记者在观摩其新生产线的演示时注意到,整条生产线上仅有3名工人在作业。袁袭介绍:“工人的工资很高,但人数不多。新生产线的效率达到一定水平时,生产一台成品的理论耗时为1分07秒,即便如此,生产线上也仅需3到5名工人作业,因而人力成本就显得微乎其微了。”