衣、食、住、行，是人們最基本的四大行為活動。

圍繞著居住方面，民智一郎認為，有四條基本原則：安全堅固，健康舒適，節(jié)約能源，運行經(jīng)濟。

“新型節(jié)能住宅建造在德國”這個話題，與上述四項原則中的后三項原則，密切相關。

下面的內容，實際上是對前段時間，一些學習情況的階段性小總結。

歐美日等一些西方發(fā)達國家，在住宅科技創(chuàng)新領域方面的研究，比如，如何在住宅建造中，充分利用自然能源，等等，有許多值得我們思考、學習和借鑒的地方。

民智一郎，愿與對小建筑、小住宅、小別墅方面感興趣的朋友們，一塊分享見識，交流心得。

閱讀目錄

一、“被動式住宅”的應用

（一）“被動式住宅”的顯著特點

（二）什么是“被動式住宅”？

（三）單戶家庭住宅——獨立住宅，熱量損失示意圖。

二、自然能源在獨立小住宅上的應用

（一）太陽能的利用

1、太陽能發(fā)電

2、太陽能熱水

3、被動式太陽房

（二）淺層地表土壤中熱量的利用

1、地源熱泵技術的應用

2、室外空氣經(jīng)過地埋管吸入室內的應用

（三）小型家用風力發(fā)電機組的應用

（四）準自然能源-生物發(fā)酵沼氣的應用

三、使用天然木材，或者是使用天然植物建造獨立小住宅的情況。

四、三例德國典型新型節(jié)能住宅建造過程圖解

一、“被動式住宅”的應用

（一）“被動式住宅”的顯著特點

關于“被動式住宅”，簡單地說，就是一種無需暖氣系統(tǒng)或者空調系統(tǒng)，僅僅是通過刻意設計住宅的坐落和朝向，選擇不同的建造材料，以及采取特殊的建筑構造，等純“被動”的方式，就可以獲得舒適室內環(huán)境的一種新型的現(xiàn)代節(jié)能住宅。

對于“被動式住宅”來說，無需額外高投資的能源供應設備，就能滿足其供暖，24小時熱水和家電能耗。一般“被動式住宅”的造價，比普通住宅來說，按照需求不同，僅高出10%-20%。而從長遠來看，30年之內，一棟“被動式住宅”的總體建造和維修的花費，和普通住宅的平均水平是一樣的，而其能耗，則僅為普通住宅的1/4。

從長遠整體效果來看，“被動式住宅”，實際上要比傳統(tǒng)建造方式的普通住宅便宜得多。

在越來越多看重節(jié)儉和節(jié)能的德國，按照“被動式住宅”標準建造，竣工以后，又經(jīng)過社會專業(yè)機構的檢測，取得“被動式住宅”認證的房屋，已成為德國許多家庭購置新房的首選。

需要特別指出的是，“被動式住宅”，對于體型較小的獨立住宅來說，效果是比較明顯的。

（二）什么是“被動式住宅”？

“被動式住宅”，通俗地講，可以說是“僅僅靠住宅本身的構造設計，就能到達舒適的室內溫度，滿足‘冬暖夏涼’的要求，不需要再單獨另外安裝供暖設施的住宅，即，不需要‘主動’提供能量的這樣一種房屋”。

其實，也可以這樣簡單地理解，所謂“被動式住宅”，就是一種設計思想理念來自西方世界，采用現(xiàn)代保溫隔熱技術，現(xiàn)代吸氣、排氣通風技術，等手段，來建造的新一代的節(jié)能住宅。

一座規(guī)則的獨立小住宅，可以簡單地劃分有6個面組成，即：上面、下面、左面、右面、前面、后面。

下面，借助2幅 圖片，來簡單地說明獨立小住宅，通過外部圍護部分，熱量散失的所占比例情況。從中也可以看出，住宅保溫隔熱方面，哪些地方是需要重點進行處理的部位。

獨立住宅熱量損失示意圖1

Heat Losses 熱量損失

roof  屋頂部分（大約占總損失熱量）25%～30%

walls 25%～30% 墻體部分（大約占總損失熱量）25%～30%

floor 10%～20% 地面部分（大約占總損失熱量）10%～20%

 
（door）windows 25%～30% (門)窗洞部分（大約占總損失熱量）25%～30%

獨立住宅熱量損失示意圖2

Winter heat loss 冬季熱量損失

Ceiling 25～35% （屋頂）天花板/頂棚 大約占 25～35%

Walls 15～25% （非保溫的）墻體 大約占 15～25%

Windows 10～20% 窗子 大約占 10～20%

Floor 10～20% 地板 大約占 10～20%

Air leaks 15～25% 漏氣 大約占 15～25%

大自然中天然的自然能源，跟人工制造的能源不同。人類如果對自然能源，不加以充分開發(fā)和利用的話，自然能源，最終也會是白白地浪費掉。

而人造能源的過度生產與利用，一方面，需要耗掉地球上的一些不可再生的一次能源，另一方面，還會對人類居住的共同家園——地球的環(huán)境，產生越來越巨大的傷害。

在普通民眾建造房屋的過程中，積極充分地利用大自然中的一些自然能源，不僅是符合全球倡導低碳生活的流行趨勢，更是一種綠色環(huán)保的善舉。從大處來說，對人類的生存環(huán)境有利，從小處來說，對家庭個人也有好處。

使用自然能源的住宅室內，冬暖夏涼，空氣清新，健康舒適，同時，也能夠減少家庭在能源上的一些消耗，降低家庭在耗能方面的一些開支。

（一）太陽能的利用

太陽，給地球帶來光明和溫暖，源源不斷地向地球提供巨大的能量。

在晴天時間，將這些清潔能源，充分地吸收和利用，有著非常重要的現(xiàn)實意義。

在某些國家，前幾年的時候，為了鼓勵使用綠色環(huán)保清潔的新能源，對購買使用太陽能利用設備，政府會有比較大的資金方面的補助。

事實上，目前的太陽能技術還不夠完善，太陽能設備的售價相對還比較高，太陽能系統(tǒng)的相對使用壽命也還比較短。

對于太陽能發(fā)電系統(tǒng)而言，不同的太陽能電池板壽命是不一樣的，其中，電池壽命就短多了，大約三年到五年。

比如，國內有些鄉(xiāng)下農村，安裝太陽能路燈，在使用一段時間以后就不能用了，原因就是需要再另外花錢更換太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池部分。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)示意圖1

Battery  (蓄)電池(組)

Inverter逆變器

補充材料：

太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)，是由太陽能電池板、充電控制器和蓄電池等組成。

太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)，是由太陽能電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成。

太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)中不包括逆變器。

逆變器是一種電源轉換裝置，主要功能是將蓄電池中的直流電逆變成交流電。

Cooler 冰箱 Cell Phone 移動電話 Spotlight 聚光燈 Fan 風扇 Sump Pump 水倉泵 Laptop 筆記本電腦

Fluorescent Lighting 熒光燈 Television電視

太陽能發(fā)電系統(tǒng)示意圖2

Grid-Connect并網(wǎng)連接

AC Main Panel and Meter 交流電主配電箱和電表

AC Disconnect （Utility Accessible）交流電斷路器 （無障礙功能）

Inverter逆變器

DC Disconnect 直流電斷路器

Junction Box接線盒/接線箱

Solar Array太陽能電池陣列

 

太陽能發(fā)電系統(tǒng)示意圖3

通常情況下，人們所指的太陽能發(fā)電，往往指是太陽能光伏發(fā)電。

光伏發(fā)電，是根據(jù)光生伏打效應原理，將太陽光能，直接轉化為電能。

太陽能光伏發(fā)電，最基本元件，是太陽電池(片)，有單晶硅，多晶硅，非晶硅和薄膜電池等多種形式。

目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池主要是用于一些小系統(tǒng)和計算器輔助電源等。

在過去，歐美發(fā)達國家，大都制訂了“陽光計劃”，并采取措施，鼓勵居民安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)。比如，部分贈款，無息貸款和“種子基金”等，并以高出普通電價幾倍的價格，購買居民家中多余的太陽能電量。

但是最近，《紐約時報》有報道稱，2011年初，美國第三大太陽能電池板制造商，常青太陽能公司，正在關閉其主要的美國工廠，并將生產轉移到位于中國武漢的合資企業(yè)。

《紐約時報》報道稱，常青太陽能公司總裁麥克爾·艾爾-希洛曾，在一次聲明中，解釋了將公司整體遷移到中國的原因。

麥克爾稱，公司決定關閉在美國馬薩諸塞州的德文斯工廠，是為了應對太陽能電池板價格的暴跌。近3年來（2008年、2009年、2010年），太陽能電池板的全球價格，已降低了2/3，僅在2010年的第四季度，價格就出現(xiàn)了10%的大幅下挫。

麥克爾認為，在價格下跌的市場行情下，美國制造商，將持續(xù)處于不利境況，將工廠遷往中國，則能使安裝成本快速下降。因為在中國，不僅產品的制造成本較低，制造商還能獲得中國政府和國有銀行的幫助。

目前，歐美國家，削減新能源補貼已成趨勢。

而中國的情形卻有很大不同。近日有消息稱，正在審批中的國家《新興能源產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》稱，2011年~2020年的規(guī)劃期內，全國新興能源產業(yè)將累計增加投資5萬億元，其中，可再生能源2萬億至3萬億元，風電1.5萬億元，太陽能2000億至3000億元。

此外，有業(yè)內人士認為，目前規(guī)模尚小的中國新能源市場，存在巨大的發(fā)展空間，國際太陽能巨頭的進入，更多是在提前布局，為即將大發(fā)展的市場做準備。

平板型太陽能集熱器示意圖

（太陽能系統(tǒng)，內部的熱傳導介質，一般不是水體，而是具有防凍效果的乙二醇/丙二醇等液體。

通過熱交換箱罐，配合電熱水器，燃氣鍋爐，等，綜合配套，供應生活熱水。）

平板型太陽能集熱器示意圖

平板型太陽能集熱器示意圖

平板型太陽能集熱器示意圖

平板型太陽能集熱器示意圖

真空玻璃管內部有金屬吸熱體的太陽能熱水器

普通全玻璃真空管太陽能熱水器

（真空玻璃管吸收太陽熱，直接傳給未經(jīng)處理的普通水體-硬水，

隨著長期使用，真空玻璃管內壁上，會結一層水垢，將會降低太陽能系統(tǒng)的熱效率。）

“被動式太陽房”和“被動式住宅”，是兩個意義不同的概念。

什么是“被動式太陽房”？

天空中的太陽，向地面上的住宅室內，傳遞能量，不需要借助機械動力，也不需要專門的蓄熱器、熱交換器、水泵或風機等設備。而是完全由自然的方式（輻射、傳導和自然對流）進行，故稱為被動式太陽房。

被動式太陽房，在大多數(shù)情況下，集熱部件與建筑結構是融為一體的，房屋的結構構件能夠達到一物多用。比如，南面的窗子，既是房屋的采光部件，又是太陽能系統(tǒng)的集熱部件；墻體既是房屋的圍護構件，又是太陽能系統(tǒng)的集熱蓄熱部件。

“被動式太陽房”，也存在有諸多缺陷，比如，室內溫度波動會比較大，室內的舒適度也比較差，在夜晚，或者是在室外溫度較低，或者是連續(xù)陰雨天氣時，室內需要增加輔助熱源，才能維持適合人們在內居住的溫度。

在現(xiàn)代住宅的設計建造中，只是單純使用一項新型技術，已無法滿足“冬暖夏涼，健康舒適，節(jié)約能源”的建造目的。

因此，“被動式太陽房”，只有與其它先進住宅建造技術相結合，比如，“被動式住宅”技術，“能量回收通風系統(tǒng)ERV”技術，地埋管進氣技術，屋頂太陽能利用技術，現(xiàn)代保溫隔熱技術，等等，綜合運用，才能取得比較好的效果。

“被動式太陽房”建造一例

使用SIP承重斷熱板建造的一“被動式太陽房”斷面示意圖

綜合運用多項先進技術的“被動式太陽房”建造一例

（二）淺層地表土壤中熱量的利用

地表淺層，相當于是一個巨大的太陽能集熱器，收集了接近一半的太陽能所發(fā)出的能量。

 一般情況下，地下土壤，一定深度范圍內，會有一個相對恒定的溫度。

1、地源熱泵技術的應用

地源熱泵，是利用地下水與土壤地能，進行冷熱交換，作為水源熱泵的冷熱源。

冬季，把地能中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地能為“熱源”；

夏季，把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。

地源熱泵原理示意圖1

地源熱泵原理示意圖2

地源熱泵原理示意圖3

地源熱泵原理示意圖4

地源熱泵原理示意圖5

地源熱泵工作原理復雜示意圖

在過去，建造住宅，因為沒有采取過多的保溫隔熱措施，人們對于室外空氣進入室內，沒有去過多地考慮過。

而現(xiàn)在，住宅的建造，已經(jīng)采取了比較高效的保溫隔熱構造措施，因而住宅的密封性能被大大提高。為了既能保證室內有一個健康清新的環(huán)境，又要考慮到減少室內通風換氣，造成不必要的大量能源的消耗，人們在如何實施住宅內部的進氣和排氣的通風問題上，已經(jīng)做了大量的試驗性研究。

室外空氣，進入室內，不是傳統(tǒng)的形式，而是首先通過埋置在住宅外面，地坪下方的土壤中的總的進氣管道，在管道內，與管道外面的地下土壤，進行第一次熱量交換。

炎熱的夏季，室外空氣溫度較高，在經(jīng)過地下土壤中的降溫處理以后，再送入室內的“能量回收通風系統(tǒng)ERV”（Energy recovery ventilation），進行二次熱量交換處理。當然，夏季空氣 ，遇冷之后會產生冷凝水的問題。

寒冷的冬天，室外空氣溫度較低，在經(jīng)過地下土壤中的升溫處理以后，再送入室內的“能量回收通風系統(tǒng)ERV”（Energy recovery ventilation），進行二次熱量交換處理。

以上這些說法，通過下面的圖片加以說明。

室外地下土壤中，安裝地埋總進氣管道，室內安裝“能量回收通風系統(tǒng)ERV”（Energy recovery ventilation），

獨立小住宅，三維立體剖切示意圖。

室外地下土壤中，安裝地埋總進氣管道，室內安裝“能量回收通風系統(tǒng)ERV”（Energy recovery ventilation），

獨立小住宅，三維立體剖切示意圖，相關說明。