德国新世纪城市节能住宅设计

1、德国新世纪城市节能住宅设计The Research on the Energy-efficient Housing Design of New Century in Germany摘要：以德国2002年能源节约法颁布后的城市节能住宅设计为研究对象，在阐释对其设计背景、条件。类型的基础上 着重分析了其节能手段和城市设计意图 并总结出德国城市节能住宅的特点、趋势以及对中国节能住宅设计的启示。Abstract: This PowerPoint targets the energy-efficient housing design in the urban environment after EnEV

2、 2002 as main research object. Through the cases study , the back-grounds, conditions and typology of urban energy-efficient housing design are analyzed ,as well as the characters summarized . Also the writer gives a critical and comparative think on the energy-efficient housing design in China! 关键词

3、：节能住宅 德国城市住宅 低能耗设计Key words: Energy-efficient housing, German unban housing, lower energy consumption design. 一、 德国节能住宅发展背景及市郊节能住宅实践经验1. 历史背景德国的石油资源匮乏 几乎完全依赖进口 在上世纪70年代的石油危机中 德国曾一度只能依赖碳排放量极大的煤炭和环境隐患巨大的核能提供主要能源 石油危机之后 煤炭能源的高环境负担和国内环保主义者对核能的抵制，加上石油价格持续波动使德国政府意识到 一方面提高能源利用效率 另一方面开发和利用更安全的环境友好型新能源刻不容缓 在

4、这一背景下 德国政府从20世纪70年代末期开始立法限制建筑能耗 并出台政策扶植新能源利用 由于德国所处的纬度较高，冬季严寒 住宅建筑的能耗最主要是用于冬季采暖和提供热水 而建筑和外界的热传导造成的热能损失则是建筑节能主要的控制对象。1977年第一步保温法规WSVO颁布 其中严格规范了建筑物保温构造做法，通过规定建筑墙体的最大允许传热系数、窗墙比、体形系数来控制建筑物热能损失。2002年具有里程碑意义的能源节约法EnEV2002 颁布执行。其中规定渐进但雄心勃勃的节能目标。提出更全面的建筑节能评价体系，首次以建筑年单位面积的一次能源能耗值Qp和整体终端能耗值Qe作为控制标准，并以WSVO95为基

5、础提出进一步节能30%。将低能耗住宅的标准定为Qp70kWh/a此外，德国政府还通过政策资助新建或改造了一大批低能耗新能源的住宅试验区，探索建筑节能技术以及太阳能等新能源的应用。20世纪80年代90年代末，德国就已经有超过180个生态节能住区试点，时间规模居欧洲首位。2. 使用高效节能的供暖终端和通风换气设备 通过近30年的低能耗住宅实践，德国在住宅建筑节能技术和住区节能规划上取得了丰富的经验，出于对造价等成本的考虑，这些实验性的低能耗住宅（区）绝大多数兴建在城市边缘用地相对宽裕的市郊地区。其中比较有代表性的是柏林Heinrich-Boll住宅区 Am Petersberg和Am Grunew

6、ald住宅区、弗莱堡Vauban住宅区、汉诺威世博低能耗住宅新城等等。通过对这些实践案例的分析 可以总结出德国市郊低能耗住宅设计取得的一些经验（1） 提高围护结构保温性能围护结构的保温是住宅建筑节能的核心，不仅包括建筑的外墙体保温、减少热传导，还包括屋顶、门窗以及地基的保温和减少热桥，德国历次保温法规都对外墙 屋顶的保温层厚度、完成品的导热系数上限以及保温构造做了严格的规定，同时利用工业化程度高的国情优势，德国低能耗住宅还尝试诸如工厂预制件等标准化生产建造方式，探索建筑外墙保温新方法。如位于柏林-契冷多夫区（Berlin-Zehlendorf）的Am Grunewald低能耗住宅区1999建成

7、 除了在住宅屋顶做覆土种植屋面做覆土种植屋面以增强屋顶保温外，还采用工厂预制双层混凝土壳体外墙内嵌聚苯乙烯板的标准化外墙生产建造方式，小区内14栋4层住宅采用完全相同的平立面设计，标准化的设计有利于控制外墙导热系数，减少由不同材料交接或建造过程的不严密产生的热桥。德国劳动力成本较高，因此大规模的预制件生产也可以提高节能住宅的建设速度，降低低能耗住宅建造成本，并提高市场接受度。（2） 使用高效节能的供暖终端和通风换气设备德国冬季严寒，供暖期近半年，因而终端设备的供热效率非常重要，如在柏林Heinrich-Boll居住区的住宅1999 就尝试采用了外墙内表面粘土抹面加墙面供暖系统的新采暖设备布置方

8、式。另外，由于冬季室内需要换气，自然通风和一般中央机械通风都会造成很大的室内热能损失，因此在低能耗住宅区内，建筑通风普遍使用具有热回收功能的中央通风设备。这类通风设备通过构造设计能有效地将室内排出风的温度传递给进入风，减少因加热较冷的新风而消耗的额外热量。如在柏林Am Pe-tersberg住宅区安装的热量回收通风系统就可以有效减少80%的热能损失。（3） 采用太阳能辅助采暖和太阳能光伏板供电太阳能设备在众多低能耗住宅区内得到了广泛的实验，所应用的太阳能采集设备主要分为两类：太阳能光伏板、太阳能平板集热器在柏林市郊Heinrich-Boll 住宅区示范性的采用了太阳能光伏板设备为小区用户提供电

9、能、小区内三栋朝南住宅屋顶铺设1360光伏板，1999距今十余年累计为居民同乐超过1200MWh的电能，相当于小区216户居民一整年的采暖能耗量，值得一提的是，建造商在小区入口位置架设一块电子显示板。实时的显示当前光伏板功率，累计输出电量，还将其转换为相应的CO2排放量，以清晰准确直观的方式向居民和来访者传达采用新能源的意义，提高新能源的市场接受度同样在柏林的Am Petersberg住宅区和Am Grunewald住宅区则使用了另一种方式利用太阳能，这两个相邻而建的姐妹住宅区的建筑和节能方案为联邦资助的住宅竞赛中的获胜方案，采用了低能耗建筑技术和创新的供暖系统，即在城区供暖网基础上嫁接太阳能

10、辅助供暖设备形成小区内部供暖网，以Am petersberg住宅区为例，通过热能中继站使小区3栋住宅屋顶架设的太阳能集热器与接入小区的城区供暖网相连，并使小区可在太阳能设备和区域供暖网间切换，此外。这套太阳能设备还满足小区50%的热水需求（4） 制定因地制宜的多种低能耗住宅标准通过长期的实践，目前在德国形成了几种主要的低能耗住宅指标，按单位面积的年能耗水平可以分为低能耗住宅，增强型低能耗住宅，被动式住宅，零耗能以及主动住宅。在居住区规划中，根据基地条件不同，选择相应的节能目标，在鼓励被动式住宅的同时渐进的推进大范围的住宅节能例如位于德国南部弗莱堡的Vauban住宅区1993规划 2006建成

11、混合建造了四种低能耗住宅，并且在朝向和日照条件良好的位置建造92套被动式住宅以及9套实验性主动住宅（5） 建设规模化的可持续基础设施和无车社区弗莱堡Vauban居住区制定了一套完整的可持续能源方案。整个住区覆盖城区供暖网、热站的燃料由80%的环保木屑废料和20%的天然气组成。同时Vauban住区是欧洲最大的太阳能住区之一，覆盖有2500的太阳能光伏板和500的太阳能集热器，为小区提供持续干净的能源，此外，小区还设计了雨水回收系统，收集的雨水在处理中心同生活污水一起进行发酵，产生的沼气供居民厨房使用。完善的可达性城市设计和公共交通也是大型节能住区的重要组成部分，Vauban住区以两条公用线路和一

12、条有轨电车与城市相连。小区的商业配套设施不拘紧凑，步行可达。小区内的汽车使用被严格显示，绝大多是地方禁止车辆长时间停放，而且称量必须停放在小区外的太阳能集中停车库内，通过减少私家汽车的使用。住区的整体能源消耗得以进一步降低。二、 德国城市节能住宅的设计条件通过上书研究不难发现，德国的节能住宅实践已经积累丰富的经验 低能耗住宅标准和技术也相当成熟 然而节能住宅的推广是一个渐进的过程，由于成本等经济原因的市场接受度等社会原因 上世纪德国节能住宅的主战场仍是在绿树成荫的郊区 进入新世纪后 随着2002年能源节约法EvEV颁布等一系列相关条件的成熟，节能住宅实践已逐渐呈现出转入城市的趋势的趋势1. 客

13、观条件2002年第一部能源节约法颁布实施，同时提出了在住宅建筑中推行能源认证制度，要求所有新建和改建的建筑必须在取得能源认证证书并低于EnEV的一次能源消耗上限要求后才能建造、出售、出租。能源证书上将清楚详细的标出该建筑单位面积的年平均采暖能耗值和相应的一次能源消耗值、供消费者参考。这项法规颁布后，无论是市郊还是内城的新建住宅建筑，都必须做到低能耗，从某种意义上说，这给内城的节能住宅建设注入了一剂强心剂。德国近30年的住宅和住宅区节能设计所积累的经验是内城节能住宅建设重要的技术保障，如住宅的围护结构保温等设计原则在城市环境下仍然有效，整体的节能规划在大面积内城开发项目上也大有用武之地。此外，类

14、似更薄更有效的真空保温板等新材料的出现也给内城的节能住宅设计创造了新的可能。2. 主观条件首先市内城建筑重新受到了人们关注。从1987年，内城作为居住场所，柏林国际住宅展IBA87 开始，德国大城市的内城开发项目陆续涌现，法兰克福缅茵河岸开发、科隆Rheinauhafen旧港改造、杜塞尔多夫滨水区项目等等，一大批以城市生活为基础的引人入胜的项目试图将那些在郊区化中流失的人们重新吸引回紧凑的城市结构中来，而德国的中产阶级也越来越倾向于内城的城市生活而非郊区的平淡宁静。其次是节能住宅市场的逐步确立。随着德国民众环保意识的不断增强，加上德国能源署dena不遗余力的宣传推广并出台资助政策，节能住宅市场

15、已成型，建筑的节能效果对消费者的选择起到重要影响。同时大量的合作建房业主在委托建筑师之时也会主动提出建筑也能的要求。再次是城市设计层面节能意识的增强。节能居住已经不再被认为仅仅是建筑层面的的工作，而是从用地性质规划、城市设计原则到建筑技术等多层面协调的整体工作。道格拉斯法可持续的城市主义一书详尽阐述了上述观点，并指出高密度功能混合的城市环境，可持续的城市基础设施以及绿色建筑技术的综合运用是营造可持续人居环境的最有效手段。Farr2007三、 新世纪的过程是节能住宅实例分析通过近几年的实践，城市节能住宅正逐渐兴起，这按其所在基地条件可分为两类：一是在原有城市肌理和基础设施上的住宅填充，二是在新规

16、划的城市开发地区具有可持续基础设施覆盖的城市住宅开发。而根据所处的城市结构和尺度，又可分为4类：周边式住宅填充、地块内部开发、新周边式住宅、新型开放街区住宅。1. 柏林、杜塞尔多夫在原有城市肌理和基础设施上的节能住宅设计（1） 柏林Esmarch街3号住宅，2008 Kaden和Klingbeil建筑设计事务所设计城市结构：周边式住宅的填充。这个镶嵌在柏林典型周边式界区内，风格简洁的7层白色住宅实际是德国最高的木构住宅，他的成功建造突破了柏林现有建筑规范对一般木构住宅高度的限制。对推广保温性能好、生态影响小的城市木构住宅具有重要意义。节能手段：该项目是柏林众多业主合作建房项目中的一个，建筑是通

17、过和业主们交流，在一开始就确定了采用木结构来建造一栋低能耗建筑住宅的想法。首先木结构住宅在节能上具有先天优势，木材的保温性能是相同厚度的砖的6倍，是混凝土的16倍Wolff2007 其次木构建筑在建造时要比钢结构和混凝土建筑节能节水，同时木材本身也是可再生资源，而德国又拥有丰富的森林资源。建筑通过良好的保温构造设计以及木材的使用，使得外墙的导热系数U值仅为0.153W/K，加上选用的中央通风设备也具备热回收功能，根据能源证书显示，该住宅年单位面积的一次能源消耗仅为30kWh/a，终端能源消耗仅为10kWh/a。城市设计：建筑师将楼梯间与居住功能之外独立设置，通过两者之间留出的空隙塑造了一个理想

18、的过度空间，并将柏林著名的城市生活区Prenzlauberg的街道生活和邻里内部花园在视觉上联系起来，打破了一尘不变的封闭街区格局。和周边许多住宅一样，这座居住建筑的底层被用作办公空间从而为区域提供居住以外的混合功能意义：该住宅项目以木结构为突破口，一方面以出色的建筑设计证明了基于原有城市基础设施基础（供暖网络等）也完全可以实现低能耗住宅的目标，另一方面也说明即使住宅的节能要求对建筑造型产生了一定限制，但是通过合理设计和布局，仍可以实现与城市文脉的有机对话。（2） 柏林Bernauer街58号城市联排独户/双户住宅，部分建成城市结构：在内城遗留地开内开发。Bernauer街曾是两德分裂时期东柏

19、林的强制无人区，柏林墙从这里穿过，柏林墙倒塌后，这里意外地获得了纵深近90M的宝贵的内城开发空间，除去40M作为柏林墙纪念公园外，剩下的面积被用来建造一个由16栋独户/双户联排住宅所构成的紧凑型邻里单元。节能手段：在这里高密度的条件下实现住宅的节能具有一定难度，每栋楼采取了不同的节能措施。仅以北侧入口处的8号住宅为例，由于该楼的主要景观面在西北侧，朝向在建的柏林墙纪念公园，故需要在保温不利的北侧开一定量的大窗，建筑师经计算并根据功能优化了开窗位置和开窗尺寸，利用转角优势将顶层一面大窗移至西侧，既争取日照又兼顾景观，并且选择保温性能更好的三层复合型保温玻璃。外墙保温层采用保温性能更好的矿棉板，并

20、且在使用厚度上比德国平均标准高出50%。值得一提的是，为了在保证舒适度的前提下减少一次能源的消耗，该住宅选用燃烧木质颗粒（Holzpellets）的锅炉进行采暖，由于这种材料由建筑等行业产生的木质废料经过高压干燥制成，燃烧效率高，生产运输过程的能耗低，因而一次能源系数仅为0.2.根据能源证书显示，该住宅年单位面积一次能源消耗量仅为27kWh/a，终端能源消耗为76.5kWh/a。城市设计：紧凑而有机的总平面形态在这一历史区域塑造了一个独特的社区形象，同时由于多个建筑是共同参与了单体设计，也赋予了每栋住宅独特个性。独特性是这个项目城市设计的要点，形态上它既不同于附近传统周边式院落住宅，也与北侧东

21、德时期的预制板楼形成反差，类型上更因是内城少见的联排别墅（townhouse）而引人瞩目。此外，由于从这里出发搭乘公共交通仅需10分钟便可达市中心。因此所有住宅均不设车库，小规模的无车社区强调了绝佳的内城优势。意义：该住区以个性、舒适为目标塑造了独特的内城节能住宅，其意义不仅仅是提供了16套住宅空间，更重要的是它将在内城建造多样性、舒适性和便利性的节能居住空间的设想变成了现实，对于吸引更多的人们放弃沉沦上的生活，从市郊回归城市有着启发性的意义。（3） 杜塞尔多夫Gladbacher街89号截取 2008 HGMB建筑事务所设计城市结构：新周边式住宅。Gladbacher街89号住宅截取临近杜塞

22、尔多夫的滨水港区再开发项目，该地块内功能混合，包含住宅和办公，是城市新兴的工作和滨水休闲区。节能手段：该项目是北莱茵威斯特法伦州50个太阳能住宅区示范项目之一，它尝试在传统街区的周边式住宅内有效利用太阳能。建筑师通过对肚饿、塞尔多夫当地的年日照分析和太阳方位分析，在主要位置布置了3个太阳能板，南侧屋面铺设了240的太阳能平板集热器，满足小区40%的热水供应，南侧和东南侧立面安装了太阳能光伏板。同时，建筑保温材料采用矿棉板，局部外包木质外墙材料，屋面使用保温种植层，通风设备采用安装有热回收装置的中央通风系统等。此外，同时小区还安装了地热系统，冬天辅助办公楼和住宅供暖，夏季则协助办公楼提供冷却空气

23、。根据能源证书显示，该住宅年单位面积的一次能源消耗为42kWh/a，终端能源消耗为33kWh/a。城市设计：该项目在尊重了杜塞尔多夫传统城市结构特征的基础上，打造成是区域的周边式建筑。意义：这个严谨的周边是住宅证明了在传统城市结构中建造太阳能节能住宅的可行性，通过合理的计算分析，太阳能在内城环境下也能得到有效利用。 2. 汉堡港口新城Hafencity的可持续基础设施规划，城市设计及节能住宅设计。对原有城市老港的再开发利用为汉堡市提供了一块贴近老城中心、区位优越的城市发展空间，该地区将发展成一个功能高度混合的城市生活区。其中住宅建筑将占33%。汉堡的港口新城是目前欧洲最大的内城开发项目其可持续

24、性在规划初期就已经确立，并贯穿城市设计和建筑设计始终。（1） 节能手段：规划上强调设计的前瞻性，将该地区157h用地分6期开发并持续近30年，拟于2025年完全建成，同时在地区中心预留2个地块仅作基础开发，以便为2025年后续的开发调整提供可能和空间，这样的开发节奏，一方面为城市提供了持续的增长动力，是地区价值逐步发挥，另一方面对开发过程中和出现的问题也可做出及时的调整，为未来可能出现的新技术留出实战余地。港口新城一期安装有1800的太阳能采暖设备，并入区域网络。供暖锅炉可以使用混合燃料，并可以逐步提高高效环保的材料比例。新城大力发展与提倡公共交通和步行城市，为了保证该区域和城市的密切联系，新地铁线U4的建造和新城一期工程同步进行，建成后将和现有的两条经过港口新城地铁线一起满足各种交通需求。同时，新城的地块尺度合理、公共空间可达性高。以Dalmannkai区域为例，尝试了高密度、小尺度、开放地块的空间形态，并充分利用滨水景