陳毅華 / CHEN Yihua

中德被動式房屋超低能耗建筑示范項目技術(shù)研究
——日照新型建材住宅

陳毅華 / CHEN Yihua

1 項目概況

日照新型建材住宅示范區(qū)位于山東省日照市山海二路以北，北京北路以西，距市中心約7km，規(guī)劃總用地面積19.413萬m2，總建筑面積24.99萬m2，總戶數(shù)898戶；綠化覆蓋率為35.6%，建筑密度23.9%，容積率1.5。日照新型建材住宅示范區(qū)被動房區(qū)域為22～30#住宅樓，總建筑面積為56 675m2，其中27#住宅樓被列為《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2014年科學技術(shù)項目計劃》國際科技合作項目（中德合作），是山東省首例采用德國被動房標準設(shè)計的住宅建筑。

27#住宅樓地上5層，地下2層（圖1、2）；建筑面積5 407m2，建筑基地面積953m2，2個單元共20戶；戶型面積218m2；體形系數(shù) （A / V）0.27；住宅樓采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。

2 被動式房屋概述

“被動房屋”一詞由德文Passivhaus翻譯而來。被動房屋是指僅通過建筑的新風系統(tǒng)供暖及制冷，并且只需要德國標準化學會（Deutsches Institut für Normung e. V.）DIN 1946規(guī)定的新風量就可以滿足ISO7730中熱舒適度的要求，基本不需要額外加裝采暖及制冷設(shè)備的高效建筑。

被動式建筑不是一種能耗標準，而是一種兼顧能效性能和最佳舒適度的綜合方案，實現(xiàn)被動式房屋的重要原則是具有緊湊的、無熱橋的結(jié)構(gòu)，合適的體形系數(shù)，良好的維護結(jié)構(gòu)，良好的氣密性，高效的熱回收新系統(tǒng)，充分利用室內(nèi)人們生活中產(chǎn)生的熱量（電器、燈具、烹飪、洗滌等）及太陽通過窗戶向室內(nèi)傳遞的熱量就可基本滿足冬季室內(nèi)溫度，并通過熱（冷）回收裝置將室內(nèi)廢氣中的熱量回收，從而顯著地降低能源需求，實現(xiàn)室內(nèi)舒適的居住環(huán)境，是能量效益最佳的房屋。

3 被動式房屋與國內(nèi)65%節(jié)能房屋主要設(shè)計標準及能耗的比較

3.1 主要設(shè)計標準的比較

被動式房屋與目前我國65%節(jié)能房屋主要設(shè)計標準的差異如表1所示。

3.2 被動式房屋與65%節(jié)能房屋采暖能耗比較（日照地區(qū)）

被動式房屋與日照地區(qū)的65%節(jié)能房屋采暖能耗比較如表2所示。

4 日照新型建材住宅示范區(qū)27#住宅樓保溫及熱負荷模擬計算

4.1 被動房屋外墻圍護結(jié)構(gòu)保溫計算

在保證外墻傳熱系數(shù)K≤0.15W/（m2·K）的情況下，通過BEED5.0建筑熱工節(jié)能設(shè)計計算軟件進行保溫層厚度熱工計算，外墻圍護結(jié)構(gòu)保溫材料采用200mm厚B1級石墨聚苯板，屋面保溫材料采用250mm厚B1級石墨聚苯板。

4.2 被動房屋BEED5.0軟件模擬計算負荷結(jié)果

被動房屋冬季室內(nèi)溫度設(shè)為20℃，夏季室溫為26℃。27#住宅樓能耗判定如表3所示。

圖1 27#北立面效果

圖2 27#南立面效果

5 被動房外圍護結(jié)構(gòu)主要技術(shù)

5.1 保溫隔熱措施

通過BEED5.0軟件計算，外墻保溫材料采用200mm厚B1級石墨聚苯板，屋面保溫材料采用250mm厚B1級石墨聚苯板，地下室頂板采用100mm厚擠塑聚苯板加100mm厚改性酚醛板；樓板采用5mm厚隔音墊及60mm厚擠塑聚苯板。分戶墻兩側(cè)均采用30mm厚改性酚醛板，樓梯電梯隔墻部分采用80mm厚改性酚醛板；外墻每層樓板位置設(shè)置300mm寬巖棉防火隔離帶；標高±0.000以下室外外墻保溫選用200mm厚泡沫玻璃保溫層。

表1 主要設(shè)計標準的對比

表2 能耗比較

表3 27#住宅樓能耗判定（kWh/m2）

5.2 門、窗保溫隔熱做法

樣板房外窗選用上海維卡82系列塑鋼節(jié)能型材，傳熱系數(shù)K=0.9W/（m2·K），采用真空復合中空玻璃（從外向里：5mmLow-E +16A+5mmLow-E+0.15V+5mm白玻），傳熱系數(shù)K=0.5W/（m2·K），整窗傳熱系數(shù)K≤1.0W/（m2·K）；入戶門選用被動房專用保溫門，K≤1.0W/（m2·K）。圖3為外窗安裝做法節(jié)點示意。

5.3 圍護結(jié)構(gòu)氣密性

建筑圍護結(jié)構(gòu)的氣密性是被動房屋節(jié)能的主要措施之一，其氣密性是減少建筑熱損失的重要環(huán)節(jié)。被動房屋竣工后必須經(jīng)過鼓風門進行氣密性測試，測試標準為n50≤0.6/h。

被動房屋圍護結(jié)構(gòu)氣密性的主要做法：

（1）氣密層由以下部分組成：底部部分由水泥板形成；外墻部分由外墻內(nèi)抹面和水泥樓板連接形成；窗戶部分由氣密安裝和內(nèi)抹面連接形成；頂部部分由水泥樓板和外墻內(nèi)抹面連接形成。氣密層應該是連續(xù)的，包覆全部采暖空間。

（2）穿外墻和底板各種管線、屋面的排風煙道和排水立管做好保溫的同時，需要做好氣密性的封堵（圖4、5）。

（3）戶內(nèi)電線管、電線盒安裝在混凝土墻里，將電線管穿完電線后，電線管內(nèi)采用專用密封膠封堵；如遇到電線管、電線盒在砌塊

墻體上時，電線盒背面與洞口應用石膏嚴密封堵，待電線管穿完電線后，管內(nèi)也應采用專用密封膠封堵。

圖3 外窗安裝做法節(jié)點示意

圖4 外墻預留管線、入戶穿墻節(jié)點示意

圖5 排風道出屋面節(jié)點示意

（4）建筑外窗采用真空復合中空玻璃（圖6），外門采用被動房專用密封保溫門，在安裝時門框、窗框與墻體交接處采用預壓膨脹密封帶，且外窗室內(nèi)一側(cè)使用防水隔氣膜，外窗室外一側(cè)使用防水透氣膜，同時也采用專用密封膠封堵。

圖6 真空復合中空玻璃示意

圖7 女兒墻節(jié)點示意

圖8 空調(diào)、太陽能支架安裝節(jié)點示意

5.4 被動式房屋熱橋處理措施

被動式房屋防熱橋措施主要在女兒墻、地下室頂板、管線穿外墻等一些局部容易散熱的部位，熱量集中從這些部位快速散失，形成較多的熱橋，從而增加了建筑物的采暖（制冷）負荷及能耗。被動式房屋在易產(chǎn)生熱橋的位置（如：空調(diào)支架、雨水管、太陽能集熱器支架）采用了特制的隔熱構(gòu)件，這些構(gòu)件有利于避免或減少熱橋的產(chǎn)生，減少建筑內(nèi)部熱量的散失，杜絕由于熱橋產(chǎn)生的結(jié)露問題。所有容易產(chǎn)生熱橋的部分均采用保溫包裹，如女兒墻取消了傳統(tǒng)做法，采取將女兒墻內(nèi)外兩側(cè)均采用保溫板包裹，女兒墻頂部采用蓋板防護保溫系統(tǒng)；空調(diào)支架等固定件與墻體之間采用硬質(zhì)塑料保溫板，將面熱橋減小到點熱橋；排水立管及橫管均采用30mm厚保溫隔音氈，鋼制管卡與管道之間采用5mm厚隔音墊（圖7、8）。

5.5 空氣源熱回收空調(diào)系統(tǒng)

根據(jù)被動式房屋氣密性及能耗的要求，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量，滿足人體的通風要求，需要采取機械通風對室內(nèi)補充新風。按照德國被動房屋采暖一次性能源需求量和制冷一次性能源需求量均小于等于15kWh/（m2·a）的標準，在新風換氣過程中，室內(nèi)空氣的熱回收率必須大于75%。本項目采用清華同方人工環(huán)境有限公司研發(fā)的被動房專用能源環(huán)境機（圖9）。

每戶設(shè)一臺專用能源環(huán)境機，該機集新風換氣、熱回收、制冷、制熱全熱回收功能于一體；采用交叉逆流全熱回收芯體，在得到空調(diào)冷量的同時，將冷凝熱回收，全熱回收率高達75%以上；根據(jù)室內(nèi)環(huán)境CO2濃度控制新風量，室內(nèi)空氣時刻保持新鮮；多重過濾設(shè)計，有效過濾室外新風和室內(nèi)空氣中的有害物質(zhì)，凈化室內(nèi)空氣。如果制冷時室內(nèi)溫度較高，或者制熱時室內(nèi)溫度較低，室內(nèi)CO2濃度高于設(shè)定值，此時暫沒有新風。待室內(nèi)溫度達到適宜溫度后，方可允許新風進入室內(nèi)；在過渡季節(jié)新風系統(tǒng)可以不啟動，可以自然通風，同時該機可起到除濕作用，系統(tǒng)運行總能效2.8，采用分戶式新風系統(tǒng)。

6 建筑工程投資比較

被動式房屋投資總成本比普通65%節(jié)能住宅多884.86元/m2（表4）。

建筑工程投資比較（884.86元/m2）中未計算下列可節(jié)省的費用：

（1）用戶購空調(diào)機約30 000元/戶，折合建筑面積138元/m2（戶型面積218m2計算）。

（2）每戶節(jié)約管道井面積0.25m2，售價8 500元/m2，折合建筑面積9.8元/m2。

（3）多、高層采暖運行費（加壓泵電費）：2元/月/m2，熱計量表費用：2 000元/戶，室內(nèi)溫控閥600元/戶。

圖9 專用能源環(huán)境機室內(nèi)機示意

表4 被動式房屋與普通65%節(jié)能住宅投資造價比較

（4）用戶繳納采暖費：6元/月/m2（按采暖面積計算，約占建筑面積90%），日照采暖期為4個月，每個冬季采暖費21.6元/m2。

（5）熱交換站節(jié)約車位面積100m2，折合停車位4個，合計售價40萬元；折合建筑面積7.2元/m2。

7 結(jié)論

按照日照地區(qū)4個月采暖期計算，日照新型建材住宅示范區(qū)被動式房屋總建筑面積為56 675m2，與節(jié)能65%建筑相比，節(jié)約標煤178.5t，減少CO2排放494.45t，節(jié)省采暖費約124.8萬元，由于本項目具有良好的圍護結(jié)構(gòu)保溫體系，建筑綜合節(jié)能率達到91%以上。

伴隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展的是巨大的能源消耗，建筑能耗約占人們生活總能耗的30%，因此，我國目前的節(jié)能減排形勢十分嚴峻，而建筑能耗作為最大的能耗黑洞，是最迫切需要解決的難題。作為一個能源消耗大國，中國正面臨著日益嚴峻的能源和環(huán)境挑戰(zhàn)。與發(fā)達國家相比，我國建筑節(jié)能減排差距約為30年。與節(jié)能62%房屋相比，被動房隔熱性能更強，能源消耗極低，已成為人類未來建筑節(jié)能發(fā)展的趨勢，被動房的節(jié)能技術(shù)和材料的推廣應用，將對我國建筑節(jié)能減排起到積極的推動作用。

本項目的研究成果和各項節(jié)能技術(shù)的實踐應用，為被動式房屋各項技術(shù)更加科學合理地利用到中國北方寒冷地區(qū)的多、高層民用住宅提供了重要的借鑒和參考。被動房具有較強的可實施性，適應了當前綠色建筑急速發(fā)展的迫切需求。同時被動式房屋可以克服城市的熱島效應，促進我國節(jié)能產(chǎn)業(yè)的升級。被動式房屋幾乎不需要采暖設(shè)施，有效地緩解了每年冬季由于北方采暖帶來的社會問題，如霧霾。而本項目的建設(shè)也可為山東省被動式低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計標準的編制提供依據(jù)。

2015-02-20

TECHNOLOGY RESEARCH ON SINO-GERMAN DEMONSTRATION PROJECT OF THE PASSIVE AND ULTRA-LOW-ENERGY BUILDING:NEW BUILDING MATERIAL RESIDENCE IN RIZHAO

日照新型建材住宅示范區(qū)27#住宅樓被列為《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2014年科學技術(shù)項目計劃》國際科技合作項目（中德合作），是山東省首例采用德國被動房標準設(shè)計的住宅建筑。本文介紹了德國被動式節(jié)能建筑技術(shù)在國內(nèi)多、高層住宅建筑中的應用實踐，并進行了各項技術(shù)和經(jīng)濟分析。通過“被動房”本土化的實現(xiàn)，獲得本土化經(jīng)驗，從個案推廣開，進而建立適合中國國情發(fā)展的“被動房”設(shè)計方法，建造符合中國國情的被動式房屋。

The No. 27 residential building in the new building material residential demonstration area in Rizhao, which is classifed as an international science and technology cooperation project (Sino-German cooperation) in the Science and Technology Project Plan of the Ministry of Housing and Urban-Rural Development in 2014, is the frst case of residential building designed in accordance with the German passive house standard in Shandong Province. This paper introduces the application of German passive ans low-energy building technology in multiple and high-rise residential buildings in China, and carries out technical and economic analyses. Based on the experience obtained from practices of localizing the "passive house", the "passive house" design methodology that is suitable for China's climatic condition will be established, so as to construct the passive house in accordance with China's national condition.

低能耗建筑 被動房屋 氣密性 熱橋處理 被動房專用能源環(huán)境機 本土化

Low-Energy Building, Passive House, Air Tightness, Thermal Bridge Treatment, Passive House Dedicated Environmental Unit, Localization

陳毅華，日照山海天城建開發(fā)有限公司設(shè)計研發(fā)土建工程師