葉浩文 李叢笑 朱清宇 張歡 胡遠航 / YE Haowen, LI Congxiao, ZHU Qingyu, ZHANG Huan, HU Yuanhang

預(yù)制裝配式實現(xiàn)被動式超低能耗建筑技術(shù)與實踐
——中建科技成都研發(fā)中心示范項目

葉浩文 李叢笑 朱清宇 張歡 胡遠航 / YE Haowen, LI Congxiao, ZHU Qingyu, ZHANG Huan, HU Yuanhang

以中建科技在成都產(chǎn)業(yè)園建設(shè)的以被動式超低能耗建筑、工業(yè)化建筑、綠色建筑和智能化建筑為目標的研發(fā)中心項目為例，詳細介紹了設(shè)計和研發(fā)成果，包括傳熱系數(shù)確定、保溫形式創(chuàng)新、被動式節(jié)能技術(shù)、地埋管風(fēng)系統(tǒng)、新風(fēng)處理技術(shù)、地源熱泵系統(tǒng)、綠色云平臺等方面，特別是在裝配式結(jié)合被動式建筑方面進行了新的技術(shù)路線探索和工程實踐。

被動式建筑 超低能耗建筑 裝配式建筑

1 前言

2008年，我國開始引入以德國為代表的被動式建筑理念，并以德國被動式建筑技術(shù)路線為基礎(chǔ)，在國內(nèi)開展被動式超低能耗示范項目建設(shè)。德國被動式建筑熱工性能要求高，嚴禁室內(nèi)出現(xiàn)結(jié)露發(fā)霉現(xiàn)象，建筑能耗極低，通過建筑能耗模擬計算一次能源消耗值，判定是否滿足被動式建筑要求?？孜膽挼龋?016）對夏熱冬冷地區(qū)的一棟被動式建筑的冬季運行情況進行實測，結(jié)果表明，在室內(nèi)無人且無任何輔助供熱措施條件下，寒潮期間的室溫能穩(wěn)定在18℃左右，在室內(nèi)有人長期居住條件下，測試期間室內(nèi)溫度在18℃以上的時間從無人狀態(tài)的55.1%提高到了100%，冬季可進行短時間開窗通風(fēng)以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，短時間開窗對室溫影響不大。通過此測試可以看出，被動式建筑可以極大地提高我國夏熱冬冷地區(qū)的室內(nèi)熱舒適環(huán)境，大大減少嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)采暖季對化石能源的需求。

我國地域廣闊，各地區(qū)氣候差異大，經(jīng)濟發(fā)展水平和室內(nèi)環(huán)境標準低，建筑特點、建筑技術(shù)、相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平及人們生活習(xí)慣和德國等歐洲國家大不相同，因此，根據(jù)國情發(fā)展具有中國特色的被動式超低能耗建筑技術(shù)已經(jīng)成為業(yè)界共識。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部（以下簡稱“住建部”）提出推廣被動式超低能耗建筑，并發(fā)布了《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》。該導(dǎo)則指出，被動式超低能耗綠色建筑是指適應(yīng)氣候特征和自然條件，通過保溫隔熱性能和氣密性能更高的圍護結(jié)構(gòu)，采用高效新風(fēng)熱回收技術(shù)，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供舒適的室內(nèi)環(huán)境并能滿足綠色建筑基本要求的建筑。

2016年3月17日，“十三五”規(guī)劃綱要正式發(fā)布，“提高建筑技術(shù)水平、安全標準和工程質(zhì)量，推廣裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑”被明確列為發(fā)展方向。2016年9月14日，李克強總理主持召開國務(wù)院常務(wù)會議，決定大力發(fā)展裝配式建筑，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級。以京津冀、長三角、珠三角城市群和常住人口超過300萬的其他城市為重點，加快提高裝配式建筑占新建建筑面積的比例。大力發(fā)展新型建筑工業(yè)化已經(jīng)上升為推進社會經(jīng)濟發(fā)展的國家戰(zhàn)略。

結(jié)合上述我國對建筑質(zhì)量和建筑方式變革的要求，以及建筑行業(yè)中綠色建筑、智能建筑興起的趨勢，中建科技集團有限公司在其子公司中建科技成都有限公司的產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)建設(shè)了一座集被動式超低能耗建筑、工業(yè)化建筑、綠色建筑、智能建筑于一體的研發(fā)中心，探索建筑未來研發(fā)實施的方向和路徑。

2 項目介紹

2.1 項目概況

中建科技成都工廠的研發(fā)中心項目位于成都市東南角繞城高速外，天府新區(qū)成都直管區(qū)新興工業(yè)園區(qū)內(nèi)（圖1～4）。成都工廠包括辦公區(qū)、展示區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、后勤區(qū)，研發(fā)中心包含辦公研發(fā)、技術(shù)展示、公寓餐飲配套等功能。工廠總用地面積117 931.8m2，總建筑面積79 954.0m2，其中，研發(fā)中心占地面積1 819.0m2，建筑面積4 409.7m2。研發(fā)中心項目牽頭及開發(fā)單位為中建科技集團有限公司，設(shè)計單位為中建西南設(shè)計研究院，咨詢單位包括德國能源署（Deutsche Energie-Agentur）、住建部科技促進中心和中國建筑科學(xué)研究院。

2.2 技術(shù)指標

在指標的確定上，項目主要參考了德國《被動房質(zhì)量保證指南》及住建部《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》。

德國《被動房質(zhì)量保證指南》對被動房的要求為：年供暖需求≤15kWh/（m2·a），年制冷需求≤15kWh/（m2·a），一次能源需求≤120kWh/（m2·a），一次能源包括采暖、制冷、除濕、熱水、照明、設(shè)備輔助用電和電氣設(shè)備用能?！侗粍邮匠湍芎木G色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》對夏熱冬冷地區(qū)的指標要求為：年供暖需求≤5kWh/（m2·a），年制冷需求≤28kWh/（m2·a）（根據(jù)導(dǎo)則中的公式結(jié)合該地區(qū)的WDH20①和DDH28②計算得出），年供暖、供冷和照明一次能源需求≤60kWh/（m2·a）。

由于本項目為公共建筑，對制冷需求偏高，不宜完全按照《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）居住建筑》規(guī)定的指標進行設(shè)定，而成都與德國在氣候條件、建筑類型等方面存在不同之處，因此，結(jié)合上述兩點制定了成都研發(fā)中心項目的能耗指標：年供暖需求≤5kWh/（m2·a）；年制冷需求≤40kWh/（m2·a）；年供暖、供冷和照明一次能源需求≤60kWh/（m2·a）。

另外，本項目還對其他室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量提出了要求：室內(nèi)溫度為20～26℃；相對濕度為30%～65%；溫度不保證率≤10%；晝間噪聲≤40dB（A），夜間噪聲≤30dB（A）；CO2含量≤800ppm；氣密性指標n50≤0.6次/h；新風(fēng)要求≥30m3/（h·人），換氣次數(shù)＞2次/h；室內(nèi)表面溫度差≤3℃；無結(jié)露發(fā)霉。

圖1 建筑鳥瞰效果

圖2 工業(yè)園區(qū)鳥瞰

圖3 設(shè)計效果

圖4 西南角透視效果

2.3 項目目標

本項目以被動式超低能耗建筑、裝配式建筑、綠色建筑、智能建筑集成為目標，融合系列建筑前沿技術(shù)，探索系統(tǒng)化集成創(chuàng)新。

（1）被動式超低能耗建筑

本項目是西南地區(qū)第一個被動式建筑，已經(jīng)申報作為住建部被動式超低能耗建筑示范項目和中美清潔能源合作示范二期項目，同時申報德國能源署與住建部科技發(fā)展促進中心共同頒發(fā)的“高能效建筑－被動式低能耗建筑”質(zhì)量標識認證。住建部被動式超低能耗建筑示范項目要求在國家現(xiàn)行《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2015）的基礎(chǔ)上再節(jié)能60%，即節(jié)能率達到86%，由于成都地區(qū)太陽能資源不足，因此對被動式技術(shù)及設(shè)備的節(jié)能要求非常高。

（2）裝配式建筑

項目采用預(yù)制裝配式砼結(jié)構(gòu)體系，辦公部分采用預(yù)制砼框架外掛板形式，預(yù)制率和裝配率均達到60%；公寓部分采用預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)形式，預(yù)制率達到30%，裝配率達到60%。在建筑部品工業(yè)化方面，門窗、廚衛(wèi)等部品采用模塊化設(shè)計、工廠化制作及現(xiàn)場化裝配，實現(xiàn)門窗、廚衛(wèi)部品一體化裝修。該項目為國內(nèi)第一批采用預(yù)制裝配式砼結(jié)構(gòu)的被動式超低能耗建筑。

（3）智能建筑

項目依托智能化、節(jié)能減排、被動式建筑、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用和功能實現(xiàn)，創(chuàng)造了一個與環(huán)境相協(xié)調(diào)、自身持續(xù)發(fā)展、具有高效率高性能的智能建筑。

（4）綠色建筑

本項目申請國家二星級綠色建筑設(shè)計標識和運營標識認證。

（5）BIM信息化全過程建造

通過虛擬建造技術(shù)，對項目進行數(shù)字化結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計、數(shù)字化工廠生產(chǎn)加工、數(shù)字化庫存運輸、數(shù)字化裝配施工及后期運維。

3 被動式超低能耗建筑技術(shù)

通常來說，實現(xiàn)被動式超低能耗建筑的技術(shù)路徑包括：被動式設(shè)計降低負荷、高性能建筑能源系統(tǒng)、可再生能源最大化利用，以及運行過程中的調(diào)試與能耗監(jiān)控。

圖5 建筑方位

（1）被動式設(shè)計降低負荷。通過最大限度地改善圍護結(jié)構(gòu)的保溫性和氣密性，充分利用自然采光和自然通風(fēng)，將室內(nèi)供暖空調(diào)負荷降到最低。

（2）高性能建筑用能系統(tǒng)。通過主動技術(shù)措施，如溫濕度獨立控制、熱回收、地源熱泵、綠色照明等技術(shù)，提高建筑用能效率，極大程度地降低建筑能耗。

（3）可再生能源最大化利用。提高可再生能源的貢獻率，加大開發(fā)和利用程度?？稍偕茉丛诮ㄖ械膽?yīng)用通常包括太陽能光熱、光伏、風(fēng)力發(fā)電和地源熱泵等技術(shù)，由于成都地區(qū)太陽能資源條件較差，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟性核算，項目組認為太陽能光熱和光伏的經(jīng)濟性較差，因而未采用該技術(shù)。暖通空調(diào)系統(tǒng)中采用了地源熱泵系統(tǒng)，在“冷熱源系統(tǒng)”中將會介紹。

（4）運行過程中的調(diào)試和能耗監(jiān)控，在“綠色云平臺”中將著重介紹。

3.1 被動式節(jié)能技術(shù)

“被動優(yōu)先、主動優(yōu)化”是被動式超低能耗綠色建筑的總原則。建筑方案設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合項目所在氣候區(qū)，因地制宜地利用天然采光、太陽房、自然通風(fēng)、建筑遮陽、建筑蓄熱等被動式技術(shù)，營造健康舒適的室內(nèi)聲、光、熱環(huán)境，降低建筑能源消耗。

由于項目采用工業(yè)化裝配式建造，與常規(guī)現(xiàn)澆及外保溫的圍護結(jié)構(gòu)相比，在實現(xiàn)被動式建筑要求的高性能圍護結(jié)構(gòu)方面存在諸多難點和創(chuàng)新點，需要保證保溫層連續(xù)、氣密層包裹整個室內(nèi)空間、無熱橋設(shè)計，對設(shè)計和施工工藝有更為精細化的要求。外窗等建筑構(gòu)件或內(nèi)裝構(gòu)件需要固定在預(yù)留于裝配式板的錨固件上，因此裝配式板的生產(chǎn)需要與后期施工安裝相結(jié)合，于恰當?shù)奈恢妙A(yù)留錨固件，這對工業(yè)化構(gòu)件的精確度提出了更高要求。

3.1.1 建筑布局

建筑平面根據(jù)用地紅線設(shè)計，建筑朝向為南偏西45°（圖5）。項目分辦公樓與公寓樓兩部分，其中設(shè)中庭，以便于室內(nèi)獲得良好的自然通風(fēng)以及自然采光。項目體形系數(shù)為0.393，窗墻面積比如表1所示。

3.1.2 傳熱系數(shù)的確定

在夏熱冬冷地區(qū)建設(shè)被動式超低能耗建筑，外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的選取是個難點。項目組根據(jù)建筑能耗模擬軟件（Design Builder）建立的建筑模型（圖6），考慮了多種工況對建筑全年動態(tài)負荷進行計算，以確定最合理的圍護結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)（表2）。

表1 建筑窗墻面積及比例

表2 外墻傳熱系數(shù)分析

在辦公樓和公寓樓的分項負荷中，太陽輻射透過玻璃導(dǎo)致的冷負荷占比最大，因此對外窗進行遮陽設(shè)計可有效降低空調(diào)冷負荷（圖9）。通過計算，當遮陽系數(shù)由0.6調(diào)整為0.2時，透過玻璃的太陽輻射導(dǎo)致的冷負荷可降低74%。

根據(jù)對多項傳熱系數(shù)的分析，以及參考《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》中的建議值0.20～0.35W/（m2· K），辦公樓的K值取0.3W/（m2·K），公寓樓的K值取0.4W/（m2·K）。兩棟樓的K值不同，主要考慮兩方面因素：一是辦公和居住兩棟樓采用不同K值進行比較，可為成都地區(qū)被動式建筑圍護結(jié)構(gòu)做實踐性探索；二是減小三明治墻板的厚度，可有效解決斷橋錨栓問題。

3.1.3 圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造的確定

辦公樓部分的具體構(gòu)造為：裝配式復(fù)合外掛板（140mm結(jié)構(gòu)混凝土+100mm發(fā)泡微孔混凝土）+20mmHVIP（High-Performance Vacuum Insulation Panel，高性能真空絕熱板）保溫層+氣密層（圖10）。鋼筋混凝土+發(fā)泡混凝土工業(yè)化裝配式復(fù)合外掛板由普通鋼筋混凝土（Reinforced Concrete，RC）層和輕質(zhì)微孔陶?；炷翆咏Y(jié)合而成，是集裝飾保溫功能于一體的新型墻體板材，該技術(shù)由中建技術(shù)中心研發(fā)，已獲得國家發(fā)明專利（圖11）。RC層是復(fù)合掛板的持力層，外表面為清水混凝土飾面。輕質(zhì)微孔陶粒混凝土層是復(fù)合板的保溫層，具有容重小、比強高、導(dǎo)熱系數(shù)小等特點，項目中應(yīng)用的輕質(zhì)微孔陶?；炷恋膶?dǎo)熱系數(shù)為0.12W/（m·K）。鋼筋混凝土+發(fā)泡混凝土工業(yè)化裝配式復(fù)合外掛板基本可以滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2015）中對夏熱冬冷地區(qū)建筑外墻的熱工要求，若將發(fā)泡混凝土加厚到200mm，甚至可比標準要求的性能提高15%～20%，今后可以實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，并在夏熱冬冷地區(qū)大規(guī)模推廣。

然而，采用鋼筋混凝土+發(fā)泡混凝土工業(yè)化裝配式復(fù)合外掛板不能滿足傳熱系數(shù)0.3W/（m2·K）的要求，還需考慮其他保溫形式。目前，被動式超低能耗建筑的保溫形式通常采取技術(shù)成熟的外保溫形式。然而，在夏熱冬冷地區(qū)采用外保溫和內(nèi)保溫形式各有優(yōu)劣，內(nèi)保溫形式的優(yōu)點之一是在間歇式供冷供暖的情況下可快速調(diào)節(jié)室溫，因此本項目主要探索內(nèi)保溫的應(yīng)用效果。

圖6 Design Builder建筑模型

圖7 辦公樓能耗隨外墻傳熱系數(shù)的變化曲線

圖8 公寓樓能耗隨外墻傳熱系數(shù)的變化曲線

圖9 辦公樓和公寓樓負荷比例

為了減少對室內(nèi)空間的占用，項目采用了中亨新型材料科技有限公司生產(chǎn)的真空絕熱板做內(nèi)保溫材料（圖12）。真空絕熱板內(nèi)部填充氣相SiO2，通過無機纖維增強復(fù)合而成，可以有效地形成諸多納米孔隙，降低固體熱傳導(dǎo)，能夠吸附、固定板材內(nèi)極少量的滲透氣體，使得板內(nèi)始終維持較高的真空度（表3）。如果真空度被破壞，芯材也不會出現(xiàn)空鼓、松散墜落等現(xiàn)象，真空度完全被破壞后的導(dǎo)熱系數(shù)為0.018～0.020W/（m·K）。

如果企業(yè)資產(chǎn)結(jié)構(gòu)不合理問題長期存在，會不斷加大其資產(chǎn)轉(zhuǎn)化成流動現(xiàn)金的難度，從而進一步加重其財務(wù)負擔(dān)。同時，資產(chǎn)結(jié)構(gòu)不合理問題還會導(dǎo)致企業(yè)外部信息失真現(xiàn)象的出現(xiàn)?，F(xiàn)階段，不少企業(yè)進行會計科目劃分的標準仍以傳統(tǒng)的期限為主，該方式無法反映出企業(yè)借款與風(fēng)險的實際情況，還會導(dǎo)致一些企業(yè)出現(xiàn)挪用公款的違法行為產(chǎn)生，進而提高了會計風(fēng)險發(fā)生的概率。

公寓樓的外墻采用三明治板，具體構(gòu)造為：200mm鋼筋混凝土+80mm擠塑聚苯板+60mm鋼筋混凝土（圖13）。

采用三明治板主要基于以下幾方面的考慮：一是可以在項目中同時探索中置保溫的形式；二是三明治裝配式復(fù)合外墻體系滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2015）中對夏熱冬冷地區(qū)外墻的要求，示范成功后可以在該地區(qū)大規(guī)模推廣；再者，采用三明治預(yù)制裝配式可以實現(xiàn)外墻內(nèi)外表面裝飾一次成型，提高工程質(zhì)量及施工效率。

3.1.4 氣密性技術(shù)

被動式建筑的氣密性要求房屋有包繞整個制冷采暖體積的氣密性外圍護結(jié)構(gòu)，外圍護結(jié)構(gòu)中有連續(xù)完整的氣密層，以避免水蒸氣通過損壞的氣密層滲入圍護結(jié)構(gòu)，如果水蒸氣在較冷的一側(cè)凝結(jié)并存留在保溫材料中，則會對其造成破壞。氣密性材料采用中亨新型材料科技有限公司生產(chǎn)的用于真空絕熱板的鋁膜包覆材料。不同構(gòu)件之間的連接處和屋面都是氣密層容易被破壞的部位，需要在設(shè)計和施工過程中重點關(guān)注（圖14）。

為了在真空絕熱板內(nèi)部形成氣密層，項目在建設(shè)前的施工培訓(xùn)中展示了兩種做法（圖15）：一種是采用真空絕熱板廠家提供的鋁膜包覆材料，另一種是采用德國進口膠帶粘貼真空絕熱板的縫隙。第二種方法成本高，供貨周期較長，且施工工期較長，因此在外圍護結(jié)構(gòu)墻面采用鋁膜包覆材料做氣密層，拐角或構(gòu)件連接等處采用德國進口膠帶做氣密層。

3.1.5 無熱橋技術(shù)

熱橋?qū)Τ湍芎慕ㄖ挠绊懹葹轱@著。項目的設(shè)計嚴格遵守了無熱橋設(shè)計的避讓規(guī)則、擊穿規(guī)則、連接規(guī)則和幾何規(guī)則。外墻、屋面、地面、外窗安裝節(jié)點，進出建筑物的管道，以及遮陽構(gòu)件安裝等全部采用無熱橋處理技術(shù)，避免建筑物內(nèi)出現(xiàn)結(jié)露。

在節(jié)點設(shè)計后，通過Therm軟件進行熱橋分析，并進行必要的熱橋計算（圖16～18）。

下文將簡單介紹本項目的典型節(jié)點設(shè)計，以拋磚引玉，為工業(yè)化實現(xiàn)被動式超低能耗建筑的同行業(yè)人員提供參考。

在生產(chǎn)復(fù)合外掛板時預(yù)埋防潮木墊塊，通過L型角鋼固定。安裝時，使用鋼釘將外窗固定在防腐木墊塊上，減少通過連接處的熱傳導(dǎo)；室內(nèi)側(cè)使用HVIP保溫材料覆蓋一部分窗框，以優(yōu)化窗框及連接處的熱傳導(dǎo)。保溫層內(nèi)外兩側(cè)均使用防水隔汽膜，室內(nèi)側(cè)采用防水透氣膜壓在窗框和墻面上，以確保氣密性（圖19）。

圖10 復(fù)合外掛板加內(nèi)保溫墻體做法 圖13 三明治板外墻做法

圖14 容易出現(xiàn)氣密層破壞的部位

圖11 微孔發(fā)泡混凝土檢測報告及發(fā)明專利證書

圖12 真空絕熱板

圖15 氣密層節(jié)點做法

公寓樓部分三明治墻外窗的安裝節(jié)點與辦公樓部分復(fù)合外掛板外窗安裝節(jié)點類似，在生產(chǎn)三明治板的過程中預(yù)埋防潮木墊塊，通過L型角鋼固定在內(nèi)頁墻板上，防潮木墊塊厚度較保溫層薄20mm，可以提高連接處的保溫性能（圖20）。安裝時，將外窗固定在防潮木墊塊上。

對于三明治板板縫，內(nèi)頁板采用現(xiàn)澆混凝土連接，保溫層采用80厚XPS（Extruded Polystyrene，擠塑板）密實封堵，外頁板采用PE（Polyethylene，聚乙烯）棒和中性硅酮密封膠封堵（圖21）。

為光導(dǎo)管預(yù)留的孔洞大于光導(dǎo)管的外徑550mm，兩側(cè)保溫厚度為105mm，保溫層連續(xù)包裹墻體，確保實現(xiàn)無熱橋安裝（圖22）。

3.1.6 高性能的窗框和玻璃

項目采用河北奧潤順達生產(chǎn)的符合被動式要求的門窗，整窗傳熱系數(shù)Uw為1.0W/（m2·K），配置為臺玻5Low-E+12Ar+5+16Ar+5雙銀Low-E高性能玻璃（表4），所有中空玻璃的中空層均充氬氣，使用暖邊間隔條以增強整窗的保溫性能，防止冷凝水產(chǎn)生。

型材選用德國進口的高性能塑鋼窗，為柯梅令88PLUS系列聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）塑鋼窗，是被動房研究所（Passive House Institute，簡稱PHI）認證的產(chǎn)品，型材傳熱系數(shù)Uf≤1.0W/（m2·K），塑鋼型材室外表面和室內(nèi)表面均為白色。

同時，項目中示范性地展示了多種新型玻璃材料：電致變色玻璃，設(shè)置于二層南側(cè)辦公區(qū)域，一樘窗，可根據(jù)太陽光調(diào)節(jié)透明度，起到遮陽作用；真空玻璃，設(shè)置于二層南側(cè)辦公區(qū)域，四樘窗，采用真空玻璃與中空玻璃復(fù)合的“復(fù)合真空玻璃”，真空層位于室內(nèi)側(cè)，中空層位于室外側(cè)；氣凝膠玻璃，設(shè)置于二層北側(cè)辦公區(qū)域，四樘窗；中懸膜玻璃，設(shè)置于三層北側(cè)辦公區(qū)域，兩樘窗，中懸膜由兩層玻璃與一張?zhí)厥獾谋∧そM合而成，并由雙層特種隔離條分割，形成特殊的雙中空結(jié)構(gòu)。

表3 真空絕熱板性能指標及檢測標準

圖16 屋面女兒墻熱橋分析（冬季）

圖17 屋面女兒墻熱橋分析（夏季）

圖18 混凝土柱熱橋分析

圖19 外窗安裝節(jié)點做法

圖20 三明治板外窗安裝節(jié)點

表5 地源熱泵機組性能

圖21 三明治板板縫做法

3.1.7 可調(diào)節(jié)外遮陽

設(shè)置可調(diào)節(jié)的活動式簾片外遮陽，放下時可遮擋太陽輻射熱，收起后可讓太陽輻射熱透過外窗進入室內(nèi)。外遮陽采用帶有自動設(shè)定光感反應(yīng)的智能調(diào)控系統(tǒng)，可根據(jù)室外太陽光的強度自動控制外遮陽簾片的開啟角度，以達到防眩光、減少冷負荷的效果（圖23）。

設(shè)置室外小型氣象站，遮陽系統(tǒng)可以根據(jù)氣象站天氣參數(shù)自動啟閉，實現(xiàn)節(jié)能的同時保護遮陽簾，延長其壽命。

3.2 高性能建筑用能系統(tǒng)

3.2.1 冷熱源系統(tǒng)

本項目采用了eQuest軟件、BEED軟件、鴻業(yè)與Design Builder軟件，分別計算了冷熱負荷。通過對計算結(jié)果的詳細分析與論證，最終確定了建筑的冷熱負荷。項目夏季冷負荷為169kW，冬季熱負荷為49kW，生活熱水負荷為47kW。

冷熱源采用地埋管式地源熱泵系統(tǒng)（圖24），地源熱泵的出水溫度設(shè)置為兩套（表5），其中一套高溫出水設(shè)備供應(yīng)干式風(fēng)機盤管和輻射供冷供暖，一套標準出水溫度設(shè)備用于新風(fēng)系統(tǒng)的冷卻除濕。

圖22 光導(dǎo)管節(jié)點處理

項目采用并聯(lián)雙U型垂直埋管，埋管面積2 120m2，鉆孔直徑160mm，孔間距8m，埋管直徑De32，有效深度100m，鉆孔數(shù)為32孔，分為2組，每組設(shè)一個分布式光纖測溫孔。分布式光纖測溫孔的主要功能是測試工程孔的地下溫度分布及變化數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)加以分析利用，通過機房內(nèi)設(shè)置的地源熱泵地溫監(jiān)測控制系統(tǒng)，調(diào)整各區(qū)域運行時間，使各區(qū)域吸熱量均衡。地溫監(jiān)測控制系統(tǒng)與站房空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)相互配合，實現(xiàn)冷熱源系統(tǒng)的自動化控制。冷熱源機房采用工業(yè)化方式，循環(huán)水泵均采用熱泵機組專配水力模塊，水力模塊與熱泵機組分兩層布置，可以節(jié)省1/3的機房面積（圖25）。

3.2.2 新風(fēng)系統(tǒng)

項目利用外窗實現(xiàn)自然通風(fēng)，外窗可開啟面積比例達到30%，在過渡季節(jié)可以實現(xiàn)完全自然通風(fēng)，在夏季和冬季可以部分時間開窗通風(fēng)。在外窗安裝開啟感應(yīng)器，與輻射供冷空調(diào)聯(lián)動，避免在開窗的同時開啟空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)成都氣象參數(shù)核算可開啟時間段，并通過智能化方式向室內(nèi)辦公人員推送可開窗通知。

在自然通風(fēng)不能滿足需求的時段，辦公樓一層和二層可以使用風(fēng)扇。根據(jù)相關(guān)資料，室內(nèi)風(fēng)速從0.15m/s提高到0.60m/s后，會產(chǎn)生降低3℃的制冷效果，即空調(diào)的設(shè)定溫度可以從24℃提高到27℃，節(jié)能效果達到18%（圖26）。

本項目還設(shè)計了地埋管風(fēng)系統(tǒng)來對新風(fēng)進行預(yù)冷或預(yù)熱（圖27）。地層深處全年的溫度波動較小，在冬季和夏季與地面空氣溫度相比溫差較大，可開發(fā)利用全年溫度變化很小的地下隧道作為通風(fēng)系統(tǒng)的冷熱源，在地道風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)空氣的冷卻或加熱不需要制冷機或加熱器，與人工制冷相比可節(jié)省投資70%以上，節(jié)省電能約80%。

圖23 外遮陽效果

圖24 冷熱源系統(tǒng)設(shè)計示意

圖25 冷熱源機房工業(yè)化設(shè)計BIM示意

圖26 不同風(fēng)速下的制冷效果③

當?shù)芈窆茱L(fēng)系統(tǒng)不能滿足要求時，啟用空調(diào)系統(tǒng)。機械新風(fēng)系統(tǒng)按照30m3/（h·人）設(shè)定，設(shè)3組新風(fēng)系統(tǒng)：辦公樓的展廳和多功能廳空間較大，且需求時間很靈活，單獨設(shè)置一組新風(fēng)系統(tǒng)；辦公樓其他區(qū)域設(shè)置一組新風(fēng)系統(tǒng)；公寓樓有不同的通風(fēng)時間需求，單獨設(shè)置一組新風(fēng)系統(tǒng)。

新風(fēng)系統(tǒng)具有高能效以及熱濕回收效率，且采用健康、環(huán)保、低能耗的熱泵型熱回收新風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)機組中的顯熱回收段可以省去冷卻除濕后新風(fēng)的再熱能耗，同時減少冷卻除濕的能耗（圖28）。

新風(fēng)系統(tǒng)中的空氣凈化技術(shù)采用芬蘭雅威科技的離子瀑技術(shù)，其工作原理是：空氣進入離子瀑室，數(shù)十億正負離子瞬間釋放，形成強大的離子場，將污染物瞬間推送到收集壁，利用不停機定時水清理將收集壁收集到的污染物清理干凈，被收集的顆粒物的大小從0.001μm的納米級顆粒開始，包含引起疾病、大小約0.02～0.30μm的病毒，如SARS病毒、禽流感病毒等。該設(shè)備的特點在于可去除納米級顆粒物以及有害氣體和異味，凈化效率高達99%，無需更換濾材，且具有自清潔功能，凈化效率恒定。

3.2.3 室內(nèi)末端

室內(nèi)大部分區(qū)域末端采用直流無刷干式風(fēng)機盤管，其與地源熱泵及新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)合，可以實現(xiàn)室內(nèi)的熱環(huán)境、濕環(huán)境和空氣品質(zhì)的分開控制，從而使空調(diào)系統(tǒng)對熱、濕、新風(fēng)的處理過程得以分別實現(xiàn)最優(yōu)。風(fēng)盤中采用直流無刷電機，具有節(jié)能、無級調(diào)速、安靜、壽命長等優(yōu)點。

二樓部分區(qū)域做輻射供冷供暖示范。輻射供冷供暖系統(tǒng)具有節(jié)能、舒適性高等優(yōu)點，由于成都屬于高濕地區(qū)，因此在本項目中進行示范性應(yīng)用，并結(jié)合電動窗設(shè)計，確?？照{(diào)開啟時外窗關(guān)閉，以避免結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生。

圖27 地埋管風(fēng)系統(tǒng)示意

圖28 新風(fēng)機組原理示意

一層展廳部分區(qū)域采用布袋送風(fēng)示范（圖29），產(chǎn)品由織物空氣（青島）科技有限公司提供。送風(fēng)布袋是一種由特殊纖維織成的柔性空氣分布系統(tǒng)，主要靠纖維滲透和噴孔射流的獨特出風(fēng)模式實現(xiàn)均勻線式送風(fēng)。該系統(tǒng)具有面式出風(fēng)，風(fēng)量大，無吹風(fēng)感；防凝露；易清潔維護，健康環(huán)保；美觀高檔、色彩多樣，個性化突出；重量輕；系統(tǒng)運行寧靜；安裝簡單等優(yōu)點。

3.2.4 綠色照明

在一樓展廳和多功能廳共布置12個可進行照度調(diào)節(jié)的光導(dǎo)管，以輔助人工照明系統(tǒng)（圖30）。

在滿足眩光限制及配光要求條件下，被動式超低能耗建筑需選擇能效高的光源和燈具產(chǎn)品以降低照明能耗。項目照明功率根據(jù)《建筑照明設(shè)計標準》（GB50034-2013）的要求進行設(shè)計，各區(qū)域照明功率密度值滿足目標值的要求（表6）。當下LED已經(jīng)全面進入一般照明領(lǐng)域，LED燈具的系統(tǒng)能效甚至可以達到100lm/W，因此項目照明燈具均采用LED燈。

項目辦公區(qū)域的照明基本采用集中控制。對首層和二層辦公區(qū)域，進行網(wǎng)線供電和無線照明控制試點示范，并進行系統(tǒng)集成，進入集成平臺，其他區(qū)域可不進入集成平臺。項目走廊、樓梯間、門廳等公共場所的照明根據(jù)建筑使用條件和天然采光狀況采取分區(qū)、分組控制，門廳、大堂等區(qū)域夜間定時自動降低照度，采用紅外傳感器代替聲控方式。

圖29 布袋送風(fēng)示意

圖30 光導(dǎo)管位置

公寓部分每個房間設(shè)置節(jié)能控制型總開關(guān)，樓梯間、走廊的照明（除應(yīng)急疏散照明外）均采取自動調(diào)節(jié)照度的措施，通過紅外感應(yīng)控制照明開關(guān)。

對整個項目中的照明回路進行相關(guān)回路優(yōu)化：在靠近外窗的部位采用單獨回路控制，在陽光充足的時候，可單獨關(guān)閉；在遠離外窗的區(qū)域，分塊按功能設(shè)置回路。

3.3 中建綠色云平臺

由于項目建筑面積小、功能簡單，因此，項目的智能化系統(tǒng)無需過于復(fù)雜，秉持簡單、有效、先進的設(shè)計定位，依托智能化、節(jié)能減排、被動式建筑、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用和功能實現(xiàn)，創(chuàng)造一個與環(huán)境相協(xié)調(diào)、自身持續(xù)發(fā)展、具有高效率高性能的智能建筑、低能耗建筑、綠色建筑。

中建綠色云平臺是在現(xiàn)有智能化子系統(tǒng)集成基礎(chǔ)上，結(jié)合綠色建筑的綠色特點進行大數(shù)據(jù)集成，通過設(shè)備自學(xué)習(xí)優(yōu)化系統(tǒng)、被動房參數(shù)運行、快速BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）管理及展示、一鍵式優(yōu)化管理、移動端監(jiān)控、云數(shù)據(jù)設(shè)備管理，最終形成一套具有綠色建筑特點的大數(shù)據(jù)管理及展示云平臺（圖31、32）。

系統(tǒng)亮點包括優(yōu)化集團云平臺現(xiàn)有功能、使用先進的技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能和環(huán)境保護、能夠與人及周邊環(huán)境有效“互動”、自主研發(fā)可持續(xù)迭代升級、移動端管理。

由于本項目的目標是被動式超低能耗建筑，因此，在運營期能耗的管理與控制方面，智能綠色云平臺依次按照計量、監(jiān)測、控制、優(yōu)化、實驗和展示的順序，進行自我循環(huán)和自我學(xué)習(xí)，確保項目超低能耗目標的實現(xiàn)。

4 結(jié)語

綜上，本項目在3個方面實現(xiàn)了創(chuàng)新：其一，通過被動式建筑節(jié)能計算、分析、設(shè)計等系統(tǒng)集成優(yōu)化設(shè)計手段，在夏熱冬冷地區(qū)實現(xiàn)了被動式超低能耗技術(shù)體系的創(chuàng)新；其二，突破了裝配式建筑和被動式建筑兩種技術(shù)體系的交叉融合所產(chǎn)生的技術(shù)瓶頸，解決了裝配式建筑實現(xiàn)被動式建筑的技術(shù)難題，提出了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)被動式建筑設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)體系，解決了夏熱冬冷地區(qū)裝配式墻體無冷熱橋、高氣密性、保溫連續(xù)等技術(shù)問題；其三，利用BIM技術(shù)建立了智能化能源管理展示平臺，采用了裝配式的模塊化熱泵機房技術(shù)、具有消除PM2.5和殺菌除異味功能的新風(fēng)機組技術(shù)等創(chuàng)新性技術(shù)。同時，項目還取得了《具有余熱利用功能的新風(fēng)機組》的實用新型專利，《具有消除PM2.5和殺菌除異味功能的新風(fēng)機組》實用新型專利正在申請中。

圖31 智能綠色云平臺實現(xiàn)的目標

表6 各功能區(qū)域照明功率密度值

本項目是我國第一個混凝土結(jié)構(gòu)裝配式被動式超低能耗建筑。項目建成后將對被動式超低能耗建筑的推廣具有重大意義，對混凝土結(jié)構(gòu)裝配式建筑和被動式建筑兩種技術(shù)體系的交叉融合具有里程碑式的推動意義，技術(shù)水平屬于國內(nèi)領(lǐng)先。

注釋

[1] 孔文憭, 龔延風(fēng), 于昌勇, 等. 被動房冬季運行室溫響應(yīng)實測分析[J]. 建筑科學(xué), 2016, 32(4).

葉浩文，中國建筑股份有限公司副總工程師，中建科技集團有限公司董事長

李叢笑，中建科技集團有限公司

朱清宇，中建科技集團有限公司

張歡，中建科技集團有限公司

胡遠航，中建科技成都有限公司

2017-02-27

THE TECHNOLOGIES AND PRACTICE FOR PASSIVE LOW ENERGY BUILDING CONTRIBUTED BY PREFABRICATE PARTS: THE CCSTC R&D CENTER IN CHENGDU

The paper takes the R&D center in Technology Industrial Park ChengDu as an example which is designed to be a passive ultra low energy consumption building, industrialized building, green building and intelligent building. The design and research results are introduced, including the determination of the heat transfer, the innovation of thermal insulation form, passive energy saving technologies, buried pipe ventilation system, air handling technologies, ground source heat group, the green cloud platform, etc., making exploration and demonstration for passive ultra low energy consumption building which is prefabricated built.

Passive Building, Ultra Low Energy Consumption Building, Prefabricated Building

“十三五”課題“長江流域建筑供暖空調(diào)解決方案和相應(yīng)系統(tǒng)”子課題“辦公建筑多種適宜節(jié)能技術(shù)集成及示范”（編號：2016YFC0700306-06）。