淺談被動式低能耗建筑

■張恒斌，孫擴軍

■1.臨沂市規(guī)劃建筑設(shè)計研究院，山東 臨沂 276007;2.青島市旅游規(guī)劃建筑設(shè)計研究院，山東 青島 266071

1 背 景

在人類社會日益發(fā)達的今天，隨著科技的發(fā)展，人口數(shù)量快速增長，人們生活水平日益提高，能源的需求量也必然會越來越大。另一方面，緊隨能源使用而來的環(huán)境問題也是當前急需解決的問題之一。正是在這樣的大背景下，一些國家提出了更高節(jié)能性能的建筑的中長期發(fā)展目標、技術(shù)路線等政策法規(guī)文件。主要經(jīng)濟體通過相關(guān)項目的設(shè)置和推廣逐步推進更高節(jié)能性能的建筑相關(guān)工作。

被動式低能耗建筑作為一種經(jīng)濟技術(shù)可行的更高節(jié)能性能的建筑得到了歐洲主要國家的認可和應(yīng)用。被動房源于德國，德國地處寒冷地區(qū)，其被動房技術(shù)主要用于解決冬季供暖問題。被動式居住建筑在滿足人們對室內(nèi)舒適度的同時，極大地降低對化石能源的需要，為實現(xiàn)城鄉(xiāng)可持續(xù)發(fā)展提供良好的城市發(fā)展模式。被動式房屋采暖熱需求為每年每平方米15kWh，也就是相當于鍋爐端的耗煤量每年每平方米2.77kg，是我們國家實際采暖耗煤量的1/4～1/10，甚至取消采暖系統(tǒng)，室內(nèi)仍然可以借人體散熱，照明和太陽得熱達到20℃以上的溫度。實踐證明，在中國寒冷地區(qū)現(xiàn)有條件下推廣被動式低能耗建筑，居住環(huán)境改善是明顯的，建筑能耗降低是顯著的，技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是可承受的。

目前，國內(nèi)有中德合作秦皇島在水一方、哈爾濱溪樹庭院、福建南安項目和朗詩布魯克項目等被動式超低能耗建筑試點項目，除秦皇島在水一方進行部分房間試運行外，其他項目均未投入運行，因此本項目作為山東省響應(yīng)黨中央節(jié)能減排和建設(shè)美麗中國的號召，積極開展被動式低能耗住宅在山東省的示范，先行先試，積累經(jīng)驗，引領(lǐng)我國建筑節(jié)能的方向。

2 典型項目案例

“在水一方”居住區(qū)位于秦皇島市海港區(qū)大湯河畔，北臨和平大街、東臨西港路、南臨濱河路、西臨大湯河，與入?？谙噙B，規(guī)劃占地840畝，建筑面積150萬平方米，分A、B、C、D、E、F 六個區(qū)。

中德被動式低能耗房屋示范項目位于C區(qū)，共有9棟示范樓，總面積80344平方米。中德兩國技術(shù)人員根據(jù)秦皇島的氣候條件，設(shè)置了室內(nèi)環(huán)境指標和能耗指標作為該項目的預(yù)期目標。在確保室內(nèi)舒適環(huán)境的同時使能耗降到最低。其具體指標如下:(1)室內(nèi)環(huán)境指標。室內(nèi)溫度20～26℃;超溫頻率≤10%;室內(nèi)二氧化碳含量=1000ppm;圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度的溫差不得超過3℃;門窗的室內(nèi)一側(cè)無結(jié)露現(xiàn)象;噪音限值:機房=35dB、功能房 =30dB、起居室 =30dB、臥室 =30dB。(2)能耗指標。采暖需求=15kWh/(m2·a)、采暖負荷=10W/m2;制冷需求=15kWh/(m2·a)、制冷負荷=15W/m2;房屋總一次能源=120kWh/(m2·a)。

3 項目的主要應(yīng)用技術(shù)包括如下幾類

3.1 無熱橋的高效外保溫系統(tǒng)

屋頂、外墻和地下室頂板的傳熱系數(shù)要滿足K≤0.15W/(m2·K)。非透明外圍護結(jié)構(gòu)需要用較厚的保溫材料完整包覆，不得出現(xiàn)由梁、板、柱等形成的結(jié)構(gòu)性熱橋，不得出現(xiàn)結(jié)露發(fā)霉現(xiàn)象。對于不可避免的由金屬連接件造成的熱橋要采取阻斷熱橋設(shè)施。這種構(gòu)造措施使得整個外圍護結(jié)構(gòu)起到冬季保溫、夏季隔熱的作用。

3.2 采用雙Low-e高性能保溫隔熱外窗

外窗具有良好的采光、隔熱和保溫性能。外窗要滿足傳熱系數(shù)K≤0.8W/(m2·k)、玻璃的太陽能總透射比g≥0.35、玻璃選擇性系數(shù)S≥1.25的性能要求。這種性能的窗可以對不同波長的光線進行選擇性透過。同時其氣密性等級不應(yīng)低于8級、水密性等級不應(yīng)低于6級和抗風壓性能等級不應(yīng)低于9級。

3.3 高效熱回收新風系統(tǒng)

被動房配有通風效率≥75%的熱回收新風系統(tǒng)。新風經(jīng)過濾等級不低于G4進入室內(nèi)?？諝赓|(zhì)量要滿足CO2≤1000ppm的要求，并能全年自動運行。這樣的新風系統(tǒng)在每次換氣時將能量損失控制到25%以內(nèi)。

3.4 房屋良好氣密性

房屋應(yīng)具有包繞整個采暖體積的、連續(xù)完整的氣密層;每一居住單元應(yīng)具有包繞整個采暖體積的、連續(xù)完整的氣密層。房屋的氣密性必須滿足在室內(nèi)外壓差為50Pa的條件下，每小時的換氣次數(shù)不超過0.6次，即滿足n50=0.6要求。為了使氣密能夠達到規(guī)定要求，需要采取一系列技術(shù)措施處理外圍護結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點。

3.5 防潮防水技術(shù)

外圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造和材料性能要保證被動式房屋圍護結(jié)構(gòu)不能出現(xiàn)結(jié)露發(fā)霉的現(xiàn)象。如屋面和外墻的防水隔氣層和防水透氣層、外窗和外墻連接的防水隔氣層和防水透氣層。穿墻管道、外窗與外墻之間的膨脹密封條等。

3.6 充分利用太陽能和其它可再生能源

(1)利用太陽能滿足室內(nèi)冬季得熱要求。房屋的主朝向宜為南向。中國絕大部分地區(qū)夏季太陽角高，陽光不易曬入室內(nèi)，冬季太陽角低，陽光可以很容易照射進室內(nèi)，使室內(nèi)得到來自太陽輻射帶來的熱量。

(2)利用太陽光照射滿足采光和日間照明要求。利用光導(dǎo)裝置將陽光導(dǎo)入地下車庫滿足照明需求，完全節(jié)省了車庫的照明用電。

(3)利用太陽能解決生活熱水需求。如利用房屋的日照時間長且太陽光充足的建筑表面，安裝太陽能熱水器。

3.7 保障房屋耐久性的材料與技術(shù)

被動式房屋從構(gòu)造上使外圍護主體結(jié)構(gòu)處在保護層里面，免受風霜雨雪的侵蝕。這樣的房屋會比普通房屋有更好的耐久性。它應(yīng)該可以正常使用200～300年，甚至更長的時間。這就要求被動式房屋所用材料必須具有良好的耐久性。被動式房屋所用的窗與墻的密封材料、防水材料必須有良好的防老化性能;移動遮陽系統(tǒng)必須有耐紫外線和防風雨措施;墻體保溫系統(tǒng)的材料均要有良好的耐久性等。這樣才能保證房屋的性能不喪失。

3.8 高厚度外墻外保溫防火技術(shù)

被動房的外墻外保溫材料厚度一般超過200mm。確保外墻外保溫系統(tǒng)沒有火災(zāi)隱患采取兩方面的技術(shù):一方面采用外保溫材料不會在施工過程中被電焊引燃，在火災(zāi)中過程本身不會加大火災(zāi)蔓延，無毒氣釋放;另一方面采用防火構(gòu)造阻止火災(zāi)蔓延，每層設(shè)置環(huán)繞型的巖棉防火隔離帶，或在門窗洞口三側(cè)設(shè)置防火隔離帶。

3.9 智能化控制

住戶可以根據(jù)自己的喜好設(shè)定室內(nèi)溫度和CO2濃度?？照{(diào)機根據(jù)室內(nèi)CO2濃度和室內(nèi)溫度自動運行。這種方式一方面保障了室內(nèi)的舒適度，另一方面也避免了新風機的持續(xù)運行，達到了節(jié)能的目的。

3.10 噪聲防護

示范工程達到了通過管網(wǎng)和輔助通道傳遞聲音限值，滿足機房≤35dB、臥室和起居室≤30dB目標要求。為了實現(xiàn)這一目標，采取了一系列技術(shù)措施。主要包括:采用隔聲性能良好的外窗、樓板之間的隔聲、管道隔聲、鄰戶之間隔聲和鄰室之間的隔聲等。