夏熱冬暖地區(qū)被動式低能耗建筑控制要點初探
——以南安“中節(jié)能·美景家園”建設(shè)為例

徐文強

(福建中節(jié)能泉城投資有限公司 福建南安 362300)

0 引言

被動式低能耗建筑，由德國人發(fā)明并推廣。1991年，世界上第一個被動式房屋出現(xiàn)在德國達姆施達特市。所謂被動式建筑，是指采用各種節(jié)能技術(shù)構(gòu)造最佳的建筑圍護結(jié)構(gòu)，極大限度地提高建筑保溫隔熱性能和氣密性，使熱傳導損失和通風損失最小化；通過各種被動式建筑手段，盡可能實現(xiàn)室內(nèi)舒適的熱濕環(huán)境和采光環(huán)境，最大限度降低對主動燃燒化學石采暖和制冷系統(tǒng)的依賴，或完全取消這類采暖和制冷設(shè)施[1]。

在我國，截止至2015年8月，已有28個項目單位的40棟被動房示范建筑被列入住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學技術(shù)項目計劃，總建筑面積40萬m2，建筑類型包括住宅、工業(yè)廠房、辦公樓、幼兒園、教學樓、紀念館、學生宿舍等。涉及到的省份包括：河北、山東、遼寧、青海、黑龍江、福建、內(nèi)蒙古、湖南和江蘇。氣候區(qū)涉及到嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖、青藏高原等氣候區(qū)[2]。

本文以南安中節(jié)能·美景家園(北山節(jié)能示范項目)1#樓被動式低能耗建筑的建設(shè)經(jīng)驗為例。

該項目從2013年5月開始設(shè)計，2014年4月基礎(chǔ)施工，2017年1月竣工驗收。由于此類型項目的獨創(chuàng)性，所有設(shè)計、管理、施工人員均無類似項目經(jīng)驗，設(shè)計標準需根據(jù)氣候特征研發(fā)，建筑過程參建單位多，使用材料復(fù)雜，施工工藝要求高，各方均在實踐中摸索。故，該項目由國家住建部牽頭安排德國專家指導，到北方地區(qū)的被動式低能耗項目考察，經(jīng)過各單位長期不懈努力，1#樓于2017年3月取得“中德合作高能效建筑——被動式低能耗建筑質(zhì)量標識”。

1 項目概況

中節(jié)能·美景家園(南安北山節(jié)能示范項目)項目地處福建省南安市環(huán)城西路，總建筑面積10.8萬m2。1#樓以被動式低能耗建筑作為標準進行設(shè)計和施工。該建筑為一棟高層住宅，地面18層，地下1層，建筑面積6475m2，體型系數(shù)0.34，為剪力墻結(jié)構(gòu)。項目的關(guān)鍵技術(shù)有：外墻和屋面保溫隔熱、外門窗保溫系統(tǒng)、高效熱回收新風系統(tǒng)、氣密性設(shè)計與施工、防潮防水技術(shù)、太陽能和其他可再生能源利用、節(jié)能照明、噪聲防護等。項目屋頂采用20cm厚石墨聚苯板，外墻采用10cm厚石墨聚苯板，外窗采用三玻兩中空的塑料窗，屋面設(shè)置太陽能集熱器。項目實測一次能源需求總量為92.12KWh/(m2a)，新風系統(tǒng)的熱回收率為75%，屋頂傳熱系數(shù)達0.21W/(m2K)，外墻傳熱系數(shù)達0.32W/(m2K)，外窗傳熱系數(shù)達1.10W/(m2K)，各項指標均滿足被動式低能耗建筑要求，并獲得“中德合作高能效建筑——被動式低能耗建筑質(zhì)量標識”。

項目建設(shè)過程中，在設(shè)計、選材、施工等方面，與常規(guī)住宅項目相比，均更具一定的復(fù)雜度。德國Rongen Architekte建筑事務(wù)所所提供的德國被動式房屋主要指標如表1所示[3]。

表1 德國被動式房屋主要指標

注：該表中的m2指采暖面積，n50指室外壓差50帕的狀態(tài)下每小時換氣次數(shù)。

2 被動式低能耗建筑設(shè)計單位的選擇

夏熱冬暖地區(qū)的被動式低能耗建筑建設(shè)，是從實踐層面探索和研究未來該類型建筑在我國夏熱冬暖地區(qū)規(guī)模性建設(shè)的一次嘗試。因此，夏熱冬暖地區(qū)的被動式低能耗建筑，該項目開始設(shè)計時，無先例可以參考。在設(shè)計單位的選擇中，存在如下主要問題：

(1)北方地區(qū)個別設(shè)計單位，雖有被動式低能耗建筑的設(shè)計經(jīng)驗，但對于南安地區(qū)的氣候特征不了解，對福建地區(qū)的相關(guān)地方法規(guī)不了解(消防、規(guī)劃、人防、節(jié)能等)，其設(shè)計的被動式低能耗建筑在南安無法落地。

(2)福建省當?shù)卦O(shè)計單位，了解當?shù)氐恼吆头ㄒ?guī)、熟悉當?shù)氐臍夂蛱卣?，熟悉當?shù)貍鹘y(tǒng)的節(jié)能設(shè)計做法(如遮陽、隔熱等)，但沒有被動式建筑設(shè)計經(jīng)驗，需花費大量時間從原理到構(gòu)造進行學習培訓，需耗費時間成本。

(3)由于夏熱冬暖地區(qū)被動式低能耗建筑的建設(shè)屬于研發(fā)性質(zhì)，之前沒有相關(guān)規(guī)范和標準，而由設(shè)計單位來制定設(shè)計標準，可能存在不夠客觀的情況，有“既當運動員、又當裁判員”嫌疑。因此，尚需第三方參與設(shè)計標準研發(fā)和評定。

經(jīng)過多方努力，邀請德國能源署專家參與該項目的設(shè)計和指導工作，具體設(shè)計單位由經(jīng)歷秦皇島“在水一方”被動屋設(shè)計的北京中建建筑設(shè)計院有限公司和福建省廈門合立道工程設(shè)計集團有限公司共同合作完成。

事實證明，如此選擇對項目的研發(fā)、推進、落地均有較好的效果。項目設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)起源于德國的被動式低能耗建筑設(shè)計方法，并不完全適用于南安地區(qū)。從氣候區(qū)來看，德國的被動式低能耗建筑設(shè)計方法僅根據(jù)德國的氣候特征，更多考慮的是冬季的熱回收；而南安屬于夏熱冬暖地區(qū)，該地區(qū)的節(jié)能以夏季隔熱、通風和遮陽為主，冬季熱回收的需求不高。因此，在南安，熱回收對節(jié)能的貢獻率不如德國顯著，而遮陽和隔熱是南安項目優(yōu)先考慮的被動節(jié)能策略。

基此，項目設(shè)計過程，德國能源署及兩個設(shè)計單位，根據(jù)南安氣候特征對項目設(shè)計展開了充分的討論和研究，最終制定了有效的設(shè)計策略，推動了項目進展。

3 被動式低能耗建筑材料選擇

常規(guī)住宅項目的建設(shè)，建設(shè)單位更多地在滿足項目使用需求后，考慮材料的性價比。該項目在初步實施階段，部分參建單位僅考慮按圖施工，對建筑材料的品質(zhì)選擇有所忽視，造成了初步檢測無法通過，出現(xiàn)返工的情況。例如，窗口的密封材料，國內(nèi)產(chǎn)品密封強度低，不耐老化，在檢測中無法達到被動式低能耗建筑氣密性要求；最終，該材料項目選擇了從德國進口。德國的窗口密封材料產(chǎn)品，窗的內(nèi)部密封強度大于外部密封強度；內(nèi)側(cè)為防水隔氣膜，外側(cè)為防水透氣膜；耐老化和建筑同壽命，使用后，項目的氣密性指標提高一個量級，滿足了項目的氣密性需求。

當然，國內(nèi)的廠家也有能滿足多數(shù)被動式低能耗建筑建設(shè)過程中大多數(shù)材料的生產(chǎn)要求，例如，新風換氣機組、K≤0.8的建筑外窗等。因此，需在建設(shè)前進行調(diào)研，若國內(nèi)產(chǎn)品能滿足項目建設(shè)需求，則無需從國外采購。

同時，需要注意的是，由于該類建筑建設(shè)對材料的性能要求較高，部分廠家對該性能產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗較少，導致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，難以全部滿足性能需求。所以，項目應(yīng)在材料進場時做好必要的抽檢工作，不能以為具有檢驗合格報告的產(chǎn)品就可以施工，以免造成返工情況。

4 被動式低能耗建筑施工控制

該項目為精裝修交房，為避免交付使用后，用戶裝修開洞影響項目品質(zhì)，被動式低能耗建筑對施工要求較高。下文列舉兩處施工要求：

案例一：管線穿墻部位。被動式低能耗建筑要求采用專用的密封膠圈，或者纏繞套管的密封膠帶封堵管線穿氣密層的部位；在內(nèi)側(cè)，密封膠圈或者纏繞套管的密封膠帶，必須采用抹灰密封；在外側(cè)，穿保溫層的套管和管線，必須預(yù)壓密封膠帶纏繞，防止雨水滲漏；套管和管線周圍的縫隙，采用礦棉封堵；房間內(nèi)的插座，盡量使用保證氣密性的專用插座。如果沒有相關(guān)產(chǎn)品，就需要先用石膏膩子填充開口，然后再塞進插座，保證氣密性。

從上述要求可知，穿孔越多，就越容易出現(xiàn)操作上的失誤，破壞氣密性，如圖1所示。

圖1 管線穿墻、設(shè)備嵌墻構(gòu)造要求

案例二：施工要求保溫材料雙層錯位敷設(shè)(2mm×50mm)，外側(cè)的保溫層要將窗框包覆在內(nèi)，并卡進實墻開口內(nèi)。預(yù)壓密封膠帶(海綿材質(zhì)，深灰色)應(yīng)粘貼在紅色氣密膠帶上方。因為窗框和墻體之間的結(jié)合處必須嚴格密實填充，不能有縫隙。所以，窗戶的尺寸最好在實際測量了窗洞開口后確定。此外，角鐵下方，還應(yīng)設(shè)置耐壓的熱隔斷(比如 10mm 厚的硬橡膠墊)，如圖2所示。

圖2 項目外窗安裝構(gòu)造

由于被動式低能耗項目驗收時需要進行氣密性檢測，控制每小時換氣次數(shù)，因此，對施工有很高的精確度、復(fù)雜度要求，如圖3所示。

圖3 項目現(xiàn)場施工節(jié)點

綜上所述，施工培訓、理論講解和指導是被動式低能耗項目不可或缺的因素，其中包含3個方面：

(1)理論講座，使施工人員掌握被動式低能耗建筑的基本原理；

(2)施工培訓，使施工技術(shù)人員及農(nóng)民工掌握基本施工方法；

(3)德國專家對關(guān)鍵細節(jié)現(xiàn)場指點和對樣板房的施工指導。

5 結(jié)語

經(jīng)過對南安中節(jié)能·美景家園項目1#樓被動式低能耗建筑的建設(shè)過程的分析，可以發(fā)現(xiàn)，被動式低能耗建筑建設(shè)，應(yīng)該因地制宜，從原理入手，對項目的設(shè)計、選材、施工各個環(huán)節(jié)做到全過程控制；把握細節(jié)，不因為材料價格、產(chǎn)地因素而降低項目的品質(zhì)。在建設(shè)中進步，在建設(shè)中發(fā)現(xiàn)和解決問題，以使項目建設(shè)能為今后我國夏熱冬暖地區(qū)被動式低能耗建筑的發(fā)展提供經(jīng)驗和借鑒。

[1] 程才實.試論“在水一方”中德合作被動式低能耗建筑示范的重要意義[J].北京：建筑科技, 2014.

[2] 張小玲.我國被動房屋的發(fā)展現(xiàn)狀[J].北京：建設(shè)科技, 2015.

[3] 張小玲.被動式房屋的指標控制和計算方法[J].北京：住宅產(chǎn)業(yè), 2014.