中国首个被动式低能耗建筑的实践和思考——秦皇岛“在水一方”示范项目

彭梦月 / PENG Mengyue

中国首个被动式低能耗建筑的实践和思考
——秦皇岛“在水一方”示范项目

彭梦月 / PENG Mengyue

2009年，在住房和城乡建设部建筑节能与科技司和德国交通、建设和城市发展部的支持下，住房和城乡建设部科技发展促进中心与德国能源署合作开展了“中国被动式低能耗建筑研究与示范项目”，目标是在引进欧洲被动房和超低能耗建筑的技术和工程经验的基础上，建造一批符合我国国情的被动式低能耗建筑示范项目，探索我国不同气候区超低能耗建筑的技术路线，大幅度降低建筑能耗，显著提高和改善居住环境与舒适性，使建筑采暖逐步摆脱对化石能源的依赖，推动建筑节能产业的升级换代。秦皇岛“在水一方”是2009年确定的第一批示范项目之一。

“在水一方”居住区位于河北省秦皇岛市海港区大汤河畔，北临和平大街、东临西港路、南临滨河路、西临大汤河，与入海口相连，规划占地56hm2，建筑面积150万m2，分A～F6个区。中德被动式低能耗示范项目位于C区，共有9栋示范楼，总面积80 344m2。图1显示了该项目的规划情况，其中红色和蓝色建筑是被动式低能耗示范楼。

“在水一方”C15#楼（图2）是基于德国被动房标准并结合我国居住建筑的结构特点、人们居住习惯及当地气候条件建造的第一栋被动式低能耗居住建筑。该楼高18层，建筑面积6 467m2，钢筋混凝土剪力墙结构，体形系数0.31。

该项目的技术特点是被动为主，主动优化。被动式技术主要包括围护结构的保温、隔热、建筑无热桥设计和提高建筑气密性、自然通风、自然采光、太阳能集热和蓄热等。主动技术优化包括不采用传统的采暖系统，将新风系统和热泵系统集成解决建筑的通风、辅助采暖和制冷，既减少化石一次能源的使用，又符合当地的气候条件、居住建筑特点及人们的生活习惯。

1 被动式节能技术

1.1 优化建筑朝向，增加冬季太阳得热收益

图1 秦皇岛“在水一方”规划效果

该地区冬季太阳角低，阳光容易照射进室内，可提高室内太阳辐

射得热量，降低采暖需求。夏季，太阳入射角低，阳光不易进入室内，可降低制冷负荷。

1.2 提高围护结构的保温隔热性能

1.2.1 外墙保温

外墙采用250mm厚石墨聚苯板，导热系数λ=0.033W/（m2·K），尺寸为500mm×600mm，厚度为100mm和150mm，分两层错缝铺设，避免出现通缝、裂缝或板材之间缝隙过大等质量问题（图3）。建筑每层设置了同厚度环绕性岩棉防火隔离带（图4）。门窗洞转角处应采用斜向增强网，呈45°，避免开裂。

外墙保温系统还配备各种配件，如窗口连接线条、滴水线条、护角线条、伸缩缝线条、断热桥锚栓、止水密封带，从而提高外保温系统保温、防水和柔性连结的能力，保证系统的耐久性、安全性和可靠性。外墙传热系数K=0.13W/（m2·K）。

1.2.2 地下室外墙和散水保温

冻土层以下0.5m自室外地坪以上300mm处的地下室外墙（图5），粘接连续的沥青防水层，防水层上面铺设耐水防潮、耐腐蚀且具有高抗压性的泡沬玻璃。墙基处泡沫玻璃可以抵抗冲击，增强对墙基的保护。

图2 秦皇岛“在水一方”C15#楼实景

地坪以上300mm以上的建筑外墙粘接B1级的石墨聚苯板，泡沫玻璃和EPS板交接处设置金属的雨水导流板，以避免对墙基处保温系统的侵蚀。散水采用可渗水的鹅卵石，从而将雨水导入土壤，同时防止雨水溅射到外墙上，增强散水美观（图6）。

1.2.3 屋面和女儿墙保温防水

屋面采用300mm厚石墨聚苯板，导热系数λ=0.033W/（m2·K），保温层上下各铺设一层防水层，靠近室内一侧设置防水隔气层（图7）。屋面与外墙的保温层连续无间隙。屋面传热系数K=0.10W/（m2·K）。

屋面女儿墙的上部、内侧全部包裹在防水层保温层里。女儿墙上部安装2mm厚金属盖板抵御外力撞击（图8）。金属板向内倾斜，两侧向下延伸至少150mm，并有滴水鹰嘴，从而加强密封，防止雨水渗入保温层，提高系统的耐候性。

1.2.4 首层地面与非采暖地下室顶板

首层地面采用了150mm厚挤塑聚苯板，B2级，导热系数λ=0.029W/（m2·K）；非采暖地下室顶板采用了150mm厚石墨聚苯板，B1级。一层地面传热系数K=0.12W/（m2·K）。

1.2.5 楼板、分户墙、不采暖楼梯间与室内隔墙

标准层楼板采用60mm厚EPS板，导热系数λ=0.041W/（m2·K），B2级，楼板传热系数为K=0.38W/（m2·K）。楼板铺设5mm厚隔声垫，并上返到踢脚线高度。隔音垫的设置显著改善了楼板的隔音效果，杜绝了楼板传音。

分户墙两侧各采用30mm厚酚醛板，导热系数λ=0.018W/（m2·K），分户墙的传热系数K=0.12W/（m2·K）。

室内与楼梯间墙体分别采用90mm厚改性酚醛板，分两层粘贴，传热系数K=0.12W/（m2·K）。电梯井道内粘贴60mm厚岩棉板。

图3 石墨聚苯板模块

图4 外墙保温及防火隔离带

图5 地下室外墙防水保温

图6 散水

图7 屋顶保温防水

图8 屋顶女儿墙盖板

1.2.6 厨房、卫生间排风道保温

为了防止房间热量通过排风道散失到室外，进入房间的排风道，采用了70mm厚模塑聚苯板保温。

1.3 减少围护结构的热桥

1.3.1 外挑阳台与连廊

阳台和连廊是外挑构件，是建筑最薄弱的热桥环节，处理方式是将阳台（连廊）与主体墙结构断开，阳台板靠挑梁支撑，保温材料将挑梁整体包裹（图9）。断开面填充与外墙保温层同厚度的保温材料。

1.3.2 穿墙管线

穿墙管不直接穿过结构墙，外包PVC套管，套管与墙洞之间填充岩棉或发泡聚氨酯，实现隔热保温（图10）。

1.3.3 外墙金属支架

外墙上的各种支架如空调支架、太阳能热水器支架和雨水管支架都是容易产生热桥的部位，应作合理的隔热桥处理（图11、12）。金属构件不宜直接埋入外墙，应在基墙上预留支架的安装位置，金属支架与墙体之间安装20mm的导热系数低且有一定强度的隔热垫层，以减少金属支架的散热面积。

1.4 提高建筑气密性

墙面、顶棚、地面采用水泥腻子刮一遍，封堵缝隙，地面刮水泥浆一遍。穿墙套管发泡后内外用网格布抗裂砂浆封堵或者采用专用气密性套管密封抹抗裂砂浆，套管与外保温系统接口处采用止水密封带。

严格做好集线盒及电线套管的气密安装。先用石膏填充预留孔洞，再将集线盒挤压入石膏填充的孔洞。电线套管穿完电线后采用密封胶封堵。

1.5 采用高效的被动房门窗系统

外门窗系统是围护结构保温、防水和气密性最薄弱的环节，通过外门窗损失的能耗通常占建筑总能耗的30%～40%。因此采用高效节能门窗产品至关重要，门窗的构造设计决定了门窗的性能发挥。

外窗框采用维卡多腔塑料型材，传热系数K=1.50W/（m2·K）。整窗传热系数为K≤1.00W/（m2·K）。外窗玻璃有两种形式，（1）双Low-E中空充氩气的三层玻璃，传热系数为0.65～0.88W/（m2·K），g=0.50；（2）中空+半钢化真空玻璃（T5+16A+TL5+V+TL5），传热系数为0.54W/（m2·K），g=0.55。

被动房窗户是安装在主体外墙外侧，窗框外侧落在木质支架上以实现更好的隔热效果。外窗借助于角钢或小钢板固定，整个窗户的2/3被包裹在保温层里，形成无热桥的构造。

窗框与外墙连接处必须采用防水隔汽膜和防水透气膜组成的密封系统。室内一侧采用防水隔汽密封带，室外一侧应使用防水透气密封带（图13），从而从构造上完全强化了窗洞口的密封与防水性能。与传统泡沫胶相比，此类密封带布具有不变形、抗氧化、延展性好、不透水、寿命长等特点。窗台设计了金属窗台板（图14），窗台板为滴水线造型，从而既保护保温层不受紫外线照射老化，也导流雨水，避免雨水对保温层的侵蚀破坏。

图9 阳台断开处

图10 穿墙管线无热桥措施

图11 太阳能热水器支架

图12 雨水管支架

图13 窗户防水透气密封带

图14 窗户节点

图15 “在水一方”项目新风系统

被动房门要求K≤0.8W/（m2·K），被动房要求保温、气密、防火、防盗4大功能兼备，其安装方式和气密性的处理与窗户基本一致。

1.6 导光照明

地下车库采用导光照明装置。室外采用抛物面集光器收集光源，再由导光设备引入地下，为地下车库照明，节约用电。

1.7 太阳能制备生活热水

秦皇岛示范项目采用了分户式太阳能集热热水系统，每户都能独立制备热水。真空管集热板直接安装在阳台护栏上，配备容积为80L的热水储罐。日照不足的时间段，需要用电对储水罐中的水进行补充加热。该装置每年可为每户节电约1 100kWh。此外，集热器还起到为其下方窗户遮阳的效果。

2 主动节能技术

当项目的建筑围护结构性能提高到极致时，建筑能源需求降到最低，通过优化主动系统可以较好地解决建筑的通风、辅助采暖和制冷。

该项目为每户配备了独立可控的分户式多功能新风系统，该系统具有供新风、供暖和制冷的功能（图15）。室内主机为板式热回收装置和空气源热泵（图16），吊装在厨房厨柜内；室外机为高效的空气换热器，过滤器效率等级为G4级。新风（绿色箭头）经过预热和过滤后通过新风管道进入起居室和卧室（室内送风：红色箭头），使用过的室内污浊空气被输送到厨房附近顶部汇流点（排风：黄色箭头），经新风系统热交换后排出室外。浴室和卫生间设置有独立的排风管道，新风口和出风口均位于北立面，间距至少3m，综合热回收率（显热）在75%以上。

新风系统由位于客厅的温控器进行调控，设置3个等级的新风流量，调节室内的采暖、制冷和通风。客厅和主卧各设一组CO2探头，当室内CO2浓度上升到限值，新风系统自动启动。

图16 新风、热回收和空气源热泵一体机

考虑到中国人的烹饪习惯，厨房油烟大，不宜进入新风系统进行排风，厨房单独设置排油烟系统和补风装置（图17）。厨房采用的专用油烟机能实现油气分离，将废气无害排放到室外，废气中的余热可以进行回收。同时增加补风装置，与排风系统形成智能联动，保证了厨房的气密性，降低了空气热损失。

我国居住建筑应用新风系统的情况少，经验不多，新风系统设计是被动式低能耗居住建筑面临的主要挑战之一，秦皇岛项目的新

风系统方案充分结合了当地气候、居住建筑特点和人们的生活习惯。秦皇岛属于典型北方气候，极端天气不多，带热回收的新风系统和空气源热泵的复合系统较好地解决了新风预热和辅助采暖、制冷的问题，实现了系统整合和紧凑型的布局，降低了造价。而分户式的设计既能激励用户行为节能，也便于物业后期管理维护。厨房、卫生间和浴室单独设立排风系统也是充分考虑中国人生活习惯的一种本土化设计。

图17 厨房排油烟系统和补风装置

3 监测结果

表1 “在水一方”C15#楼抽样房间气密性和室内环境监测

表2 “在水一方”C15#楼抽样房间能耗实测

“在水一方”C15#楼自2013年初竣工后，对两个抽样房间进行了两个采暖期和制冷期的连续运行和测试（表1、2①），分别是

2013年2月17日～2013年4月5日，2013年7月24日～2013年8月24日，2013年11月5日～2014年4月5日，2014年7月3日～2014年8月31日，测试的项目包括建筑能耗、气密性、室内温湿度、CO2浓度、室内噪音、室内新风风速等。

“在水一方”C15#楼2013年第一个采暖期的测试是全楼未进行封闭的情况下进行的，存在电梯井、管道井、楼梯间散热状态的，在这种情况下，抽样的房间仍能满足中德被动式低能耗建筑设计标准。第二年的测试是在整栋楼封闭但入住率低的情况下测试的，仍取得了较好的效果。随着2014年10月以后入住率的上升，房屋蓄热能力的进一步提高，室内环境指标和能耗指标还会进一步提升。夏季的制冷时间缩短，用户大部分时间靠开窗自然通风取得较好的室内舒适度。此外，“在水一方”C15#楼进行了PM2.5指标测试，仅为旁边节能65%建筑含量的1/6～1/7，良好的气密性和新风系统过滤装置带来较显著的防霾效果。

4 秦皇岛“在水一方”项目的思考

秦皇岛项目是我国第一个在高层住宅实现被动式低能耗的示范项目，代表了国内量大面广的主流建筑类型，是国外被动房几乎涉及不到的领域。它既借鉴了欧洲被动房的理念和技术，又做了符合国情的创新，因此具有较强的借鉴性和推广意义。该项目在节能减排方面的贡献无疑是显著的，但它在以下几方面的推动和促进更富有意义，值得我们思考。

（1）以极低的能耗来显著提升建筑的舒适度，赋予舒适度全新的理念。被动式低能耗建筑既不以牺牲舒适度来节能，也不是靠主动技术的大量堆砌来达到舒适性。其本质是以提高建筑自身的性能为前提，最大程度利用自然得热、采光、通风来满足室内舒适性要求，在极端天气下通过高效的辅助的采暖制冷设施来满足能源需求，被动式建筑是提倡主动技术越少越好，系统要进行优化集成。该项目的实测结果和居住体验显示，建筑没有发霉结露，室内源源不断的新风保证了高品质的空气质量，其均衡的室内内表面温度使人体在20℃下的体感舒适性大于传统采暖设施供暖房间25℃的舒适性。夏季制冷时间缩短，开窗通风时间增加。由于建筑良好的气密性，冬季室内的生活散湿被保留在室内，使房间不需任何加湿就能保持50%～55%左右的湿度。建筑的隔音效果极佳，与传统建筑区别明显。在室外施工时，测试房间几乎不受强噪音的干扰。

（2）为建筑产业升级换代提供了契机。秦皇岛项目实施过程中，最大的挑战之一是寻求高性能的关键技术和产品，而这类技术不是高不可攀的前沿技术，而是原材料好、加工工艺水平高、质量有保证的适应性技术。

一方面因国内研发落后，许多关键材料国内空白，需要从国外进口或委托外资企业在国内的供应商进行专门加工定制。自主研发的技术与国外同等产品相比性能尚有差距。

另一方面，我国具有知识产权的好技术因建筑节能标准要求较低、市场需求量小，缺乏应用的途径，导致供应量小、规模化效应低、造价高。因此，被动式低能耗建筑的发展必然带动高质量高性能技术的应用，如质量好寿命长的外墙保温系统、高效的被动房门窗及配件，防热桥的构件和材料，带高效热回收的新风系统及热湿交换的膜材料等。同时生产门窗密封材料、防水透汽膜和防水隔汽膜所需要的化工原料行业，生产窗台护板和女儿墙扣板所用的防锈金属、塑料、橡胶等原材料行业将会得到快速发展，从而促进整个产业的技术创新，提高技术的精细化和专业化水准。

（3）促进住宅精（简）装修和物业管理水平的提高。被动式低能耗建筑为了保证较好的建筑气密性，必须进行精装修才能交付使用，不允许住户自行装修或更换建筑构件而破坏气密层，精装修可以避免资源的浪费，减少建筑垃圾，是未来住宅产业化的发展方向。建筑验收必须通过两次气密性测试，第一次是施工结束，通过测试查找漏点，进行补救；第二次是精装修后，再次确认建筑的气密性并查实装修对建筑气密性的破坏程度。

此外，由于被动式低能耗建筑的特殊性，物业公司必须进行培训，同时提供给住户使用手册，对于不能破坏的部位、建筑设备使用维护的要点等进行详细说明，确保用户正确使用建筑，并激励他们行为节能，以保证建筑性能并延长寿命。这种做法极大地提高了物业公司的专业化管理水平，更强调了能源管理和恰当运行维护在降低建筑运行能耗中发挥的重要作用。

注释

① 表1、2数据来源：《秦皇岛“在水一方”C15号楼被动式超低能耗建筑示范工程——室内环境与能耗监测分析报告》，张小玲、马伊硕等。

2015-03-06

PRACTICE AND THOUGHTS ON CHINA'S FIRST DEMONSTRATION PROJECT OF THE PASSIVE AND LOW-ENERGY BUILDING:WATERFRONT RESIDENTIAL BUILDING IN QINGHUANGDAO

本文介绍我国借鉴德国被动房的理念和关键技术，结合国情建造的第一个北方寒冷地区被动式低能耗居住建筑项目的技术路线、技术措施和实测效果。提出我国发展被动式低能耗建筑在提升建筑品质和室内舒适度、促进建筑产业升级换代及推进住宅精装修和提高物业管理水平方面的重要意义。

This paper introduces the technical route, measures and the practical measurement effectiveness of the first passive house in the cold region of northern China on the basis of the concept and key technologies of the German passive house and China's national conditions. In addition, the paper points out that to develop the passive and low-energy building in China is of great signifcance to improve the quality of buildings and the comfortable level of indoor environment, to upgrade the building industry, to promote building refned decoration and to increase real estate management level.

被动式低能耗建筑 寒冷地区 秦皇岛 实践

Passive and Low-Energy Building, Cold Region, Qinhuangdao, Practice

彭梦月，副研究员，住房和城乡建设部科技与产业化发展中心