中德被动式房屋超低能耗建筑示范项目技术研究——日照新型建材住宅

陈毅华 / CHEN Yihua

中德被动式房屋超低能耗建筑示范项目技术研究
——日照新型建材住宅

陈毅华 / CHEN Yihua

1 项目概况

日照新型建材住宅示范区位于山东省日照市山海二路以北，北京北路以西，距市中心约7km，规划总用地面积19.413万m2，总建筑面积24.99万m2，总户数898户；绿化覆盖率为35.6%，建筑密度23.9%，容积率1.5。日照新型建材住宅示范区被动房区域为22～30#住宅楼，总建筑面积为56 675m2，其中27#住宅楼被列为《住房和城乡建设部2014年科学技术项目计划》国际科技合作项目（中德合作），是山东省首例采用德国被动房标准设计的住宅建筑。

27#住宅楼地上5层，地下2层（图1、2）；建筑面积5 407m2，建筑基地面积953m2，2个单元共20户；户型面积218m2；体形系数 （A / V）0.27；住宅楼采用钢筋混凝土剪力墙结构。

2 被动式房屋概述

“被动房屋”一词由德文Passivhaus翻译而来。被动房屋是指仅通过建筑的新风系统供暖及制冷，并且只需要德国标准化学会（Deutsches Institut für Normung e. V.）DIN 1946规定的新风量就可以满足ISO7730中热舒适度的要求，基本不需要额外加装采暖及制冷设备的高效建筑。

被动式建筑不是一种能耗标准，而是一种兼顾能效性能和最佳舒适度的综合方案，实现被动式房屋的重要原则是具有紧凑的、无热桥的结构，合适的体形系数，良好的维护结构，良好的气密性，高效的热回收新系统，充分利用室内人们生活中产生的热量（电器、灯具、烹饪、洗涤等）及太阳通过窗户向室内传递的热量就可基本满足冬季室内温度，并通过热（冷）回收装置将室内废气中的热量回收，从而显著地降低能源需求，实现室内舒适的居住环境，是能量效益最佳的房屋。

3 被动式房屋与国内65%节能房屋主要设计标准及能耗的比较

3.1 主要设计标准的比较

被动式房屋与目前我国65%节能房屋主要设计标准的差异如表1所示。

3.2 被动式房屋与65%节能房屋采暖能耗比较（日照地区）

被动式房屋与日照地区的65%节能房屋采暖能耗比较如表2所示。

4 日照新型建材住宅示范区27#住宅楼保温及热负荷模拟计算

4.1 被动房屋外墙围护结构保温计算

在保证外墙传热系数K≤0.15W/（m2·K）的情况下，通过BEED5.0建筑热工节能设计计算软件进行保温层厚度热工计算，外墙围护结构保温材料采用200mm厚B1级石墨聚苯板，屋面保温材料采用250mm厚B1级石墨聚苯板。

4.2 被动房屋BEED5.0软件模拟计算负荷结果

被动房屋冬季室内温度设为20℃，夏季室温为26℃。27#住宅楼能耗判定如表3所示。

图1 27#北立面效果

图2 27#南立面效果

5 被动房外围护结构主要技术

5.1 保温隔热措施

通过BEED5.0软件计算，外墙保温材料采用200mm厚B1级石墨聚苯板，屋面保温材料采用250mm厚B1级石墨聚苯板，地下室顶板采用100mm厚挤塑聚苯板加100mm厚改性酚醛板；楼板采用5mm厚隔音垫及60mm厚挤塑聚苯板。分户墙两侧均采用30mm厚改性酚醛板，楼梯电梯隔墙部分采用80mm厚改性酚醛板；外墙每层楼板位置设置300mm宽岩棉防火隔离带；标高±0.000以下室外外墙保温选用200mm厚泡沫玻璃保温层。

表1 主要设计标准的对比

表2 能耗比较

表3 27#住宅楼能耗判定（kWh/m2）

5.2 门、窗保温隔热做法

样板房外窗选用上海维卡82系列塑钢节能型材，传热系数K=0.9W/（m2·K），采用真空复合中空玻璃（从外向里：5mmLow-E +16A+5mmLow-E+0.15V+5mm白玻），传热系数K=0.5W/（m2·K），整窗传热系数K≤1.0W/（m2·K）；入户门选用被动房专用保温门，K≤1.0W/（m2·K）。图3为外窗安装做法节点示意。

5.3 围护结构气密性

建筑围护结构的气密性是被动房屋节能的主要措施之一，其气密性是减少建筑热损失的重要环节。被动房屋竣工后必须经过鼓风门进行气密性测试，测试标准为n50≤0.6/h。

被动房屋围护结构气密性的主要做法：

（1）气密层由以下部分组成：底部部分由水泥板形成；外墙部分由外墙内抹面和水泥楼板连接形成；窗户部分由气密安装和内抹面连接形成；顶部部分由水泥楼板和外墙内抹面连接形成。气密层应该是连续的，包覆全部采暖空间。

（2）穿外墙和底板各种管线、屋面的排风烟道和排水立管做好保温的同时，需要做好气密性的封堵（图4、5）。

（3）户内电线管、电线盒安装在混凝土墙里，将电线管穿完电线后，电线管内采用专用密封胶封堵；如遇到电线管、电线盒在砌块

墙体上时，电线盒背面与洞口应用石膏严密封堵，待电线管穿完电线后，管内也应采用专用密封胶封堵。

图3 外窗安装做法节点示意

图4 外墙预留管线、入户穿墙节点示意

图5 排风道出屋面节点示意

（4）建筑外窗采用真空复合中空玻璃（图6），外门采用被动房专用密封保温门，在安装时门框、窗框与墙体交接处采用预压膨胀密封带，且外窗室内一侧使用防水隔气膜，外窗室外一侧使用防水透气膜，同时也采用专用密封胶封堵。

图6 真空复合中空玻璃示意

图7 女儿墙节点示意

图8 空调、太阳能支架安装节点示意

5.4 被动式房屋热桥处理措施

被动式房屋防热桥措施主要在女儿墙、地下室顶板、管线穿外墙等一些局部容易散热的部位，热量集中从这些部位快速散失，形成较多的热桥，从而增加了建筑物的采暖（制冷）负荷及能耗。被动式房屋在易产生热桥的位置（如：空调支架、雨水管、太阳能集热器支架）采用了特制的隔热构件，这些构件有利于避免或减少热桥的产生，减少建筑内部热量的散失，杜绝由于热桥产生的结露问题。所有容易产生热桥的部分均采用保温包裹，如女儿墙取消了传统做法，采取将女儿墙内外两侧均采用保温板包裹，女儿墙顶部采用盖板防护保温系统；空调支架等固定件与墙体之间采用硬质塑料保温板，将面热桥减小到点热桥；排水立管及横管均采用30mm厚保温隔音毡，钢制管卡与管道之间采用5mm厚隔音垫（图7、8）。

5.5 空气源热回收空调系统

根据被动式房屋气密性及能耗的要求，保证室内空气质量，满足人体的通风要求，需要采取机械通风对室内补充新风。按照德国被动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）的标准，在新风换气过程中，室内空气的热回收率必须大于75%。本项目采用清华同方人工环境有限公司研发的被动房专用能源环境机（图9）。

每户设一台专用能源环境机，该机集新风换气、热回收、制冷、制热全热回收功能于一体；采用交叉逆流全热回收芯体，在得到空调冷量的同时，将冷凝热回收，全热回收率高达75%以上；根据室内环境CO2浓度控制新风量，室内空气时刻保持新鲜；多重过滤设计，有效过滤室外新风和室内空气中的有害物质，净化室内空气。如果制冷时室内温度较高，或者制热时室内温度较低，室内CO2浓度高于设定值，此时暂没有新风。待室内温度达到适宜温度后，方可允许新风进入室内；在过渡季节新风系统可以不启动，可以自然通风，同时该机可起到除湿作用，系统运行总能效2.8，采用分户式新风系统。

6 建筑工程投资比较

被动式房屋投资总成本比普通65%节能住宅多884.86元/m2（表4）。

建筑工程投资比较（884.86元/m2）中未计算下列可节省的费用：

（1）用户购空调机约30 000元/户，折合建筑面积138元/m2（户型面积218m2计算）。

（2）每户节约管道井面积0.25m2，售价8 500元/m2，折合建筑面积9.8元/m2。

（3）多、高层采暖运行费（加压泵电费）：2元/月/m2，热计量表费用：2 000元/户，室内温控阀600元/户。

图9 专用能源环境机室内机示意

表4 被动式房屋与普通65%节能住宅投资造价比较

（4）用户缴纳采暖费：6元/月/m2（按采暖面积计算，约占建筑面积90%），日照采暖期为4个月，每个冬季采暖费21.6元/m2。

（5）热交换站节约车位面积100m2，折合停车位4个，合计售价40万元；折合建筑面积7.2元/m2。

7 结论

按照日照地区4个月采暖期计算，日照新型建材住宅示范区被动式房屋总建筑面积为56 675m2，与节能65%建筑相比，节约标煤178.5t，减少CO2排放494.45t，节省采暖费约124.8万元，由于本项目具有良好的围护结构保温体系，建筑综合节能率达到91%以上。

伴随着我国经济快速发展的是巨大的能源消耗，建筑能耗约占人们生活总能耗的30%，因此，我国目前的节能减排形势十分严峻，而建筑能耗作为最大的能耗黑洞，是最迫切需要解决的难题。作为一个能源消耗大国，中国正面临着日益严峻的能源和环境挑战。与发达国家相比，我国建筑节能减排差距约为30年。与节能62%房屋相比，被动房隔热性能更强，能源消耗极低，已成为人类未来建筑节能发展的趋势，被动房的节能技术和材料的推广应用，将对我国建筑节能减排起到积极的推动作用。

本项目的研究成果和各项节能技术的实践应用，为被动式房屋各项技术更加科学合理地利用到中国北方寒冷地区的多、高层民用住宅提供了重要的借鉴和参考。被动房具有较强的可实施性，适应了当前绿色建筑急速发展的迫切需求。同时被动式房屋可以克服城市的热岛效应，促进我国节能产业的升级。被动式房屋几乎不需要采暖设施，有效地缓解了每年冬季由于北方采暖带来的社会问题，如雾霾。而本项目的建设也可为山东省被动式低能耗居住建筑节能设计标准的编制提供依据。

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区27#住宅楼被列为《住房和城乡建设部2014年科学技术项目计划》国际科技合作项目（中德合作），是山东省首例采用德国被动房标准设计的住宅建筑。本文介绍了德国被动式节能建筑技术在国内多、高层住宅建筑中的应用实践，并进行了各项技术和经济分析。通过“被动房”本土化的实现，获得本土化经验，从个案推广开，进而建立适合中国国情发展的“被动房”设计方法，建造符合中国国情的被动式房屋。

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 被动房屋 气密性 热桥处理 被动房专用能源环境机 本土化

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

陈毅华，日照山海天城建开发有限公司设计研发土建工程师