被动房关键技术及其在中国北方农村的应用

曾彦钦 薛 立 张耀煌 金益民 胡继峥

(1.沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁 沈阳 110168； 2.中铁科建(厦门)有限公司，福建 厦门 361008)



被动房关键技术及其在中国北方农村的应用

曾彦钦1薛 立1张耀煌2金益民1胡继峥1

(1.沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁 沈阳 110168； 2.中铁科建(厦门)有限公司，福建 厦门 361008)

以沈阳建筑大学中德节能示范中心项目为例，详细介绍了被动房的基本构成及工作原理，并以数据形式，将其与普通建筑的节能效果作了对比，从被动房的特性以及农宅使用特点入手，分析了该先进节能技术在中国北方农村的应用价值以及难点，最后提出了解决方案。

被动房，北方农村，节能，绿色能源

0 引言

建筑发展至今，对居住环境要求的提升和降低建筑能耗之间的矛盾使人们的目光投向了被动式节能建筑。这类建筑主要通过建筑本身的构造做法实现高效的保温隔热性能，并利用太阳能等提供热源，减少或不使用主动供应的能源，被列为十二五期间建筑领域节能低碳发展的重要内容。经过近几年的探索，该技术已成功应用在少数居民小区中，并取得了理想的效果。然而，该技术在北方农宅中的应用还没有引起足够的重视。

1 被动房的基本组成和工作原理

中德节能示范中心(以下简称中心)是由沈阳建筑大学与德国达姆施塔特工业大学、德国达姆施塔特应用技术大学和魏斯玛大学合作设计的节能示范项目(见图1)，达到中国绿色建筑三星级标准、美国LEED铂金级标准、德国BNB标准。现以中心项目为例，介绍被动房各基本组成和工作原理。

1.1 密闭保温的外围护系统

密闭保温的外围护是被动房的核心，它由密闭保温的墙体和门窗以及无热桥的建筑结构设计构成。良好的外围护结构大大降低热损失，有助于室内常年恒温的保持。

示范中心北、东、西三向外墙采用砌块加两层石墨聚苯板外保温，石墨聚苯板采用四边双道企口缝拼接，两层石墨聚苯板错缝铺设，以最大限度地减少热损失。其屋面保温采用300 mm厚挤塑板，分三层错缝铺设，设计传热系数为0.1 W/(m2·K)。

中心外窗同样采用了三玻窗，玻璃间隔条采用非金属间隔条，窗框为塑料型材，填充高性能发泡保温芯材，整窗的传热系数K值达到0.8 W/(m2·K)。天窗为铝包木制明框三玻窗，铺设于钢屋架之上，天窗玻璃间的钢屋架采用内外两侧包憎水岩棉保温材料，以减小钢骨架的热桥影响，整体天窗传热系数K=0.90 W/(m2·K)。外门、窗的气密性同为8级。中庭天窗见图2。

普通建筑地下室冬季热损失严重，中心地下室主墙面外贴挤塑聚苯板，分两层错缝铺设。为增强近地面处地下室外墙保温性能，墙脚部位在挤塑板保温层外侧增设泡沫玻璃砖保温层。地下室钢筋混凝土底板上铺挤塑板，设计传热阻R=3.61(m2·K)/W。

1.2 有效保热的新风系统

被动房为了保证保温能力，常处于封闭状态，要满足居住者对氧气的需要，新风系统必不可少。但通过开创通风达到这一效果，会造成热量大量流失，损失的热量甚至比一栋被动式房屋所需的全部能量还高。因此，在寒冷气候条件下带热回收的新风系统必不可少。中心的新风采用地道风系统，通过地埋管对新风进行预冷预热，同时设计热回收型新风机组，将室内排风中的冷热量与新风进一步交换，回收效率可以达到72%，以此减少新风的制冷制热能耗。双源热泵机房见图3，地道风循环机房见图4。

1.3 绿色能源利用系统

日常生活中可以加以利用的绿色能源通常包括：太阳能、风能、地热能。合理利用绿色能源，可以大大减少建筑的能耗。

1.3.1 中心空气源利用系统

建筑南侧地上部分外墙外侧悬挂太阳能光伏板和双层玻璃相间的幕墙系统，幕墙系统与墙体之间围合密闭形成空腔，在冬季白天利用太阳辐射加热空腔内的空气，并收集空气中的热量为建筑冬季采暖。在地下室设有相变蓄热水箱，水箱的蓄热量为137.12 kW·h，略大于夜间所需供热量，其既为建筑供暖，同时将热量蓄存在水箱中供夜间使用。

1.3.2 中心地热能利用系统

在中心下沉庭院上方的绿地范围内，共有20眼100 m深的地源热泵管井，利用浅层地热资源作为冷热源进行能量转换。此外，中心的新风采用地道风系统，通过地埋管对新风进行预冷预热。

1.3.3 中心可再生能源系统

中心共计建设光伏屋顶系统及光伏幕墙系统37.37 kW，其中屋顶光伏系统组件安装面积144.97 m2，按1 200 h/年的有效时间来计算每年总发电量可达到45 000 kW·h，为中心提供大约30%的用电能耗。

1.4 水资源回收利用系统

雨水回收利用系统，就是利用建筑屋顶等收集雨水的有效界面收集雨水，然后经过简单的处理用于日常生活中。

中心应用雨水和中水回收利用技术，采用内排水形式将屋面和广场硬质地面汇集的雨水通过排水口排至室外的雨水井，和中水一起进入广场地下的雨水和中水处理系统。经过回收处理后的水主要用于绿化浇灌、太阳能板清洁和卫生间清洁。预计全年可以收集雨水和中水共996.53 m3。

1.5 中心节能效果

根据实测，对比同等普通建筑全年暖通空调和照明的总能耗减少约83.41%，其中高性能围护结构系统节能 25%；高能效暖通设备系统节能 15%；太阳能光电、光热系统和地源热泵节能 20%；智能控制设备与照明管控节能 20%。实测能耗对比见表1。

表1 实测能耗对比

2 中心技术在北方农村的应用探讨

北方供暖建筑面积占全国建筑面积的10%之多，却消耗了用于建筑采暖40%的能耗。其中，北方农房常因缺乏保暖措施大量耗能。由表2可知，政府在节能改造上力度日益加大，如能将被动房技术融入新农村建设中，将在提高农房居住舒适度的前提下减少大量的建筑能耗。建筑节能改造面积见表2。

表2 建筑节能改造面积

2.1 被动房技术应用难点

该技术在农房建设中应用仍存在以下难点：

首先，国内被动房配套建材难以采购。如果采用进口门窗，不仅增加了房屋造价，还使得后期维修更换不便。

其次，传统被动房保温结构过厚。建筑外墙和屋面是围护体系主体，在欧洲目前的“被动房”建筑中，外墙和屋面的保温材料较多地采用XPS挤塑聚苯板以及岩棉等。为达到“被动房标准”，所采用的厚度都非常大，中心的外墙就均超过500 mm。过厚的外围护增加了建筑面积，减少了使用面积。

最后，厨房排烟是每个农房都要面临的问题。一旦增加排烟要求，就会大量增加新风系统的造价，并增加建筑能量损失的可能性。

2.2 中心技术在北方农村应用的改进意见

根据我国新农村建设以及建筑节能市场现状，给予以下建议：

1)使用新型保温墙体，如聚苯颗粒自保温复合外保温墙体。该新型保温墙体采用轻型型钢作为骨架，硅酸钙板和外保温板作为墙体内外模板。使用时，只需拼装模板后向其中灌注聚苯颗粒砂浆即可。该墙体只有300 mm厚度，与传统被动房保温墙体相比缩减了近1/2，且效果相差无几。同时，其施工速度远高于传统保温墙体的施工速度。

2)使用毛细管三维辐射等新型简易采暖制冷系统。毛细管三维辐射采暖制冷系统利用毛细管内流动的水向室内空间辐射冷量和热量，柔和且大大提高了节能率，同时减小空调系统的体积和造价。

3)优化建筑设计格局。例如，厨房是产生烟气最大的地方，有排烟需求；同时，农村多使用煤和柴当作燃料，其产生的大量热量使得房屋夏季降温困难。合理设计厨房的位置和管线，利用烟气热量并方便排烟。

3 结语

被动式节能房屋是时下的热点，也必当是未来发展的重点。认清其基本原理，并将之应用在实际生产生活中十分重要。根据工程预算，运用上述改进后建造一间被动式农宅的成本可降至2 000元/m2左右。当考虑运用“钢结构”+“预制基础”+“预制楼板”+“模块化外墙”这一全预制施工工艺时，每10户农宅成片施工的建造总成本将远小于传统砖房的建造总成本。因此，在北方地区新农村建设上如何运用被动房技术值得探讨。

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On key techniques of passive house and their application in rural of North China

Zeng Yanqin1Xue Li1Zhang Yaohuang2Jin Yimin1Hu Jizheng1

(1.CollegeofCivilEngineering,ShenyangJianzhuUniversity,Shenyang110168,China;2.ChinaRailwayConstructionCompany(Xiamen)Co.,Ltd,Xiamen361008,China)

This thesis set the“China-German Energy Efficiency Demonstrate Center” of Shenyang Jianzhu University as an example to introduce passive house in detail, especially the basic system and working principle. It analyzes the value and the difficulties of applying this advanced technology to the countryside of the Northern China, then puts forward the solution.

passive house, countryside of the Northern China, energy conservation, green power

1009-6825(2016)18-0197-02

2016-04-13

曾彦钦(1996- )，男，在读本科生； 薛 立(1965- )，女，硕士生导师，副教授； 张耀煌(1989- )，男，硕士，助理工程师； 金益民(1966- )，男，副教授； 胡继峥(1995- )，男，在读本科生

TU201.5

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