天津市被动式住宅中给排水设计要点分析

刘建华，刘小芳，李旭东，马旭升（天津市建筑设计院，天津 300074）

1 被动式住宅

被动式住宅起源于 20 世纪 90 年代的德国城市法兰克福。这类住宅使用超厚的绝热材料和复杂的门窗，主要通过住宅本身的构造做法达到高效的保温隔热性能，并利用太阳能和家电设备的散热为居室提供热源，减少或不使用主动供应的能源，即便是需要其他能源供应，也尽量采用清洁的可再生能源。

被动式住宅的主要技术特征为：① 保温隔热性能更高的非透明围护结构；② 保温隔热性能和气密性能更高的外窗；③ 无热桥设计与施工；④ 建筑整体的高气密性；⑤ 高效新风热回收系统；⑥ 充分利用可再生能源。

根据我国目前能源和环境状况，被动式住宅将会逐渐成为我国住宅的发展方向。目前天津市居住建筑已经实施了DB 29-1─2013《天津市居住建筑节能设计标准》四步节能设计标准，已开展了数栋被动房建设示范实践工作，如中新天津生态城的公屋二期 4 号、5 号楼，凯祥花园 48号、49 号楼。同时也已开展了被动式住宅指标体系研究、被动房建设实施关键技术研究等课题研究。

被动式住宅的主要技术特征之一是建筑整体的高气密性，气密层应连续并包围整个外围护结构。给排水管线穿越楼层、屋面、内墙和外墙，管线贯穿处易发生气密性问题。天津市属于寒冷地区，贯穿采暖和非采暖空间的给排水管线应重视管线的保温，防止出现热桥。国家住房和城乡建设部《被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)》(居住建筑)和河北省DB 13(J)/T 177─2015《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》均未包含给排水设计的内容。因此有必要研究天津市被动式住宅中给排水设计的重点，以指导给排水工程师了解被动式住宅的特殊设计要求，帮助设计师在设计中充分发挥主动性。

2 天津市气候特点分析

天津地处北温带，位于中纬度亚欧大陆东岸，受季风环流的支配，东亚季风盛行，属暖温带半湿润季风性气候。临近渤海湾，受海洋气候影响明显。全市年平均气温 11～12℃。全年 1月最冷，平均气温零下 4～6 ℃，极端最低气温可达－22.7 ℃。7月最热，平均气温在 26 ℃ 以上，极端最高气温曾达到 41.2 ℃。全年气温差为 30～32 K ，全市无霜期在135～239 d 之间，最冷月的干球温度变化见图1。

图1 天津市最冷月干球温度变化图

天津市属于寒冷地区，因此设备、管道及其附件的设计必须充分考虑到保温防冻，以及室内外冷热空气的交换、非采暖空间和采暖空间的传热等问题。

3 给排水设计重点分析

本文以天津市某公屋二期 4 号、5 号楼为例，介绍被动房设计中给排水专业的气密性设计、保温设计及可再生能源利用等内容。

3.1 项目概况

天津市某公屋二期项目 4 号、5 号两栋楼作为被动房推广研究试点，是严格按照德国被动房标准进行试点建设的。项目总建筑面积为 7 063 m2，建筑层数为 16 层。通过高隔热隔音、密封性强的建筑外墙和可再生能源得以实现低能耗标准，一次能源消耗不高于 120 KWh / m2·a 。本项目中的给排水系统包括给水系统、中水系统、排水系统和太阳能热水系统。

3.2 气密性设计

被动式房屋应具有连续完整的、包绕整个采暖体积的气密层。由不同材料构成的气密层的连接处必须妥善处理，并做好各种管道间隙的封堵，保证气密层的完整性。良好的气密性可以减少冬季冷风的渗透，降低夏季非受控通风引起的供冷需求增加，避免湿气侵入造成的建筑发霉、结露和损坏，减少室内噪声和空气污染等不良因素对室内环境的影响，提高居住者的生活品质。因此，室内给排水管道穿越楼层、隔墙及管道井井壁时套管与管道之间缝隙应采用密实材料填实，并用软密封防水填料灌平。常见的密实材料包括石棉水泥和油麻，软密封防水填料可选沥青油膏之类。具体做法可参照 DBJT 29-18─2013《天津市建筑标准设计图集》(2012 年版)。

3.3 保温设计

3.3.1 管道保温的常规设计

保温层的厚度根据管径、环境温度和介质温度等因素通过计算确定。本项目管道井的给水、中水、消防管道做 30 mm 厚橡塑保温，首层给水、中水、消防管道应做 50 mm橡塑保温。屋顶太阳能缓冲水箱补水管做 50 mm 厚橡塑保温，并采用电伴热。太阳能热水管道保温采用橡塑保温，室外管道保温厚度为 80 mm，外保护采用 0.3 mm 铝皮，室外换热循环管道采用电伴热，水箱间管道保温厚度为 80 mm 并有空调扎带外保护。卫生间管井中的热水供回水管均做 30 mm 厚橡塑保温。

3.3.2 套管与管道间的保温设计

被动房设计的一个重点是围护体系的保温性能，建筑外墙和屋面是围护体系主体。当围护结构的阻热性能明显提高以后，热桥/冷桥就成为影响围护体系保温效果的重要因素。被动房要求外围护结构的保温层应连续完整，严禁出现结构性热桥，因此室内给排水管道穿越屋面、外墙、非采暖空间墙体或楼板时套管与管道间应设置保温绝热层，绝热层厚度按 GB 50264─2013《工业设备及管道绝热工程设计规范》全年运行最大允许热损失量计算，并按照选用绝热层厚度增大楼板和墙体的预留空洞尺寸。

3.3.3 排水管道的保温设计

就给排水设计而言，被动式住宅与常规设计的不同之处在于靠近非采暖空间的排水管道和通气管道也应进行保温设计，目的是减少非采暖空间与采暖空间之间通过排水管道系统进行的冷热量交换。

建筑内部排水管道和通气管道可采用的管材包括建筑排水塑料管和柔性接口机制排水铸铁管两大类。具体管材有排水铸铁管、排水硬聚氯乙烯管 (PVC-U)、排水共聚聚丙烯管 (PP-B)、排水聚乙烯 (PE) 钢塑复合管、高密度聚乙烯 (HDPE) 双平壁钢塑复合管等。在保温绝热工程中，金属管材和塑料管材绝热层的厚度相差较大。在管径、环境温度和介质温度相同的条件下，金属管的绝热层厚度要比塑料管的绝热厚度大得多，因此针对不同的管材应分别计算绝热层厚度。绝热层厚度按 GB 50264─2013 全年运行最大允许热损失量计算，绝热层厚度的确定参考了 DBJT29-18─2013，金属管道绝热层厚度参考数据如表1 所示。

表1 金属管道绝热层厚度参考表 mm

塑料管道绝热层次厚度参考数据如表2 所示。

表2 塑料管道绝热层厚度参考表 mm

天津市某公屋二期 4 号、5 号楼为 16 层住宅，首层是自行车库和设备用房，为非采暖空间。因此在项目设计过程中对首层、15 层和 16 层的排水立管管道做了保温设计，加大了卫生间管道井的尺寸和楼板预留孔洞尺寸。排水管道保温做法示意见图2。

图2 排水管道保温做法示意图

从图2 可以看出，排水立管和通气管均采用橡塑保温，卫生间和厨房的排水立管保温厚度为 50 mm，冷凝水排水立管和除湿机排水立管保温厚度为 30 mm。

3.3.4 管道附件的保温设计

《德国被动房设计和施工指南》中提到，从热工角度看，热损失大多出现在三通、紧固件和阀门区域，没有做好连续保温或出现热桥的部位是热损失的主要部位。因此，靠近非采暖空间或位于非采暖空间的水系统管件均应做良好保温，尤其应做好三通、紧固件和阀门等部位的保温，避免发生热桥。管件、阀门等管道附件应做同管道相同厚度的保温处理。室内管道固定支架与管道接触处设置隔音垫，避免发生热桥，防止噪声产生及扩散。

一般室外雨水立管通过管卡和膨胀螺栓与外墙进行连接。为消除与外墙连接的金属构件与墙体接触部位发生热桥现象，与外墙接触的雨落管固定件需做防热桥施工技术处理，金属构件与基墙的连接处应采用厚度≥ 20 mm 的保温材料作垫层。本项目扁钢卡子与基墙连接处设置了隔热垫。雨落管与墙体的连接示意如图3 所示。

图3 雨落管与墙体的连接示意图

3.4 可再生能源的利用

被动式住宅要求通过高隔热隔音、密封性强的建筑外墙和可再生能源实现低的能耗标准，因此生活热水系统的热源应尽可能地利用余热、废热及可再生能源。生活热水系统的热源应根据建筑功能、高度、使用标准和节能环保等因素，经技术经济比较后确定，优先考虑利用余热、废热、太阳能和深层地热等，在一定条件下可采用空气源热泵和地源热泵。

本项目卫生间热水采用集中集热－分户储热的太阳能热水系统。太阳能保证率取 0.8，太阳能热水系统通过屋顶集中放置的太阳能集热器收集热量，通过热媒管道(防冻液)将热量通过换热器储存到缓冲水箱中，由缓冲水箱再输送至户内储热水箱进行换热并储存。当太阳能光照不足时住户可通过每户储热水箱内的电辅助加热装置进行加热，保证热水供应。

4 结 语

鉴于目前的实际工程案例相对较少，且国内外关于被动房中给排水设计的要求没有明确规定，希望本文可成为指导天津市被动式住宅设计的参考，待实际工程竣工后可通过现场考察和检测来验证和深入梳理给排水设计要点。