夏热冬暖地区被动式低能耗建筑控制要点初探——以南安“中节能·美景家园”建设为例

徐文强

(福建中节能泉城投资有限公司 福建南安 362300)

0 引言

被动式低能耗建筑，由德国人发明并推广。1991年，世界上第一个被动式房屋出现在德国达姆施达特市。所谓被动式建筑，是指采用各种节能技术构造最佳的建筑围护结构，极大限度地提高建筑保温隔热性能和气密性，使热传导损失和通风损失最小化；通过各种被动式建筑手段，尽可能实现室内舒适的热湿环境和采光环境，最大限度降低对主动燃烧化学石采暖和制冷系统的依赖，或完全取消这类采暖和制冷设施[1]。

在我国，截止至2015年8月，已有28个项目单位的40栋被动房示范建筑被列入住房和城乡建设部科学技术项目计划，总建筑面积40万m2，建筑类型包括住宅、工业厂房、办公楼、幼儿园、教学楼、纪念馆、学生宿舍等。涉及到的省份包括：河北、山东、辽宁、青海、黑龙江、福建、内蒙古、湖南和江苏。气候区涉及到严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、青藏高原等气候区[2]。

本文以南安中节能·美景家园(北山节能示范项目)1#楼被动式低能耗建筑的建设经验为例。

该项目从2013年5月开始设计，2014年4月基础施工，2017年1月竣工验收。由于此类型项目的独创性，所有设计、管理、施工人员均无类似项目经验，设计标准需根据气候特征研发，建筑过程参建单位多，使用材料复杂，施工工艺要求高，各方均在实践中摸索。故，该项目由国家住建部牵头安排德国专家指导，到北方地区的被动式低能耗项目考察，经过各单位长期不懈努力，1#楼于2017年3月取得“中德合作高能效建筑——被动式低能耗建筑质量标识”。

1 项目概况

中节能·美景家园(南安北山节能示范项目)项目地处福建省南安市环城西路，总建筑面积10.8万m2。1#楼以被动式低能耗建筑作为标准进行设计和施工。该建筑为一栋高层住宅，地面18层，地下1层，建筑面积6475m2，体型系数0.34，为剪力墙结构。项目的关键技术有：外墙和屋面保温隔热、外门窗保温系统、高效热回收新风系统、气密性设计与施工、防潮防水技术、太阳能和其他可再生能源利用、节能照明、噪声防护等。项目屋顶采用20cm厚石墨聚苯板，外墙采用10cm厚石墨聚苯板，外窗采用三玻两中空的塑料窗，屋面设置太阳能集热器。项目实测一次能源需求总量为92.12KWh/(m2a)，新风系统的热回收率为75%，屋顶传热系数达0.21W/(m2K)，外墙传热系数达0.32W/(m2K)，外窗传热系数达1.10W/(m2K)，各项指标均满足被动式低能耗建筑要求，并获得“中德合作高能效建筑——被动式低能耗建筑质量标识”。

项目建设过程中，在设计、选材、施工等方面，与常规住宅项目相比，均更具一定的复杂度。德国Rongen Architekte建筑事务所所提供的德国被动式房屋主要指标如表1所示[3]。

表1 德国被动式房屋主要指标

注：该表中的m2指采暖面积，n50指室外压差50帕的状态下每小时换气次数。

2 被动式低能耗建筑设计单位的选择

夏热冬暖地区的被动式低能耗建筑建设，是从实践层面探索和研究未来该类型建筑在我国夏热冬暖地区规模性建设的一次尝试。因此，夏热冬暖地区的被动式低能耗建筑，该项目开始设计时，无先例可以参考。在设计单位的选择中，存在如下主要问题：

(1)北方地区个别设计单位，虽有被动式低能耗建筑的设计经验，但对于南安地区的气候特征不了解，对福建地区的相关地方法规不了解(消防、规划、人防、节能等)，其设计的被动式低能耗建筑在南安无法落地。

(2)福建省当地设计单位，了解当地的政策和法规、熟悉当地的气候特征，熟悉当地传统的节能设计做法(如遮阳、隔热等)，但没有被动式建筑设计经验，需花费大量时间从原理到构造进行学习培训，需耗费时间成本。

(3)由于夏热冬暖地区被动式低能耗建筑的建设属于研发性质，之前没有相关规范和标准，而由设计单位来制定设计标准，可能存在不够客观的情况，有“既当运动员、又当裁判员”嫌疑。因此，尚需第三方参与设计标准研发和评定。

经过多方努力，邀请德国能源署专家参与该项目的设计和指导工作，具体设计单位由经历秦皇岛“在水一方”被动屋设计的北京中建建筑设计院有限公司和福建省厦门合立道工程设计集团有限公司共同合作完成。

事实证明，如此选择对项目的研发、推进、落地均有较好的效果。项目设计过程中，发现起源于德国的被动式低能耗建筑设计方法，并不完全适用于南安地区。从气候区来看，德国的被动式低能耗建筑设计方法仅根据德国的气候特征，更多考虑的是冬季的热回收；而南安属于夏热冬暖地区，该地区的节能以夏季隔热、通风和遮阳为主，冬季热回收的需求不高。因此，在南安，热回收对节能的贡献率不如德国显著，而遮阳和隔热是南安项目优先考虑的被动节能策略。

基此，项目设计过程，德国能源署及两个设计单位，根据南安气候特征对项目设计展开了充分的讨论和研究，最终制定了有效的设计策略，推动了项目进展。

3 被动式低能耗建筑材料选择

常规住宅项目的建设，建设单位更多地在满足项目使用需求后，考虑材料的性价比。该项目在初步实施阶段，部分参建单位仅考虑按图施工，对建筑材料的品质选择有所忽视，造成了初步检测无法通过，出现返工的情况。例如，窗口的密封材料，国内产品密封强度低，不耐老化，在检测中无法达到被动式低能耗建筑气密性要求；最终，该材料项目选择了从德国进口。德国的窗口密封材料产品，窗的内部密封强度大于外部密封强度；内侧为防水隔气膜，外侧为防水透气膜；耐老化和建筑同寿命，使用后，项目的气密性指标提高一个量级，满足了项目的气密性需求。

当然，国内的厂家也有能满足多数被动式低能耗建筑建设过程中大多数材料的生产要求，例如，新风换气机组、K≤0.8的建筑外窗等。因此，需在建设前进行调研，若国内产品能满足项目建设需求，则无需从国外采购。

同时，需要注意的是，由于该类建筑建设对材料的性能要求较高，部分厂家对该性能产品的生产经验较少，导致产品质量参差不齐，难以全部满足性能需求。所以，项目应在材料进场时做好必要的抽检工作，不能以为具有检验合格报告的产品就可以施工，以免造成返工情况。

4 被动式低能耗建筑施工控制

该项目为精装修交房，为避免交付使用后，用户装修开洞影响项目品质，被动式低能耗建筑对施工要求较高。下文列举两处施工要求：

案例一：管线穿墙部位。被动式低能耗建筑要求采用专用的密封胶圈，或者缠绕套管的密封胶带封堵管线穿气密层的部位；在内侧，密封胶圈或者缠绕套管的密封胶带，必须采用抹灰密封；在外侧，穿保温层的套管和管线，必须预压密封胶带缠绕，防止雨水渗漏；套管和管线周围的缝隙，采用矿棉封堵；房间内的插座，尽量使用保证气密性的专用插座。如果没有相关产品，就需要先用石膏腻子填充开口，然后再塞进插座，保证气密性。

从上述要求可知，穿孔越多，就越容易出现操作上的失误，破坏气密性，如图1所示。

图1 管线穿墙、设备嵌墙构造要求

案例二：施工要求保温材料双层错位敷设(2mm×50mm)，外侧的保温层要将窗框包覆在内，并卡进实墙开口内。预压密封胶带(海绵材质，深灰色)应粘贴在红色气密胶带上方。因为窗框和墙体之间的结合处必须严格密实填充，不能有缝隙。所以，窗户的尺寸最好在实际测量了窗洞开口后确定。此外，角铁下方，还应设置耐压的热隔断(比如 10mm 厚的硬橡胶垫)，如图2所示。

图2 项目外窗安装构造

由于被动式低能耗项目验收时需要进行气密性检测，控制每小时换气次数，因此，对施工有很高的精确度、复杂度要求，如图3所示。

图3 项目现场施工节点

综上所述，施工培训、理论讲解和指导是被动式低能耗项目不可或缺的因素，其中包含3个方面：

(1)理论讲座，使施工人员掌握被动式低能耗建筑的基本原理；

(2)施工培训，使施工技术人员及农民工掌握基本施工方法；

(3)德国专家对关键细节现场指点和对样板房的施工指导。

5 结语

经过对南安中节能·美景家园项目1#楼被动式低能耗建筑的建设过程的分析，可以发现，被动式低能耗建筑建设，应该因地制宜，从原理入手，对项目的设计、选材、施工各个环节做到全过程控制；把握细节，不因为材料价格、产地因素而降低项目的品质。在建设中进步，在建设中发现和解决问题，以使项目建设能为今后我国夏热冬暖地区被动式低能耗建筑的发展提供经验和借鉴。

[1] 程才实.试论“在水一方”中德合作被动式低能耗建筑示范的重要意义[J].北京：建筑科技, 2014.

[2] 张小玲.我国被动房屋的发展现状[J].北京：建设科技, 2015.

[3] 张小玲.被动式房屋的指标控制和计算方法[J].北京：住宅产业, 2014.