被动房技术材料
时间:2016-08-31 11:51:09    来源:
  被动房在国内建筑节能领域还是一个较新的课题,在2013年11月举办的江苏省第六届绿色建筑论坛上,我们首次接触到这一概念。为学习收集最新理念和技术,我们组织园区相关管理部门以及区内主要建设、设计单位分别赴河北秦皇岛(寒冷地区)和浙江湖州(夏热冬冷地区)进行了实地考察,并对在园区的推广前景进行深入思考,现将相关情况整理如下,以供参考。
  一、 被动房的概念及技术要点
  1、被动房的概念
  被动房的概念产生于1988年,最早的研究与实践始于德国,是指不通过传统的采暖方式和主动的空调形式来实现舒适的冬季和夏季室内环境的建筑。比起能耗低但室内舒适度较差的传统建筑和室内足够舒适但能耗非常高的高端建筑,被动房的最大特点在于实现高品质居住环境下的低能耗。据测算,在严寒和寒冷地区,被动房屋冬季采暖能耗是普通节能建筑的1/10~1/4;若折算成国内标准,建筑节能率约为92%。(目前江苏省要求居住建筑节能率为50%,正在拟定65%的标准,预计今年颁布执行)
  被动房通过采用先进节能设计理念和施工技术使建筑围护结构达到最优化,极大限度地提高建筑的保温、隔热和气密性能,并通过新风系统的高效热(冷)回收装置将室内废气中的热(冷)量回收利用,从而显著降低建筑的采暖和制冷需求。在此基础上,被动房还通过有效地利用自然通风、自然采光、太阳辐射等来实现舒适的室内温度、湿度和采光环境,最大限度降低对主动式机械采暖或制冷系统的依赖。
  2、被动房的技术标准
  当前我国的被动房项目是由德国能源署与住建部科技中心共同开展认证,主要技术标准包括技术指标和设计标准两个层次。其中,技术指标是被动房的判定依据,也是被动房的建设目标;而设计标准是为确保建成后的房屋满足技术指标的要求而设定的设计依据。具体如下:
  (1)技术指标
  技术指标包括能耗指标和舒适性指标两个方面。
  在能耗指标方面,被动房标准和国内建筑节能65%标准对比如下表所示:
  在舒适性指标方面,被动房具体要求如下表所示:
  (2)设计标准
  目前国内尚无被动房设计标准,因此沿用了德国的设计标准。而德国气候条件与我国华北地区类似,冬季室内外温差较大,约在30℃左右;为达到采暖能耗不超过15kwh/m2、总能耗不超过120kwh/m2的能耗指标,需要设定很高的设计标准,如外墙及屋面的传热系数要在0.15W/(m2•K)以下,外窗传热系数要在0.8 W/(m2•K)以下。具体如下表所示:
  注:传热系数方面,德国的U值近似于我国采用的K值,可以互换。
  1、被动房的主要技术措施
  为达到被动房设计标准的要求,重点是在保温性、气密性、新风及热回收三个方面采取必要的技术措施:
  (1)保温性
  围护体系的保温性能是被动房设计和建造中最重要的技术措施。建筑外墙和屋面是围护体系主体,当围护结构的保温层达到一定厚度时,房屋通过外围护结构损失的能量达到最低。在冬季可以凭借房屋自然得热维持室内在20℃以上;在夏季足以抵抗太阳辐射传到室内。在已建成的被动房项目中,保温材料通常在200mm以上,防火等级B1以上,方能确保外墙及屋面的传热系数达到0.15W/(m2·K)以下。
  外窗的保温性能对玻璃和窗框提出了很高的要求,在江苏省住建厅新颁布的《居住建筑标准化外窗系统应用技术规程》中,对整窗(双层中空玻璃加断桥铝合金窗框)传热系数的要求是不超过2.4W/(m2·K),这与被动房外窗传热系数不超过0.8W/( m2·K)的要求相去甚远。为达到这一要求,被动房外窗通常采用3 层LOW-E玻璃,玻璃间充惰性气体(氩气或氪气),配合带保温夹层的窗框;外窗进行外挂式固定,窗框边缘嵌在外保温层内。
  在围护结构的阻热性能明显提高以后,“热桥/冷桥注1”就成为影响围护体系保温效果的重要因素。在现有建筑节能设计中,热桥本身已经成为一个被关注的问题,但是远没有在被动房设计中那样尽可能的被避免。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。不仅对外墙联结锚栓有阻断桥处理,管道穿外墙部位做好保温填堵,甚至外挑阳台板都要做到热桥最小化。
  (2)气密性
  气密性注2能对于被动房非常重要,它的密闭性除了可以降低热量损失以外,还可以控制室内环境的湿度和保护建筑结构;并能显著降低通过管网和辅助通道的声音传递,从而有效降噪。在被动房标准中有一条不做严格要求但是推荐采用的指标,就是在建筑的气密性测试中,要求在室内外50Pa压力差的情况下,每小时的空气渗透量不能超过建筑总容积的60%,在欧洲各国的现有建筑中,这一指标通常在200%-400%之间。
  为实现气密性要求,一方面是构建连续完整的外围护结构气密层,10cm以上的混凝土层或PE薄膜等致密性较好的材料均可做为气密层,不同材料构成的气密层连接处必须妥善处理以保证气密层的完整性;另一方面要做好各种管道间隙的封堵。
  (3)新风及热回收
  当建筑的气密性能大大提高以后,适宜的通风换气方式对于被动房就尤为重要了,要保持室内空气的清洁与健康,必须要满足一定的新风量。在现有建筑中,开启窗户和门窗缝隙的渗透是实现建筑冬季换气的常用方式,但这样无疑会带来大量的热量损失。在被动房中,这一换气指标则完全通过机械通风的方式来完成,室内污浊的空气从厨房和卫生间的排风口排入风管中,新鲜空气则从起居室和卧室的送风口中进入房间;在排风和送风过程中,把建筑排风中的热量回收,用以预热室外的新鲜空气并送入室内是被动房关键技术之一。被动房使用的热交换器的热回收效率可以达到75%以上,能有效避免通风换气损失的热量;在新风的处理过程中,还可以过滤室外空气的尘土,控制空气的湿度,大幅提高空气质量,在雾霾较多的环境下更有优势。
  一、 实际案例分析
  1、国内首批被动房示范项目——秦皇岛“在水一方”
  (1) 项目概况
  秦皇岛“在水一方”住宅小区是住建部确定的首批中德被动式低能耗房屋示范项目,小区的C12、C13、C14、C15号楼四栋房屋作为首批按德国标准建造的被动式房屋示范,由德国能源署负责安排德国专家提供设计咨询、施工质量控制、竣工检测及能效认证的指导。这四栋示范工程总建筑面积2.8万m2,于2012年3月正式开工,2013年11月C13、C14、C15三栋示范工程完工并通过德国能源署和住建部科技中心联合组织的验收。项目同时也列入国家发改委煤炭、电力、建筑、建材行业低碳技术创新及产业化示范工程项目,并获得3000万元的国家补助资金。
  (2)主要技术措施
  项目设计中采用的主要节能技术措施及性能指标如下表所示:
  (1)项目实际效果
  根据现场观摩的直观感受:当天秦皇岛地区室外温度为-9℃~-12℃,在无任何市政或机械供暖的情况下(示范小区未铺设市政供暖管网,各户也不设置供暖设备),室内温度已在20℃以上。
  根据德国能源署与住建部科技中心的现场实测结果,该项目实际能耗及室内环境数据如下表所示:
  折算后实际节能效果与建筑节能率65%的房屋相比如下表所示:
  (1)增量投资
  据测算,该被动房较65%节能房屋多投入627.8元/㎡(详见下表),但可节省的投资285.5元/㎡,具体包括:热计量表相关费用折合约38.2元/㎡;用户节约空调机费用折合200元/㎡;节约管道井面积折合47.3元/㎡。因此实际增量投资约为350元/㎡;该项目由于具有试点意义,部分材料采用德国进口,如用国产材料,还可降低100~200元。
  1、夏热冬冷地区首个被动房——湖州布鲁克项目
  (1) 项目概况
  湖州布鲁克项目由朗诗集团与德国被动房研究所、德国能源署合作建设,是国内在夏热冬冷地区设计、建造的第一个被动房项目。项目位于湖州长兴朗诗绿色建筑研发基地,作为基地日常住宿接待用房,建筑面积约2500㎡。目前已基本建成。
  (2)主要技术措施
  被动房起源于欧洲中部地区,当地的气候条件与秦皇岛、营口等北方寒冷地区很相似,冬季供暖是房屋的主要能耗,因此被动房设计时考虑留住室内热量即可。而浙江湖州与苏州类似,均属于夏热冬冷地区,与德国气候条件迥异,冬季要考虑采暖、保温以及充足的阳光照射;夏季却要制冷、散热并防止阳光照入室内。因此,朗诗在设计布鲁克项目时,结合项目所处地区的气候特点,主要采用了以下技术措施:
  一是在围护结构方面严格执行德国被动房的要求,如外保温是250mm厚的B1级聚苯板加岩棉防火带。确保屋顶传热系数≤0.1 W/m²K,外墙≤0.15 W/m²K,窗≤0.8 W/m²K,无热桥,气密性在50帕气压差下的渗透率η≤0.6次/小时。
  二是结合夏热冬冷地区冬季需要日照,夏季却要防止热晒的要求,设计了特别的固定遮阳,基本保证制冷季节没有阳光射入室内,而采暖季能获得一定日照。
  三是采用带热回收(热回收率75%)的中央新风系统将经过处理的新风送到每个房间。由于夏热冬冷地区夏季空调制冷负荷很大且有除湿要求,每个房间还设置了一个辅助的小型风机盘管调节温度和湿度。
  (1) 增量投资
  该项目的定位是要在夏热冬冷地区做被动房的全方位试验,具有较高的超前性与先进性,各项技术措施均采用较高标准:仅窗户成本每平米就接近4000元;设计了太阳能热水系统供应生活热水;为满足夏季高峰时的制冷及除湿要求,除了带热回收的中央新风系统以外还采用了干式风机盘管。此外,该项目还要同时取得中国绿建三星、德国DGNB、美国LEED三种认证,因此最终增量成本预计将超过1000元/m²,远超一般的被动房和绿色建筑。
  1、夏热冬冷地区被动房标准的改进建议
  在对上述两个项目进行实地考察的基础上,园区相关专业人员以夏热冬冷地区居住建筑为研究对象进行了分析评估。初步测算结果表明:当前被动房的设计标准是以德国气候条件为基础建立的,考虑到气候条件的差异和生活习惯的不同,如对以下几方面标准进行适当调整,可以在基本符合被动房技术指标的同时大幅降低增量投资,从而便于在夏热冬冷地区全面推广:
  (1) 室内舒适标准
  如将被动房夏季温度≤26℃,湿度≤65%的室内标准调整为温度≤28℃,湿度≤70%,仍能适合大部分人的居住生活习惯却能减少15%的空调能耗,以及约1/3的围护结构能耗;如将冬季室内温度≥20℃,湿度≥40%的标准降低为温度≥18℃,湿度≥30%,由于被动房的蓄热能力和热惰性以及室内人的活动和电器发热等,除个别极端寒冷天气,绝大部分采暖日已经不需要附加采暖,从而大幅降低设备投入及使用能耗。
  (2)围护结构热工指标
  为实现供热能耗需求量≤15KW.h/(m2.a),最大采暖负荷≤10W /m2的能耗指标,被动房的围护结构要求比普通节能建筑高出很多,是最主要的增量成本。如外墙及屋面的传热系数要在0.15W/(m2•K)以下,外窗传热系数要在0.8 W/(m2•K)以下,而传热系数标准的设定与冬季室内外温差直接相关,苏州地区冬季室内外温差在20℃左右,约是德国的2/3,如将这些限值分别放宽为外墙及屋面的传热系数在0.20W/(m2•K)以下,外窗传热系数在1.2 W/(m2•K)以下,预计仍基本能满足能耗指标的要求,但采购价可降低50%。
  (3) 围护结构气密性指标
  因为室内外温湿度的差异,微小的空气渗漏也会造成热量和水汽的交换,这些无处不在的微小损耗持续累加起来虽然不大,但对节能要求特别高的被动房也须加以限制,因此被动房设定了η50≤0.6次/h的气密性指标。由于气密性指标也与冬季室内外计算温差直接相关,并且在夏热冬冷地区气密性不是越高越好,若提高到η50≤0.9~1.0次/h,同样基本能满足能耗指标的要求,但对节点细部的施工要求却降低不少,建筑设计的灵活性也有所增加。
  经测算,降低以上三个方面的标准后,相对于普通建筑,被动房直接增量成本约为500元/m2,但被动房具有高度舒适性,相当于安装了中央空调和洁净新风系统,考虑到暖通设备的投入,被动房与全空调带新风系统的普通建筑基本持平。而被动房日常的使用成本是普通全空调带新风系统的1/5~1/10,每平米每年可以节约费用数十到上百元,具有很好的吸引力。而且技术虽然简化不多,却可以使材料采购更加灵活,国产化程度更高,施工方式和质量验收更易普及,从而产生更大的社会覆盖面,有助于被动房的推广。
  一、 发展被动房的积极意义
  与传统节能建筑相比,发展被动房具有以下几方面的积极意义:
  1、 大大缓解决能源和温室气体减排压力
  被动房能耗仅为普通节能建筑的1/10~1/4,以北方采暖地区估算,如将新建居住建筑建成被动房,可以在2050年时累计节省34亿吨标煤,并将每年采暖能耗增量控制在100万吨以内。
  2、 全面提升建筑质量
  被动房可以提供更高的居住品质,室内温度一年四季保持在18℃~24℃,房间全年有新鲜空气,不潮湿,无霉菌,有效改善空气质量和生态环境;而且由于被动房施工中非常强调气密、保温等施工细节,还可以改善粗放式施工,对于工程质量也有促进作用。
  3、促进节能产业升级
  符合被动房标准的外窗、滴水线条、护角胶条等构配件由于技术要求较高且应用不多,国内很少生产主要从国外进口,如能大面推广被动房,对国内建材产业的升级有很大帮助。
  4、有助于解决南方集中供暖问题
  随着人们生活水平的提高,对于长江流域集中供暖的呼声越来越多,但是受限于我国能源供给能力以及供热管网尚未构建等因素,短期内难以实现,若采用被动房,则无需考虑集中供暖问题(秦皇岛“在水一方”住宅小区未铺设供热管道,户内不设置供暖设备)。
  二、 在园区发展被动房的思考与建议
  1、国内被动房发展趋势
  由于被动房兼具建筑品质和节能减排两方面的重要意义,得到了有关领导的高度重视,住建部姜伟新部长先后四次到秦皇岛检查、指导“在水一方”被动房项目。全国各地也纷纷开展被动房建设的初步尝试,自2011年被动房引入国内以来,不到三年的时间内,已完成新建项目2处,进行项目设计施工近20处,分布黑龙江、河北、福建、新疆、山东等多个省份,在全国形成“抢占先机”的竞争格局。
  2、 园区被动房发展定位及建议
  据了解,目前江苏省内尚无具有示范意义的被动房项目,而园区一直以来在建筑节能与绿色建筑领域走在全省乃至全国前列,无论是各级领导重视程度还是建设、设计单位相关人员专业水平均在省内领先,具备率先在全省开展被动房建设的基础条件。
  在具体操作方面,可以由在建筑节能与绿色建筑方面具有较高积极性的房产开发企业负责具体实施,选取小规模的高品质全装修住宅项目作为被动房示范项目;在政策扶持方面,可以通过省住建厅与德国被动房研究所、德国能源署开展三方合作,以便在政策、资金、技术等方面争取更多支持;在实施定位方面,通过示范项目的建设实践,摸索出与经济发展水平及气候特点相适应,兼具先进性、经济性与可操作性、可推广性的被动房建设经验,并为将来江苏省制定符合省情的被动房设计规范提供客观依据。
鲁ICP备16035780号-1   © 2016-2017 版权所有