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1 前言 建筑节能对国家和社会的可持续发展起到至关重要的作用，也是实现国家能源安全的重要途径之一。国际上建筑领域节能技术起步早，已经从降低建筑能耗向被动式建筑、零能耗建筑，甚至产能建筑发展。提高建筑本体的性能，从需求侧举措使建筑本身对能耗的需求降到最低，并充分开发利用可再生能源，从而摆脱对传统化石能源的依赖，这些已经成为德国、丹麦、奥地利等建筑节能领先国家的节能减排重要手段。 在国内，随着经济发展和人们生活水平的提高，能源消耗、经济发展和气候环境之间的矛盾日益凸显。在此过程中，节能技术也开始发展和应用，提高能源利用效率和清洁能源开发。自2009年起，在住房城乡建设部建筑节能与科技司的指导下，住房和城乡建设部科技与产业化发展中心与德国能源署（dena）在中国推广建设“被动式低能耗建筑”。2011年6月，中国住房和城乡建设部和德国交通、建设和城市发展部签署了《关于建筑节能与低碳生态城市建设技术合作谅解备忘录》，进一步明确了发展被动式低能耗建筑以最大限度地降低建筑用能需求的合作重点。在中德双方技术人员的紧密合作下，从人员培训、方案设计、材料产品选择、施工工法到验收检测，全方位地探索适应中国当地条件下的建造被动式房屋的解决方案。 2 被动式建筑 被动房是将自然通风、自然采光、太阳能辐射和室内非供暖热源得热等各种被动式节能手段与建筑围护结构高效节能技术相结合建造而成的低能耗建筑。这种建筑在显著提高室内环境舒适性的同时，可大幅度减少建筑使用能耗，最大限度地降低对主动式机械采暖和制冷系统的依赖。被动式房屋不仅仅是建筑节能发展的必然趋势，而且应该是建筑发展的必然趋势。 被动房改造需要通过一系列被动式低能耗建筑的改造措施，包括：采用保温隔热性较高的非透明维护结构、保温隔热性能和气密性更高的外窗、无热桥的设计与施工、建筑整体的高气密性、高效新风热回收系统、建筑隔声、厨房补风排烟等。实现提高建筑舒适性的同时，保证建筑低能耗运行。 通过一系列改造措施，建筑室内环境和能耗指标必须达到德国能源署被动房认证指标，才可获得认证。室内环境参数和能耗指标如表1、表2所示。 表1 环境参数指标 表2 能耗指标 3 案例分析 苏州同里湖嘉苑由63栋联排别墅组成，位于同里综合能源服务中心项目的东北角。考虑到参观展示的方便性，拟将小区入口处的T-4N-②别墅（2号、3号、5号、6号房）作为改造对象，对整栋建筑进行被动房外立面改造，并选其中3号和5号房进行室内装修，作为本示范项目的体验民居。 3.1 技术方案 本项目被动房通过关键改造措施，包括：卓越的气密性、高性能外保温系统、高性能的外门窗系统、无热桥设计、高效热回收新风系统五大方面，实现被动房认证要求。 （1）整个围护结构采用烧结多孔砖；混凝土模板拉杆孔洞内注入发泡剂，并用泡沫棒塞满拉杆孔，内墙面孔位置抹膨胀水泥砂浆，内外刮抗裂砂浆并压入网格布；穿外墙各种管线均采取密封措施进行密封，电线管穿完电线后，将入户管内采用密封胶封堵，穿楼板、外墙、屋面的烟道、排水立管采取密封措施；门窗洞口、填充墙交接处采用专用密封胶带封堵；单元门及户门采用被动房屋专用密封保温门，门、窗与墙面连接固定需做防漏气密封处理，门、窗框用角钢安装在外墙上。 （2）外保温系统按照德国被动房技术要求，建筑外墙、屋面及地面的平均传热系数k≤0.15W/(m²·k)，应选用高性能保温材料。用清华dest软件计算结果：外墙均采用160mm厚保温板，屋顶采用180mm厚保温板，地下室底板板采用200mm保温材料。 （3）外窗是影响被动式建筑节能效果的关键部件，按照德国被动房技术要求，建筑外窗平均传热系数k≤0.9W/(m²·k)，且外窗应有良好的气密、水密及抗风压性能。外窗选用增强聚氨酯节能型材，整窗传热系数K≤0.9W/(m²·k)，且中空玻璃采用暖边隔条，通过改善玻璃边缘的传热状况提高整窗的保温性能。外窗采用窗框与结构外表面齐平的外挂安装方式，外窗与结构墙之间的缝隙采用耐久性好的密封材料密封严密。 （4）主要在建筑围护结构中保温层厚度不足的部位和管线穿外墙局部容易散热的一些部位，热量集中地从这些部位快速散失，形成了传热较多的桥梁，从而增大了建筑物的供热（制冷）负荷及能耗。被动式住宅在易产生热桥的位置，包括外墙与窗户结合处缝隙、雨水管、开敞外挑露台与建筑结构连接处、地上地下管道穿墙、穿屋面处，采用防热桥技术措施及特制的隔热构件。这些构件有利于避免热桥的产生，减少了建筑内部热量的散失，同时杜绝了由于热桥产生的结露问题。 （5）根据被动式建筑标准要求，新风换气热回收率要大于75%。与传统房屋相比，被动式建筑热需求极低，根据室内二氧化碳浓度自动调节输送新风，通风系统需设置热回收装置。根据以上要求，需给被动房屋配置一台带热回收的节能冷暖通风空调系统，每户配置两台专用设备。 热回收节能冷暖空调系统集成了新风、换气、热回收、制冷、制热全热回收功能。因此，该产品具有夏天空调制冷、冬季采暖和全年带热回收的新风换气功能。该产品制冷能效比达到2.8，制冷+制热水的综合能效比达到5.5。在冬季室外-10℃环境下，制热COP达到2.2上,功率为1007W。 3.2 结果分析 通过改造后，该建筑通过中德高能效建筑设计标准，终端能源需求量为39.65kWh/(m²·a)，一次能源需求总量118.95kWh/(m²·a)，二氧化碳排放量39.54kg/(m²·a)，可再生能源发电量19.92kWh/(m²·a)。维护结构和一次能源需求如表3、表4所示： 表3 维护结构性能参数 表4 一次能源需求数据 4 结论和启示 通过苏州同里湖嘉苑被动房改造认证项目，可以得到如下几点启示： （1）性能化设计，在改造设计阶段，根据建筑所在地理位置、气候环境，以及建筑设计规范和被动房要求，并通过专业化软件方法确定建筑屋顶/顶层楼板、外墙、地板保温层材料和厚度要求，外窗和外门的气密性和保温性参数，照明需求、通风与除湿需求、办公设备、生活热水制备等负荷需求，最终得到建筑一次能源需求总量。 （2）精细化施工，被动房关键节点包括：建筑整理卓越的气密性、高性能外保温系统、高性能外门窗系统、无热桥设计、高效热回收新风系统，要在各重要节点施工过程中保证施工质量，尤其是隐蔽工程，才能保证各系统的正常运行和使用。 （3）数字化管理，在被动房改造结束后，应对建筑全生命周期进行监测管理，包括建筑室内环境参数、热回收新风系统状态和保温系统性能等，实现建筑的健康、高效、低碳运行。 参考文献 [1] 奥理·塞佩宁. 欧洲建筑节能优化措施与政策 [J]. 暖通空调，2013，43（7）. [2] 张小玲.被动式房屋在中国的建设示范 [J]. 建设科技，2014（19）. [3] 陈剑锋. 能源转型：德国海德堡的被动式建筑 [N]. 东方早报，2014-1223. [4] European Council, European Council (23 and 24 October 2014)Conclusions, EUCO 169/14, Brussels, 24 October 2014. [5] European Commission, A Roadmap for moving to a competitive low carbon economy in 2050, Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions, Brussels, 8.3.2011. 作者 上海达实联欣科技发展有限公司 韩家祥 龚蓓蓓 刘家明 |
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