济南汉峪海风·海德堡被动式超低能耗绿色建筑示范项目实践研究

1 项目概况

济南汉峪海风·海德堡被动式超低能耗绿色建筑社区总建筑面积 10.8 万㎡，先后被列为山东省被动式超低能耗绿色建筑示范工程和山东省新旧动能转换示范项目， 2016 年 12 月施工图纸通过山东省住建厅组织的专家审查。社区 7 栋高层住宅楼是山东省体量最大的被动式超低能耗绿色建筑。图 1 所示是济南汉峪海风 A3 地块鸟瞰图。

图 1 济南汉峪海风 A3 地块鸟瞰图

本示范项目主要技术特征为：保温隔热性能更高的非透明围护结构；保温隔热性能和气密性能更高的外窗；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；充分利用可再生能源。建筑物全年供暖供冷需求显著降低，建筑节能率达到 90% 以上。

2 “被动式房屋”显著特点

“被动式房屋”是德国物理学教授沃尔夫冈 - 费斯特在 19 世纪 80 年代末经过大量的计算和科学的论证提出的一种新型节能房屋的理论。其特点是在建筑增量成本合理的前提下，让建筑物能同时达到极低的能源消耗和极佳的室内微气候环境。

3 被动式建筑技术指标

被动式超低能耗居住建筑区别于中国传统的建筑节能设计，它是以能耗为目标导向的性能化设计，通过各项技术指标分析，构造最佳的建筑围护结构，使建筑热传导损失和通风设备热损失最小化，再加上适合的热回收装置，取消传统的供暖系统，其各项指标均优于目前国内节能建筑的标准。本示范项目均按照《山东省被动式超低能耗居住建筑设计标准》（能耗指标及气密性指标见表 1）进行性能化设计。

表 1 被动式超低能耗居住建筑的能耗指标及气密性指标

山东省被动式超低能耗居住建筑室内环境参数见表2。

表 2 被动式超低能耗居住建筑室内环境参数

4 模拟计算

本文的介绍以示范项目 22 号楼为样板楼，其地上17 层，地下二层，剪力墙结构，建筑面积为 6655.8 ㎡，建筑高度 5.55 米，建筑规整紧凑，体形系数为 0.23。模拟面积为使用面积，且不包括地下室，模拟面积为4582,25 ㎡，其中空调面积为 3879 ㎡，非空调面积为703.13 ㎡。

4.1 围护结构各项性能参数（见表 3）

表 3 22 号楼围护结构各项性能参数

4.2 模拟软件模拟计算结果

本项目位于山东省济南市，气候子区为寒冷 B 区。现选取济南地区典型气象年逐时气象参数用于项目冷热负荷及其能耗模拟计算。利用 Design Builder 建筑模拟软件，可实现对建筑室内环境的全年 8760 小时的能耗模拟计算，为了使计算结果更加精确，软件充分考虑了围护结构材料对温度波的衰减和延迟。

通过以上性能参数模拟分析计算样板楼 22 号楼，项目建筑负荷及累计需求结果见表 4：

表 4 22 号楼建筑累计需求结果汇总表

模拟结果年供冷需求超过《山东省被动式超低能耗居住建筑设计标准》25 kWh/m²·a 的限值，可以增加活动的外遮阳避免夏季太阳热辐射直接进入室内，降低供冷需求。但碍于业主的生活习惯，居住建筑活动外遮阳的利用率很小，对降低供冷需求效果不是很明显，而且对于居住建筑外遮阳增量成本高，考虑投资回报率很低，最后本项目没有采用活动外遮阳。

5 被动式建筑技术主要施工做法的实践研究

5.1 围护结构外墙保温施工做法

本工程围护结构外墙采用薄抹灰外墙保温系统，该系统对主体结构的基层平整度要求比较严格，为了保证更高的施工质量，建筑模板选用铝合金膜板系统。围护结构保温选用性能更高的石墨聚苯乙烯保温板。围护结构保温分双层错缝粘贴，采用专用的断热桥锚固件，保温层应连续完整，严禁出现结构性热桥。图 2 是外墙防热桥锚栓，图 3 是外墙保温做法。

图 2 外墙防热桥锚栓

图 3 外墙保温做法

5.2 围护结构外窗安装做法

如图 4 所示，区别普通节能建筑，本项目外窗在主体结构外侧，安装在外保温构造层中，采用专用角钢构件连接，需在角钢与结构墙体连接处增加隔热处理，这种安装形式更利于减少建筑的热损失。外窗与主体结构连接处内外侧分别粘贴防水隔汽膜和防水透汽膜，形成连续完整的气密层。外窗选用双 Low-E 三玻双中空玻璃和高隔热铝包木型材，玻璃采用暖边间隔条，整窗 U值 ≤0.8W/( ㎡·k)，且整窗的耐火完整性不应小于 0.5 小时（如图 5、图 6 所示）。

图 4 外窗安装施工做法

图 5 户门内外侧防水雨布施工做法

图 6 外窗台板施工做法

5.3 无热桥技术措施

被动式建筑设计中，应严格控制热桥的产生，对建筑外围护结构进行无热桥设计，如图 7 所示，在易产生热桥的位置（如：建筑构件之间、各种外墙管道）采用了特制的隔热构件，穿外墙预留套管与管道间隙用保温材料填塞，户内插座和开关均预留在户内墙体中，这些措施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（如图8所示）。

图 7 室外空调专用断热构件

图 8 出屋面厨房烟道施工

5.4 围护结构气密性处理

本项目建筑围护结构气密层是以户为单位，气密层连续包围整个外围护结构内侧，建筑竣工后必须经过鼓风门进行气密性测试，测试标准为 N50≤0.6/h。建筑围护结构的气密性是实现被动式超低能耗建筑非常重要的环节，良好的气密性是减少建筑热损失的途径，同时减少室内噪音和室内的空气污染，提升室内环境的生活品质。

被动房屋围护结构气密性主要做法：

（1）建筑除选用气密性能更高的门窗外，在安装时与墙体交接处同时也采用气密性薄膜和膨胀密封胶条组成的密封系统密封处理；

（2）穿外墙和楼板各种管线、屋面的排风烟道和排水立管做好保温的同时，也需要气密性薄膜做好封堵，增加建筑户内的气密性；

（3）户内电线管、电线盒安装在混凝土墙里，将电线管穿完电线后，电线管内采用专用密封胶封堵；如遇到电线管、电线盒在砌块墙体上时，电线盒背面与洞口应用石膏严密封堵，待电线管穿完电线后，管内也应采用专用密封胶封堵（如图 9 所示）；

图 9 室内穿外墙风道、管道密封做法示意图

5.5 高效新风热回收系统

本项目设备集新风、制冷、制热、除湿、空气净化功能于一体，热回收效率达到 75% 以上，设备与室内风管连接后成为一个室内空气处理系统，提供洁净、舒适的室内居住环境，满足人们的需求。由于厨房油烟机的体积流量远大于普通送风，需要在厨房内单独增加补风设备，避免在室内产生负压。为保证所有房间能得到充分的通风，内门与地面之间应预留20mm的回风间隙。

6 可再生能源利用

为了充分利用太阳能资源，本项目屋面设置分布式太阳能光伏发电系统，利用光伏电站系统提供公共空间日常用电，补偿因不能设置太阳能热水器而增加的能源消耗，以达到整个小区绿色节能的目标。分布式光伏电站每年发电大约 273021kWh，光伏发电与太阳能热水节约的电能比达到 83%, 基本达到了太阳能资源充分利用的效果。生活热水方面采用了燃气热水器。

7 综合监测系统

本项目针对被动式建筑特点制定了全方位综合监测系统，包括室内外环境与空气质量、围护结构热工、建筑用电量监测等，采用物联网平台，构建一个远程的综合监测与展示网。平台可显示温度、湿度、PM2.5、VOC、二氧化碳等热舒适度指标等基本参数。

8 与山东现行 75% 节能建筑工程投资比较分析

通过国内近几年不断研究与实践，被动式超低能耗建筑已经形成比较成熟的设计、建造和评价体系。大量建成项目的效果证明被动式超低能耗建筑有很好的发展前景。

22 号楼被动式建筑投资总成本与山东现行 75% 节能住宅成本对比分析见表 5：

表 5 被动式建筑投资与山东现行节能住宅成本对比