昌平沙岭新村农宅被动房示范项目能耗和费用分析

1 项目概况

昌平沙岭新村农宅被动房示范项目是我国寒冷地区第一个农宅被动式低能耗建筑示范项目（见图1）。项目位于北京市昌平区，共18栋36户，每户面积为200m²，一栋2户，每栋被动房处理面积为400m²，总建筑面积达7198.38m²。建筑共2层，首层层高3.3m，第二层层高3.0m，建筑高度为7.65m，建筑体形系数为0.46，建筑为框架结构。

图1 沙岭新村被动房农宅项目

该项目由住房和城乡建设部科技与产业化发展中心提供全面的被动房设计施工指导和技术方案的制定。该项目不仅在很大程度上体现了被动房农宅的节能效果，而且极大地提高了居住环境质量和舒适度。

该示范项目建设单位是北京长鑫建筑有限公司。项目建设得到被动式低能耗建筑产业技术创新战略联盟的大力支持，供应商如表1所示。

该示范项目气密性测试结果表明：在50帕压差下，其换气次数为0.49，符合被动房N50≤0.6的换气次数要求。

表1 参与建设单位供应商

2 建筑各系统主要技术措施

2.1 外墙外保温系统

该项目一层采用聚苯板外墙外保温系统，外墙采用2 5 0 mm厚石墨聚苯板带做保温层，石墨聚苯板导热系数为0.031W/(m·K)，墙体传热系数为0.123W/(m²·K)；二层采用40mm厚HVIP真空绝热板，保温板均是两层错缝铺设，并采用专用锚固件和专用抹面砂浆，铺压耐碱玻纤网格布和增强网加以防护配备系统必需的所有配件，如窗口连接线条、滴水线条、护角线条、伸缩缝线条、预压防水密封带，从而提高了外保温系统保温、防水和柔性连结的能力，保证了系统的耐久性、安全性和可靠性。

2.2 外门窗系统

外窗采用高效保温塑钢窗，整窗传热系数K为0.90W/(m²·K)，玻璃使用双Low-E中空充氩气的三玻两腔中空玻璃，玻璃结构为4+14(TPS)+4单银Low-E+14(TPS)+ 4单银Low-E，玻璃K值为0.71W/(m²·K)，得热系数g值为0.5。整个外门窗系统采用了无热桥构造系统安装，窗框2/3被包裹在保温层里，形成无热桥的构造，窗框与外墙连接处采用防水隔汽膜和防水透气膜组成的防水密封系统，应用了门窗连接线和成品滴水线条作为防水，窗台设计了金属窗台板，窗台板设有滴水线造型，既保护保温层不受紫外线照射老化，也能导流雨水，避免雨水对保温层的侵蚀破坏。

2.3 防水系统

底板和屋面均使用德国威达公司改性沥青防水卷材，底板保温层使用250mm厚XPS保温板，与地上保温连续，向下延伸至-1.00m处，地板传热系数为0.128W/(m²·K)，屋顶采用300m厚EPS保温材料，传热系数为0.107 W/(m²·K)。室5内侧和室外侧都使用防水卷材，并且两层防水卷材包裹保温材料后交圈连接。

2.4 新风系统和供暖系统

新风系统采用博乐环境系统（苏州）有限公司高效新风热回收设备，通过回收利用排风中的能量降低供暖制冷需求，实现超低能耗的目标，机组最大新风量为450m²/h，可实现按需分档控制，满足室内人员对新风量的需求。机组设置全热交换芯，显热交换效率85%。冬季采暖方式采用燃气壁挂炉加热地暖的方式供暖，壁挂炉配置温度控制器可以自主设定室内温度。

3 建筑主要参数

该项目建筑计算条件如表2所示。

表2 建筑计算条件

4 能耗计算结果分析

通过对项目建筑逐时热平衡能耗计算与分析，得出建筑能耗指标如表3所示。

如图2所示，通过能耗分析计算得出最大制冷负荷为20.92W/m²，其中由外墙屋面楼板传热、外窗传热、外窗辐射、人体、灯光照明、电热设备、新风建筑各组成部分构成总制冷负荷。经分析，其中外窗辐射值对整个制冷负荷影响最大，为14.61W/m²，占比70%（见表4），由此得出外窗和玻璃对整个建筑热负荷的影响很大。

图3为制冷期能量构成，计算得出总的制冷需求为22.18 kWh/(m²·a)，外窗辐射得热为13.55 kWh/(m²·a)，占比61%。

如图4所示，通过通风和外围护传热损失热量与内部热源得热量分析，计算得出冬季采暖期热负荷为14.36W/m²，其中外围护结构失热为14.51W/m²，占比最大，通风失热1.56W/m²（占比较小，新风系统主要使用热回收功能，损失热量较少），计算内部热源供热为1.71W/m²，见表6。

图5为采暖期能量构成图，通过计算得出总的制热需求为16.10kWh/(m²·a)，其中外窗传热失热为14.11kWh/(m²·a)，外墙传热失热为8.74kWh/(m²·a)，屋顶传热失热为5.37kWh/(m²·a)，地板失热为5.16kWh/(m²·a)，通风失热为3.45kWh/(m²·a)，见表7。通过计算数据，分析得出冬季热需求构成中，外维护结构传热因素影响较大，通风失热因素影响较小。

表3 建筑能耗指标表

表4 制冷负荷构成表

图2 夏季制冷负荷构成图

图3 制冷需求建筑各系统构成图

图4 热负荷构成分析图

图5 采暖期热需求构成图

表5 夏季冷需求建筑各系统能量得失参数表

表6 热负荷参数表

表7 冬季采暖期热需求各系统能量得失参数表

表8 冬季采暖期每天用电和燃气数及费用参数分析表

表9 非采暖期每天用电和燃气数及费用参数分析总表

5 各入住农户用电和燃气数据和费用分析

表8为各入住农户用电和燃气数据记录分析表，分析了各住户每天用电度数和费用及每天用燃气与费用分析，日期是2017年11月11日至2018年3月20日。红色列为各住户每天用电和燃气（包括采暖和炊事、生活热水用燃气）的费用，表中给出了平均每天电和燃气数及费用。表9为春夏季非制暖期（2018年3月20日至2018年8月25日）每天用电和燃气数及费用。表10给出了2018年1月26日至2019年1月26日年用电和燃气数及费用。

以1号和12号农户为例，分析得出住户冬季采暖用燃气数和费用。如1号住户，表10中给出2018年1月26日至2019年1月26日一年间用燃气总数为757m³，其中由表9中非采暖期每天平均燃气数为0.71m³，计算得出一年由非采暖消耗的燃气数为0.71×365=259.15m³，所以采暖用燃气数为757-259.15=497.85m³，采暖用燃气费用为497.85×2.28=1135元/年。对于12号农户，用同样的计算方法，得出年采暖用燃气数为578.2m³，年采暖用燃气费用为1318元/年。表11分析了1号和12号住户的采暖用燃气数和费用。

以1号住户情况的室内环境和能耗调查数据为例，表12至表14为其记录表和室内环境调查表。记录表记录了房主以前住房和用能情况（表12），家用电器情况（表13），以及室内环境和用电、燃气调查情况（表14），其中包括温度、湿度、CO₂、Pm2.5、VOC、电表数、燃气表数、人数，是否洗澡，新风是否开启，控制温度等。农户每天填写记录表，其中截取了冬天采暖期的一周内每天用电数和燃气数分析，见表5和表16。通过记录表分析出冬天室内温度能保持在20℃~21℃，湿度在50%~60%，CO2浓度≤1000，Pm².5处于1~100，VOC处于优良状态。实际记录证明冬天的室内环境处于优化和舒适的状态。

表10 年用电和燃气总数与每天用电和燃气数及费用参数表

表11 采暖用燃气数和费用分析表

表12 1 号被动房农宅示范项目住户房主以前住房和用能情况（住小楼）

表13 1 号住户家用电器使用情况

表14 昌平区延寿镇沙岭村超低能耗农宅项目室内环境及用电和燃气调查表

表15 冬季2017 年12 月19 日至12 月25 日一周内用天然气量情况

表16 冬季2017 年12 月19 日至12 月25 日一周内用电量情况

6 总结

该农宅被动房示范项目通过采用被动式先进技术设计，结合对被动式农宅能耗计算和分析，得出农宅优化设计方案。通过农户入住后的体验和实际耗电与消耗燃气记录分析，同时分析了采暖用燃气的消耗量和费用，证明被动式农宅无论从室内环境、节能和费用都达到了很好的效果。农村住宅室内环境的突出问题是冬季室内温度较低，农村住宅以独立式单体建筑为主，体型系数较大，再加上保温普遍不良及采暖方式落后，造成大量农宅能耗大且室温低，也成为家庭经济负担。在农村地区建造被动式超低能耗住宅，或将现有农宅改造成被动式超低能耗建筑，可以妥善解决农村过冬难等问题。

被动式低能耗建筑从材料和构造上对整体建筑质量有多方面的保障措施；经过严格的冷凝防潮测算，必须采用系统供应商提供的配套完整的、相容性良好的外墙外保温系统。以上保障措施使房屋内部结构受到了较好的保护，免受风雨侵蚀，且建筑结构基本上全年处于20℃~26℃，从而大大延长房屋使用寿命，大大减少翻修等问题。这样既减少了资源的浪费，也减轻了农民翻新房子的负担，还提高了农民的生活质量。

作者

北京康居认证中心  高庆

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