案例|被动式居住建筑实现节能85%的设计方案

黄榕汀

中土集团福州勘察设计研究院有限公司

1  工程案例

    某住宅工程由4栋43层住宅建筑和2栋3层商业建筑组成，2层地下室，总建筑面积200247.44m²  。工程采用商品混凝土施工；填充墙采用加气混凝土砌块；地下车库、机房为细石混凝土地面，其余为水泥砂浆地面。内墙面中，地下车库、机房、楼梯间为乳胶漆墙面，其余为水泥砂浆墙面。天棚中，地下车库、机房、楼梯间、阳台为乳胶漆天棚，其余为水泥砂浆天棚。外墙为面砖、涂料。地产公司在建设该住宅区时采取被动式建造技术，最终实现建筑物节能85%的设计要求。从建筑方案、节能技术设计到最终的节能建筑运营管理，都进行了明确规定，有关该项目被动式低能耗居住建筑室内环境舒适性指标见表1。

表1     某项目被动式低能耗居住建筑室内环境舒适性指标

2    被动式超低能耗绿色建筑节能技术

2.1  新风换气系统

2.1.1  新风置换技术

    该工程项目采用新风置换机组，利用负压原理将空气中的污染物过滤，以保障室内空气健康、清新，免受雾霾及其他不良天气影响。为促使室内空气达到最佳效果，需要根据项目实际情况，每层设置1台800~1200m³ /h的变频新风机。将二氧化碳浓度传感器、静压箱传感器与新风机设备相结合，新风系统可以根据建筑物内部环境随时调节送风量，保障室内相对湿度维持在40%~60%。此外，技术人员还需要在通风口设置调节阀，用户可以在后期结合自身需求对其进行调节，做到高效率、低能耗。为对新风进行提前处理，降低新风系统的运行负荷，需提前在建筑物周边地下铺设HDPE（HighDensityPolyethylene，高密度聚乙烯）管，管内风速不得高于2.5m/s。通过预处理后的新风系统能耗能够得到有效降低，并且实现了约 5 ℃的温升与温降，解决了冬季严寒时期的防冻问题。

2.1.2  新风热回收

    在新风循环置换过程中，通过在系统中设置全热回收装置，能够利用排风中的低品位能量减少供暖、制冷过程中产生的能耗。相关数据显示，在该项目中，该设置能促使冬季排风全热回收效率达到  70%以上，夏季达到  80%以上。全热回收装置能够在减少新风系统运行负荷的同时，降低主机运行费用。此外，在机组侧方还设置有控温装置，能够根据需求在10~20   ℃范围内调节送风温度，最终达到降耗、节能目的。

2.2  太阳能空调系统

    将太阳能空调系统作为该建筑项目的冷热源，能够为建筑物制冷、供暖以及热水供应提供保障，降低主动能源能量的输入。根据该系统应用情况来看，其用电量与5匹（制冷量约12.5kW）空调运行1a的耗电量相同，有效降低了建筑使用过程中的电量损耗。在夏季，该系统主要通过光热转换驱动太阳能吸收式制冷剂实现制冷，根据其运行情况来看，每次能源消耗量与制冷量相比为1.08~1.1。由此可见，只要依赖自然资源，该设备便能满足建筑物内部空间制冷需求，减少建筑物夏季运行电量消耗。在冬季，通过在屋面设置横制式热管型集热器为建筑物内部供暖，能够解决传统集热器在应用过程中效率不高的问题，将其瞬时效率提高到0.78以上，低辐射量时也可以在短时间内启动。但需注意的是，太阳能空调在全国范围内的应用还存在一定的局限性，因为集热器内部核心构件价格较高，再加上集热器采光面积与建筑物面积间配比受限，导致该技术难以实现全面推广。

2.3 外围护保温隔热系统

2.3.1  外墙保温层

    在被动式超低能耗绿色建筑中，外墙保温层作为外围护保温隔热系统的重要构成，能够在很大程度上减轻建筑物制冷、供暖设备的工作负荷。工作人员在外墙保温层施工过程中，需掌握各种保温材料的数据指标，以便选择经济效益最高的外墙保温材料。常见的保温材料有聚氨酯、酚醛板、挤塑聚苯板、真金板、泡沫玻璃以及发泡水泥板等。在该项目中，考虑到建筑物各部位保温需求不同，在不同部位采用不同材料。此外，保温效果还与保温材料的铺设厚度有关，综合各方因素考虑，不同部位保温层的常用材料特性见表2。

表2     不同部位保温层常用材料特性

    为避免各类型保温材料在使用过程中板块缝隙出现热桥现象，在铺设过程中采取双层板错开1/2板缝粘贴方式，将板块阴阳角错茬处理。完成上述工作后，将耐碱玻璃纤维网格布粘挂于建筑结构外侧，避免各保温材料板块间出现热桥、冷桥现象，以减少裂缝现象的产生。

2.3.2 高效节能窗

    门窗是影响建筑物节能效果的主要部件。要减少门窗玻璃损失的热能，需通过改变玻璃生产的原材料或提高玻璃生产工艺，通过改变其物理性能的方式达到高效节能目的。在该工程中，通过应用白玻、热反射玻璃与Low-E玻璃可知，Low-E玻璃传热系数与遮阳系数较低。这一现象说明Low-E玻璃在保证透光率的同时节能效果也较好。这是因为Low-E 玻璃能够将太阳光过滤为冷光源，起到隔热作用，在冬季，因其传热系数低，能够减少热量向外扩散，达到保温目的。

2.4  自然采光系统

2.4.1  光导管采光系统

    根据光导管采光系统的应用情况来看，通过室外采光装置能够有效利用太阳光，而经导光装置强化后，能够利用漫射器将其散射于室内。根据应用情况，该系统采用率、透光率都能达到90%以上，有关导光管内部反光率能达到99.8%。无论是晴朗天气还是阴雨天气，都能保障导入室内的光线十分充足。在项目中，目前该系统应用于2栋3层建筑中，因系统本身构造较为复杂，成本较高，不适宜应用于高层住宅中。

2.4.2采光井

    为提高地下室利用率，该项目采光窗外设置有采光井。采光井侧墙全部使用钢筋混凝土板墙搭建，窗台下方的底板、墙体全部进行防水处理，并且在窗井外部地面做了1.2m散水，散水、墙体间应用密封材料进行处理，防水的同时杜绝热桥现象。本项目总共设置38扇天井窗口，窗户类型为可开合式三玻两腔窗，窗体外框采用塑钢材料，腔体中有1层中空、1层真空，中空中使用氩气填充，使其在保障采光率的同时又有隔热保温功能。天井窗口可以与地下光导管采光系统相互配合，为地下空间提供照明。在白天，由于该窗口的设置地下空间无须主动供电辅助照明，达到了绿色节能效果，有效改善了地下室光环境。

3 应用效果

    由表3可知，在该建筑物运行过程中，一次性能源需求较低，低于GB50189—2015《公共建筑节能设计标准》中的能效指标要求。在保障建筑物室内温度为25℃的情况下，二氧化碳排放量也不高。与传统住宅、商业楼相比，从外围护结构来看，保温隔热性较高，从新风系统的应用来看，实现了高效热回收，满足建筑物采暖、制冷需求的同时，降低了对主动能源的输入依赖。此外，通过合理运用自然光，满足室内采光的同时，有助于营造良好的室内温度及湿度，提高建筑物的使用舒

表3     项目能效指标与碳排放情况

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本文摘自《工程建设与设计》2022年(06)期：《被动式超低能耗绿色建筑节能系统与技术应用探究》