河北涿州新華幕墻公司被動式辦公樓

大衛(wèi) · 米庫萊柯 / Dawid Michulec

譯_董小海 / Translated by DOGN Xiaohai

校_戴書健 / Proofread by DAI Shujian

河北涿州新華幕墻公司被動式辦公樓

大衛(wèi) · 米庫萊柯 / Dawid Michulec

譯_董小海 / Translated by DOGN Xiaohai

校_戴書健 / Proofread by DAI Shujian

“河北新華幕墻有限公司辦公樓”的實施是由中國本土設(shè)計與施工單位完成的，盡可能地采用了中國國內(nèi)的建筑材料以及相關(guān)產(chǎn)品。該項目獲得了德國被動房研究所的認證，并被中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部評選為被動式房屋示范項目。從該項目所在地的氣候分析入手，本文對河北新華幕墻有限公司辦公樓建設(shè)過程中遇到的問題及解決辦法，工程中所運用到的設(shè)備安裝和使用情況進行了詳盡的闡述分析，以期為后續(xù)同類項目提供參考。

被動式建筑 氣候數(shù)據(jù)分析 供冷與供暖 新風(fēng)系統(tǒng)

1 引言

圖1 涿州被動式辦公樓外觀（來源：建學(xué)建筑與工程設(shè)計所有限公司，2014）

“河北新華幕墻有限公司辦公樓”位于河北省涿州市（圖1），坐落于松林店工業(yè)園區(qū)內(nèi)，項目于2014年1月啟動設(shè)計工作，2015年3月正式完工，包括3 000m2的辦公樓和2 300m2的公寓樓，兩棟建筑均采用鋼框架結(jié)構(gòu)，外墻采用膨脹聚苯板（EPS）薄抹灰外保溫系統(tǒng)。項目獲得了德國被動房研究所（Passive House Institute，簡稱PHI）的認證，并被中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部評選為被動式房屋示范項目。

本項目的實施是通過委托中國本土設(shè)計單位與施工單位完成的，并盡可能地采用了中國國內(nèi)的建筑材料以及相關(guān)產(chǎn)品。為確保該項目達到被動式房屋標準，奧地利希波爾建筑物理研究設(shè)計有限公司的外方專家嚴格按照被動房研究所制定的各項標準，為項目各參與方提供了技術(shù)咨詢與支持，并提供了建筑物理相關(guān)能耗計算。

隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，中國建筑行業(yè)呈現(xiàn)出建筑體量持續(xù)增長的趨勢，相伴而來的是能源消耗的持續(xù)增加（圖2、3）。在中國的建筑行業(yè)中，系統(tǒng)能效比受到越來越多的關(guān)注，相關(guān)行業(yè)標準逐步完善，技術(shù)現(xiàn)代化程度不斷提高，但仍面臨許多困難，如建筑物內(nèi)部熱舒適度較低，大量采用分體式空調(diào)系統(tǒng)，以及各種節(jié)能措施效果有限，等等（Li et al.，2012）。

同時，中國將擁有全世界最大的建筑行業(yè)市場，據(jù)分析指出，2020年中國新建建筑面積將占全世界新建建筑的50%（Evans et al.，2010）。

2 被動式建筑概述

實踐證明，利用現(xiàn)代化的建筑規(guī)范標準能夠產(chǎn)生巨大的節(jié)能潛力。由德國達姆施塔特被動房研究所（PHI）定義的被動式房屋，是一種既環(huán)保節(jié)能又能滿足使用者最佳舒適性要求，同時保證建設(shè)投資回報最高性價比的建筑規(guī)范標準，適用于不同地區(qū)的氣候條件。

被動式房屋的技術(shù)要求主要體現(xiàn)在供暖熱需求、熱負荷指標、氣密性和一次能源消耗4個方面，為適應(yīng)中國寒冷地區(qū)的氣候特征，規(guī)范中增加了“供冷需求”，要求寒冷地區(qū)不得超過19kWh/m2 ·a（表1）。

被動式房屋采用充分的隔熱處理技術(shù)，最大限度地減少熱橋，提高建筑圍護結(jié)構(gòu)的高密封性能；采用具有高效熱回收裝置的新風(fēng)系統(tǒng)；充分利用太陽能資源，提高建筑內(nèi)部得熱量。通過上述技術(shù)手段與可再生能源的充分利用，確保達到被動式房屋的各項要求及設(shè)計參數(shù)（表2）。

圖2 2000～2030年中國居住面積的發(fā)展（預(yù)估）[來源：氣候政策方案（CPI），中國、德國與美國的建筑物能效]

圖3 2001～2012年中國建筑領(lǐng)域的整體能源消耗[來源：中國建筑的能源使用、現(xiàn)狀和保護路線，清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心CBEM（China Building Energy Model，中國建筑能耗模型）]

3 氣候數(shù)據(jù)分析

建筑的基本用途之一是為使用者提供舒適的生活環(huán)境，可持續(xù)的建筑還應(yīng)該減少對自然環(huán)境的破壞。被動式房屋在實現(xiàn)節(jié)能最大化的前提下提供了良好的室內(nèi)環(huán)境舒適度。與室外環(huán)境的友好關(guān)系是建筑設(shè)計成功的基礎(chǔ)，項目所在地的氣候特點決定了供暖（或供冷）及新風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)要求。因此，為達到被動式房屋標準，本項目在設(shè)計之初便對當?shù)貧夂颦h(huán)境進行了分析，對其特殊性進行了充分考慮。

3.1 空氣相對濕度

空氣相對濕度對建筑物的熱舒適性有重要影響。以北京市為參考（下同），涿州市在一個年度內(nèi)室外空氣相對濕度的波動較大（圖4）。即便在干燥的月份亦有降雨，影響了室外的空氣相對濕度。因而，必須對室內(nèi)環(huán)境進行調(diào)控，以確保較高的熱舒適性（Jing，2013）。

圖4 北京的空氣相對濕度（來源：http://www.woweather.com/ weather/maps/city，時間：2015年11月30日）

3.2 溫度

涿州處于寒冷氣候區(qū)，按照柯本氣候分類法（Koppen Climate Classification）的等級劃分，屬于氣候區(qū)Dfa（冷溫氣候帶夏季炎熱型，濕潤性大陸氣候）。涿州的年平均溫度為12.4℃（圖5，參考北京），全年平均降水量約612mm（Climate-Data，s.a）。因而，該項目的重點在于如何解決夏季的制冷、除濕需求。

圖5 北京年平均溫度（來源：http://www.woweather.com/weather/ maps/city，時間：2015年11月30日）

3.3 空氣污染

環(huán)境保護部的數(shù)據(jù)顯示，中國空氣污染最嚴重的城市中有7個位于河北省，這些城市的PM2.5濃度（對人體有害的細小顆粒物）的年平均值嚴重超標（國家標準不超過35μg/m3）（表3）。本項目就屬于中國空氣污染最嚴重的省份之一——河北?。▓D6）。因而，空氣污染物是本項目必須考慮的因素之一。

綜上，根據(jù)項目所在地周邊環(huán)境的詳細數(shù)據(jù)及環(huán)境特點，本項目總結(jié)了中國寒冷地區(qū)的氣候特征、存在的相應(yīng)問題，以及可行性解決方案（表4）。

4 技術(shù)解決方案

項目特別邀請BPS機電工程事務(wù)所對項目的供暖、供冷、新風(fēng)及給排水等各個系統(tǒng)設(shè)計進行了全程遠程監(jiān)理，以期建造出更適宜中國的被動式房屋。項目機電方案設(shè)計的焦點在于簡單高效的節(jié)能體系與解決方案，并盡可能確保建筑物最高的舒適性。施工期間，奧地利希波爾建筑物理研究設(shè)計有限公司派駐專家組在施工現(xiàn)場對建材、產(chǎn)品選擇以及施工方式實施施工監(jiān)理。

表1 被動式房屋在中國的標準要求（寒冷地區(qū)）（來源：被動房研究所2007，被動式房屋設(shè)計數(shù)據(jù)包2007，達姆施塔特）

表2 被動式房屋設(shè)計參數(shù)（來源：被動房研究所2007，被動式房屋設(shè)計數(shù)據(jù)包2007，達姆施塔特）

表3 中國74個城市的PM2.5濃度年均值（來源：ZME Science，2015）

表4 中國寒冷地區(qū)的氣候問題和可行性技術(shù)解決方案

圖6 中國空氣污染嚴重城市分布（河北省）（來源：ZME Science）

圖7 土壤源地埋管換熱器的集分水器

4.1 供暖與供冷

4.1.1 系統(tǒng)冷熱源－土壤源熱泵系統(tǒng)

本項目的冷熱源采用土壤源熱泵，熱泵系統(tǒng)室外部分是由35個土壤源地埋管換熱器按網(wǎng)格狀布置組成的（圖7～9）。垂直埋設(shè)土壤源地埋管換熱器的占地面積更小。土壤源地埋管換熱器的平均埋深為60m左右。

該系統(tǒng)具備以下優(yōu)點（Greenfi eld Energy s.a.）：

（1）每臺熱泵機組都是相互獨立的循環(huán)系統(tǒng)，進而可以實現(xiàn)單臺熱泵機組的獨立控制并根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)熱泵機組啟停數(shù)量，從而簡化了控制系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)中串聯(lián)設(shè)置了緩沖儲罐，以避免突發(fā)的供冷（熱）需求導(dǎo)致的熱泵機組頻繁啟動。緩沖儲罐是一個承壓儲罐，將系統(tǒng)的冷熱源側(cè)（熱泵的用戶側(cè)循環(huán)）與末端設(shè)備（散熱器等循環(huán)）進行分隔。熱泵機組用戶側(cè)穩(wěn)定的質(zhì)量流與緩沖罐內(nèi)介質(zhì)的點式溫度控制，通過循環(huán)系統(tǒng)的分隔實現(xiàn)，保證了熱泵機組的經(jīng)濟運行。

（3）緩沖儲罐由熱泵完成能源儲存，以減少熱泵的開啟次數(shù)。當緩沖儲罐中的預(yù)制水溫過低（過高）時，熱泵開啟，為儲罐進行熱量（冷量）補充（圖10）。

4.1.2 土壤源地埋管換熱器

在設(shè)置土壤源地埋管換熱器時，應(yīng)全面綜合考慮項目所在地的地熱、地質(zhì)及水利特征，及建筑設(shè)計冷負荷（熱負荷），避免土壤層出現(xiàn)結(jié)冰等情況，從而確保設(shè)備安全可靠地運行。

本項目并沒有對所在地的地質(zhì)條件進行詳細勘察，而是將周邊采用地源熱泵系統(tǒng)的既有建筑作為參照，根據(jù)周邊項目地源熱泵系統(tǒng)地埋管換熱器的配置情況，確定了本項目的設(shè)置數(shù)量（圖11）。

地埋管換熱器的管道安裝同其他土壤源熱泵系統(tǒng)管道及設(shè)備的連接一樣，必須保證清潔與嚴密性，防止O2進入系統(tǒng)內(nèi)。采用地埋管熱泵系統(tǒng)時，必須對地埋管的材質(zhì)進行充分考慮，評估管道連接部位與水乙二醇循環(huán)介質(zhì)和O2接觸時，是否會出現(xiàn)生銹情況。本項目為避免腐蝕情況的發(fā)生，將進入熱泵機房主管道材質(zhì)更換為非金屬材質(zhì)，確保了地埋管系統(tǒng)與其余的輸配管網(wǎng)均使用了PE材料（Polyethylene，聚乙烯）。

圖8 帶有35個地埋管換熱器的運動場

4.1.3 室內(nèi)輻射末端－供暖（制冷）輻射板

各個房間溫度是由單獨熱泵提供冷（熱）源，由設(shè)置于各個房間的金屬輻射板向房間內(nèi)供冷（熱）來實現(xiàn)控制的（圖12、13）。通過供暖（制冷）面與空間之間產(chǎn)生的輻射對流循環(huán)，將水平方向與垂直方向的溫度差降至最小，該方式不會產(chǎn)生人體可感知的冷熱氣流或彌漫的灰塵（圖14）。供暖模式時采用的較低熱媒溫度（45～40℃）與制冷模式時采用的較高冷媒溫度（18～20℃），使得現(xiàn)代化的技術(shù)解決方案與可再生能源的運用及天然冷源的利用成為可能，具有非常大的節(jié)能潛力。

圖9 35個土壤源地埋管換熱器示意

供暖（制冷）輻射板具有以下優(yōu)點：通過均勻的溫度分配、無感知的室內(nèi)空氣流與極低的噪音大大提高了使用者的室內(nèi)舒適性；室內(nèi)空間無回音問題；運行成本低且室內(nèi)安裝空間需求較少；可靈活安裝拆卸，便于室內(nèi)設(shè)計師對天花吊頂進行自由設(shè)計及再安裝；能源消耗費用在可控的較低區(qū)間內(nèi)（Caverion Deutschland GmbH s.a.，Humpal，2001）。

圖10 土壤源地埋管換熱器系統(tǒng)局部

圖11 中國（上）與歐洲（下）的地熱探針打孔作業(yè)的區(qū)別（下圖來源：http://baublog.ozerov.de/tag/erdwaerme/）

圖12 輻射板構(gòu)件的安裝

圖13 大辦公室的輻射板

4.1.4 空調(diào)系統(tǒng)控制

各個房間內(nèi)的溫度控制由恒溫調(diào)節(jié)器實現(xiàn)。恒溫調(diào)節(jié)器同時監(jiān)測室內(nèi)空氣的濕度和溫度，一方面自動調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度，另一方面在制冷模式下，當空氣濕度過高、存在產(chǎn)生冷凝水的風(fēng)險時，能夠自動關(guān)閉輻射板供回水管路控制閥門。當室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)器發(fā)出“供暖（供冷）”指令時，僅開啟二次變頻循環(huán)水泵。

（1）供暖模式下的室內(nèi)控制

所有的辦公室與各功能房間均設(shè)置了室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)器。在地板輻射供暖集分水器及采用輻射板分區(qū)循環(huán)管道均設(shè)置了電動閥門。在供暖模式下，當室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度時，溫度調(diào)節(jié)器向電動閥門發(fā)出指令，切斷熱量供給。在非工作時間，辦公樓兩翼的房間通過降低室內(nèi)設(shè)定溫度，從而減少供暖能耗。通過自動控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)定，在工作時間開始之前及時將室內(nèi)溫度調(diào)整至設(shè)定值。

（2）供冷模式下的室內(nèi)控制

供冷模式下循環(huán)介質(zhì)的調(diào)控取決于外部空氣溫度與室內(nèi)的相對濕度。在集分水器與分區(qū)循環(huán)管道處設(shè)置電動閥門，通過室內(nèi)露點探測器進行監(jiān)測，當輻射末端出現(xiàn)露點風(fēng)險時，相應(yīng)的電動閥門自動關(guān)閉。新風(fēng)機組內(nèi)的表冷器對送入房間的新風(fēng)進行除濕處理，以消除室內(nèi)的濕負荷，確保室內(nèi)輻射末端的安全運行。

衛(wèi)生潔具需在制冷模式下保證水封高度，以此避免在此區(qū)域內(nèi)形成冷凝水。與供暖模式相似，辦公樓兩翼的房間可在非工作時間減少供冷能耗，通過自動控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)定，在工作時間開始之前及時將室內(nèi)溫度調(diào)整至設(shè)定值。

4.2 新風(fēng)系統(tǒng)

圖14 輻射板的舒適性（來源：左圖http://www.ibta.de/ demonstrationsprojekt/gebaeudekuehlung/index.html；右圖CAESAR TECHNIK AG s.a., Kühl- und Heizdecken-und alles was Sie darüber wissen müssen）

圖15 中央新風(fēng)機組運行原理

圖16 新風(fēng)機組示意

圖17 新風(fēng)機組透視（來源：RGS Service s.a.，http://www.rgsservice.de/wrg_prinzip.htm）

新風(fēng)機組是確定整體能源方案及保證使用者舒適性的基礎(chǔ)。帶有熱回收功能的新風(fēng)機組是向室內(nèi)持續(xù)供給新鮮空氣、維持室內(nèi)設(shè)定溫度、排出空氣中有害物以及消除室內(nèi)濕負荷的保障，使得建筑不再需要通過開窗實現(xiàn)通風(fēng)換氣（圖15）。

本項目中新風(fēng)機組的功能段連接了兩個轉(zhuǎn)輪換熱器（圖16、17），一個帶有顯熱轉(zhuǎn)輪，能夠回收大量顯熱，另一個帶有全熱轉(zhuǎn)輪，特別適用于潛熱的回收。

本項目面臨的挑戰(zhàn)是室外新風(fēng)的除濕，需要通過多個步驟實現(xiàn)。首先，新風(fēng)通過全熱轉(zhuǎn)輪被動除濕。然后，在夏季相對濕度較高的情況下進行主動除濕，通過由熱泵機組控制運行的表冷器冷卻新風(fēng)，直至達到露點溫度，空氣中的水蒸氣析出。送風(fēng)的溫度與濕度取決于回風(fēng)溫度與需要的送風(fēng)溫度。

必須明確的是，經(jīng)過除濕后的新風(fēng)不需要被重新加熱，因為涿州地區(qū)氣候與北京地區(qū)相同，制冷時間段與除濕時間段通常同時出現(xiàn)。如果運行后期證明有必要設(shè)置新風(fēng)再熱器，則在新風(fēng)機組的內(nèi)部預(yù)留足夠的空間以滿足這個需求，新風(fēng)再熱器可通過熱泵制冷時產(chǎn)生的冷凝熱供給熱量。

4.2.1 新風(fēng)機組內(nèi)部的壓力關(guān)系

本項目在設(shè)計階段就對所有構(gòu)件的技術(shù)參數(shù)進行考量，并且對其各自位置的壓力分布進行詳細計算，以確保從新風(fēng)至排風(fēng)的正常壓力差。在雙轉(zhuǎn)輪換熱器的排風(fēng)側(cè)設(shè)置了排風(fēng)風(fēng)機（紅色區(qū)域），在新風(fēng)機組的送風(fēng)側(cè)設(shè)置了新風(fēng)風(fēng)機（藍色區(qū)域），以期滿足新風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)所需要的壓力差（圖18、19）。

（1）防凍措施

根據(jù)項目所在地的氣候特點設(shè)置了防凍保護措施，當室外溫度達到-10℃時，轉(zhuǎn)輪將調(diào)至較低的轉(zhuǎn)速，換熱器的薄膜由溫暖的回風(fēng)進行加熱，預(yù)熱較低溫度的室外新風(fēng)，以確保新風(fēng)機組與轉(zhuǎn)輪換熱器不會出現(xiàn)結(jié)冰的情況（圖20）。

（2）遮陽保護

無論風(fēng)管中輸送的是熱空氣還是冷空氣，對風(fēng)管的保溫處理都可以大幅降低能量損失，特別是處于夏季輸送低溫新風(fēng)工況時，可以避免送風(fēng)管道外表面出現(xiàn)冷凝水。為避免陽光直射在風(fēng)管上面，本項目對風(fēng)管進行遮陽保護（圖21）。

另外，在進行能源評估之后，本項目對新風(fēng)機組的布局設(shè)計（新風(fēng)機組送風(fēng)量、機組的內(nèi)部構(gòu)件等）以及最不利管道環(huán)路的壓力損失計算進行了審核，并基于能源評估結(jié)果，通過合理優(yōu)化管道長度降低能耗（表5）。

圖18 新風(fēng)設(shè)備剖面

圖19 新風(fēng)與回風(fēng)時新風(fēng)設(shè)備內(nèi)部的壓力關(guān)系

圖20 冬季轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)換器的防凍關(guān)系（來源：Lautner s.a.，Einfrierverhalten，http://www.lautner.eu/planungshinweise/ einfrierverhalten.html）

4.2.2 衛(wèi)生要求

新風(fēng)機組中的初、中效過濾器在整個系統(tǒng)中起到避免送風(fēng)系統(tǒng)被污染的作用。否則，全年送入室內(nèi)的新風(fēng)會將粉塵等顆粒帶入建筑物內(nèi)，影響衛(wèi)生等級。本項目在多次的現(xiàn)場巡視與施工培訓(xùn)中一直強調(diào)風(fēng)管防塵的重要性，以確保整個施工過程中風(fēng)管的潔凈（圖22）。

4.2.3 控制

新風(fēng)機組的供暖（供冷）調(diào)節(jié)和控制由溫度傳感器發(fā)出指令，由熱泵機組完成供給。供冷模式下對新風(fēng)一直進行除濕， 即供冷調(diào)節(jié)和控制需要對新風(fēng)一直進行除濕。輸出冷量的大小由熱泵機組進行調(diào)節(jié)。

新風(fēng)機組通常不會設(shè)置新風(fēng)再熱器，僅在新風(fēng)機組的內(nèi)部預(yù)留足夠的空間，以備必要時安裝。如果沒有設(shè)置新風(fēng)再熱器，會導(dǎo)致制冷模式時送風(fēng)溫度極低，由此可能出現(xiàn)室內(nèi)溫度場分布不均的現(xiàn)象，這種情況下必須設(shè)置旋流風(fēng)口。

體積流量調(diào)節(jié)器控制新風(fēng)供給區(qū)域的劃分。新風(fēng)流量調(diào)節(jié)器通過一個感應(yīng)器對風(fēng)扇轂的新風(fēng)空氣流進行控制，控制設(shè)備按照流量調(diào)節(jié)器設(shè)置的風(fēng)量進行供給。當與設(shè)定的空氣量數(shù)值出現(xiàn)偏差時，電子數(shù)控板上會持續(xù)地發(fā)出調(diào)整信號，進而調(diào)整風(fēng)機的功率。空氣體積流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定數(shù)值根據(jù)空氣流量額定值確定，在超過或低于預(yù)設(shè)的極限值時會出現(xiàn)錯誤報警。

4.3 小結(jié)

建筑設(shè)計的成功是建立在與項目所在地氣候環(huán)境適宜的關(guān)系之上的，同時，必須確保使用者較高的熱舒適性，涿州市處于年平均溫度為12.4℃的寒冷地區(qū)，對室外新鮮空氣進行除濕是本項目最大的挑戰(zhàn)。該地區(qū)的氣候條件導(dǎo)致必要的制冷時間段與除濕時間段通常同時出現(xiàn)，因此，經(jīng)過除濕處理的新風(fēng)不需要進行再加熱。但是新風(fēng)機組內(nèi)預(yù)留有充分的空間，以確保后續(xù)完善安裝的可能性。

冬季的相對寒冷與夏季的高溫決定了采暖與制冷設(shè)備是非常必要的。涿州被動式辦公樓的熱能量與冷能量是由帶有網(wǎng)格分布的土壤源地埋管換熱器組成的地源熱泵供給的。為簡化熱泵的控制技術(shù)，單個熱泵均設(shè)置了單獨的循環(huán)系統(tǒng)。夏季則通過設(shè)置于各個房間的金屬輻射板實現(xiàn)制冷。

與歐洲相比，涿州被動式辦公樓項目面臨更多的挑戰(zhàn)：

（1）空氣質(zhì)量。歐洲的項目完全不考慮大規(guī)模的空氣污染以及極差的空氣質(zhì)量，而涿州處于空氣污染嚴重的地區(qū)，基于對項目所在地空氣污染物的考慮，項目在轉(zhuǎn)輪換熱器的區(qū)域特別注意了壓力差的穩(wěn)定，以避免可能出現(xiàn)的漏氣流向回風(fēng)側(cè)，防止其進入新鮮空氣區(qū)域。

（2）衛(wèi)生要求。與歐洲工地現(xiàn)場在建造期間盡可能減少風(fēng)管被污染的可能性，確保新風(fēng)機組內(nèi)部過濾器的清潔相比，中國的工地現(xiàn)場對清潔的保障尚缺乏足夠的經(jīng)驗。

（3）管道布置。為最大限度地減小管道內(nèi)的壓力損失，歐洲一般使用在工廠制作完成的螺旋風(fēng)管，中國則是在工地現(xiàn)場將板材卷成風(fēng)管，管道內(nèi)表面相對更粗糙，風(fēng)阻也相對更高。

表5 對不適宜風(fēng)管（通常是太長）進行的壓力損失計

圖21 屋面上風(fēng)管遮陽的安裝

圖22 施工過程中對風(fēng)管加蓋遮擋進行防灰保護

5 監(jiān)測系統(tǒng)

本項目的目標是通過實際測量數(shù)據(jù)來證明達到了被動式房屋的標準，因而，建筑物內(nèi)設(shè)置了監(jiān)測整個項目所有能耗點的監(jiān)測系統(tǒng)。

監(jiān)測方案由室內(nèi)溫度、濕度數(shù)據(jù)和建筑物實際能源消耗數(shù)據(jù)組成。所有提取的數(shù)據(jù)不僅僅用于存檔記錄，還可以隨時遠程讀取，并在終端數(shù)據(jù)顯示器展示。達姆施塔特被動式房屋研究所負責完成整套監(jiān)測系統(tǒng)的計算取值及繪制圖示（圖23、24），并根據(jù)涿州的實際氣候數(shù)據(jù)進行熱模擬，與監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比。

被動式房屋研究所還計劃研究如何在中國不同的氣候區(qū)更合理地設(shè)置帶有熱回收功能的新風(fēng)機組，并制定符合不同氣候區(qū)熱回收的標準要求。

根據(jù)美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會（American Society of Heating，Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）ANSI/ASHRAE標準55-2013對“適宜人類居住的熱環(huán)境條件”的定義，熱舒適性是人對周圍熱環(huán)境所做的主觀滿意度評價。該指標綜合考慮了人體活動程度、衣服熱阻（衣著情況）、空氣溫度、空氣濕度、平均輻射溫度、空氣流動速度等6個因素（ANSI/ASHRAE，2013）。

本文截取了監(jiān)測數(shù)據(jù)中以空氣濕度與室內(nèi)環(huán)境溫度為基礎(chǔ)，對熱舒適性進行評估的圖示（圖25），并與室外環(huán)境進行對比，數(shù)據(jù)取自2015年10月最后一周（2015.10.16～2015.10.26）辦公樓的大部分房間。必須強調(diào)的是冬季的舒適性區(qū)域有下述波動：20℃<空氣溫度<25℃；40%<相對濕度<65%。在監(jiān)測時間段內(nèi)，測試數(shù)據(jù)偏離此區(qū)間的頻率為0.4%。

6 結(jié)語

中國涿州項目中的辦公樓與公寓樓均得到了達姆施塔特被動式房屋研究所的認證。值得一提的是整個項目最大的特點是設(shè)計與施工均有中方公司參與完成，以及大量運用中國本土建材。

圖23 監(jiān)測系統(tǒng)示意

圖24 屋面監(jiān)測系統(tǒng)的攝像頭

圖25 2015年10月的監(jiān)測數(shù)據(jù)，室外環(huán)境與建筑物舒適性的對比（藍色數(shù)據(jù)為室外數(shù)值，紅色數(shù)據(jù)為內(nèi)部環(huán)境）

由于本項目的目標是成為中國最節(jié)能的辦公建筑，因此嚴格按照被動式房屋標準和技術(shù)建造。特別重要的是被動式房屋標準與涿州當?shù)貧夂颦h(huán)境的適應(yīng)，以及在設(shè)計的初期對所有潛在問題進行了確定和解決。

高能效的供暖、制冷與新風(fēng)系統(tǒng)既節(jié)能，又帶來了極高的舒適性。項目專門設(shè)置了監(jiān)測系統(tǒng)對建筑物進行評估，從而得到整個項目的能耗水平，為后續(xù)同類項目設(shè)計提供參考。

[1] ASHRAE. Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy：ANSI/ASHRAE Standard 55-2013[S]. 2016.

[2] The Role of Standards and Conformity Assessment Measures in Enhancing the Performance and Energy Efficiency of the Commercial Building Sector, APEC Project M CTI 02/2012A SCSC.

[3]德國Caverion有限公司. Krantz輻射板構(gòu)件的體系描述[EB/ OL]. [2015-10-29]. http://www.krantz.de/de/Komponenten/ K%C3%BChl-und-Heizsysteme/Documents/D2.1.2_Kuehldecken-Systembeschreibung.pdf.

[4]涿 州 氣 候 環(huán) 境[EB/OL]. [2015-7-17]. http://de.climate-data.org/ location/2692/.

[5]榫釘, 采暖設(shè)備的項目設(shè)計[J]. 萊比錫: 萊比錫建筑工程大學(xué), 1994.

[6]土壤源換熱器的優(yōu)化, 2010, 地熱換熱器的優(yōu)化, [2015-10-28]. http:// www.erdsondenoptimierung.ch/index.php?id=269463.

[7] EU SME Centre. The Green Building Sector in China [Z/OL]. [2013-10-08]. http://www.eusmecentre.org.cn/report/green-buildingsector-china.

[8] Evans, M., Shui, B., Halverson, MA., Delgado, A Enforcing Building Energy Codes in China: Progress and Comparative Lessons[EB/ OL]. [2010-08-15]. http://101.96.8.165/www.pnl.gov/main/ publications/external/technical_reports/PNNL-19247.pdf.

[9]新能源, s.a.地源技術(shù). [2015-6-1]. http://geoscart.com/subsurface/ bhe-network-design/advantages-coaxial-bhes/.

[10] Humpal, H., 建筑構(gòu)件熱工性能理論研究[D]. Berlin: Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, 2001.

[11] Jing, S., 相對濕度對熱環(huán)境舒適度的影響 [D]. 重慶: 重慶大學(xué)城市建筑與環(huán)境工程學(xué)院, 2013.

[12] LAWA. 對土壤源換熱器與地熱采集器的水資源管理要求的建議. 薩克遜國家環(huán)境與土地資源部, 2011.

[13] Li, B., Yao, R., Wang, Q., Pan, Y., Yu, W., The Chinese Evaluation Standard for the Indoor Thermal Environment in Free-running Buildings, The changing context of comfort in an unpredictable world Cumberland Lodge, Windsor, UK. London: Network for Comfort and Energy Use in Buildings[R/OL]. [2012-08-12]. http:// nceub.org.uk/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?media=nceub:uploads: members:w2012:workshop1:w1298_li.pdf

[14]被動式建筑研究所. 被動房標準，被動式節(jié)能改造 EnerPHit標準以及被動房研究所節(jié)能建筑標準[S/OL]. [2015-06-03]. http://passiv.de/ downloads/03_zertifizierungskriterien_gebaeude_de.pdf.

[15] Shui, B., Evans, M., Lin, B., Song, B., Country Report on Building Energy Codes in China[R/OL]. [2009-08]. https://www. energycodes.gov/sites/default/files/documents/CountryReport_ China.pdf.

[16]世界銀行. 中國: 提高建筑節(jié)能的可行性[R]. 亞洲可替代能源計劃&東亞和太平洋地區(qū)礦業(yè)聯(lián)盟. 2001.

[17] Wu, B., Wang, L., 中國城市地區(qū)天然氣能源及放射能代替煤炭供暖體系: 北京為例. [PHI13]被動式建筑研究所(Hrsg.): 認證的被動式建筑,被動式住宅的認證標準[S/OL]. [2013-5-13]. http://www.passiv.de/ downloads/03_zertifizierungskriterien_wohngebaeude_de.pdf.

Dawid Michulec，建筑物理學(xué)家，建學(xué)建筑與工程設(shè)計所有限公司國際合作部副主任，奧地利希波爾建筑物理研究設(shè)計有限公司總設(shè)計師，PHI授權(quán)被動式建筑培訓(xùn)師、設(shè)計師

董小海，建學(xué)建筑與工程設(shè)計所有限公司建筑類德語特種翻譯，國際認證被動式建筑咨詢師

戴書健，建學(xué)建筑與工程設(shè)計所有限公司一所主任，高級工程師，國家注冊公用設(shè)備工程師，國際認證被動式建筑設(shè)計師

2016-09-28

THE PASSIVE OFFICE BUILDING OF HEBEI XINHUA CURTAIN WALL COMPANY

The passive office building of Hebei Xinhua Curtain Wall Company is executed and completed by Chinese companies using local materials and products. This building has received the passive house certification by PHI and has been chosen as the Passive House demonstration project by the MOHURD. Based on the local climate analysis, this paper elaborates and analyses problems and solutions in the construction process as well as the installation and usage of equipment so as to provide reference to similar projects.

Passive House, Climate Data Analysis, Heating and Cooling, Fresh Air Ventilation System