被動屋在青島地區(qū)的發(fā)展及建筑節(jié)能技術(shù)分析

段旭 王珊珊 郭超 辛穎穎 主旋律

摘 要：被動式房屋在滿足居住者較高環(huán)境需求的同時，對節(jié)能減排和保護環(huán)境有著非常重大的意義。本文結(jié)合青島“中德被動屋體驗中心”項目探討了青島地區(qū)被動屋建設(shè)中的房屋結(jié)構(gòu)、保溫材料、熱回收新風系統(tǒng)、后期維護等方面的關(guān)鍵技術(shù)，對推動被動屋在青島地區(qū)的建設(shè)發(fā)展和應(yīng)用推廣有著重要意義。

關(guān)鍵詞：被動屋；綠色建筑；建筑節(jié)能

一、被動屋的概念與發(fā)展

“被動式房屋”（又稱超低耗能綠色建筑）這一新理念是在1988年由德國的Wolfgang Feist教授與瑞典隆德大學(xué)Bo Adamson教授一同提出的。在不設(shè)傳統(tǒng)采暖設(shè)施的情況下僅依靠自然條件如太陽能以及新風系統(tǒng)等技術(shù)，維持全年室內(nèi)溫度在20～26 ℃，能更好滿足人們需求的房屋稱之為被動式房屋。

被動屋作為節(jié)能式建筑在歐洲已取得廣泛的認可，而在國內(nèi)尚處于推廣發(fā)展階段。2010年，通過世博會引入的德國“漢堡之家”是中國第一座經(jīng)過PHI認證的被動房建筑，也是被動屋在中國的首次出現(xiàn)。2013年1月，建成的第一個本土化示范項目——秦皇島“在水一方”，引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。隨后在北京、河北、黑龍江等地區(qū)也開始發(fā)展并建設(shè)被動式建筑。

被動房作為一種舒適度高、耗能低、經(jīng)濟性的建筑得到國內(nèi)外高度認可，近年來國內(nèi)為強化建筑節(jié)能出臺了政策文件，2016年2月《中共中央國務(wù)院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》提出：結(jié)合各地區(qū)的自然氣候特點發(fā)展綠色建筑節(jié)能建筑。同年，山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳推出《山東省住房城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域大氣污染防治行動計劃（2016—2017）》，提出建設(shè)被動式超低能耗建筑試點工程，助推綠色城鎮(zhèn)化建設(shè)。國務(wù)院印發(fā)《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》，明確了節(jié)能減排工作的任務(wù)之一為強化節(jié)能建筑。提出到2020年，城鎮(zhèn)綠色建筑面積占新建建筑面積的50%。一系列節(jié)能減排文件的出臺使得被動式節(jié)能建筑迎來了大發(fā)展，被動式房屋是現(xiàn)代低碳節(jié)能建筑發(fā)展的重點方向。

隨著被動式房屋在全國各地陸續(xù)出現(xiàn)，青島“中德被動屋體驗中心”采用的建筑節(jié)能技術(shù)對超低能耗綠建項目在青島地區(qū)的建設(shè)發(fā)展和應(yīng)用推廣有著重大意義，而其也將建設(shè)成為國內(nèi)最大被動屋建筑群，現(xiàn)結(jié)合中德生態(tài)園代表建筑對青島地區(qū)被動屋建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)進行探討。

二、被動屋的建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)

1. 建筑結(jié)構(gòu)分析

被動式房屋需要借助大量的太陽能并且盡量減少熱能的浪費，一般窗戶在被動式房屋中為內(nèi)外窗結(jié)構(gòu)，中間用惰性氣體填充。在墻面方面，與普通房屋不同，被動式房屋的外墻因設(shè)置保溫層一般較厚。保溫層首先要完全密閉、粘合，其次保溫層要符合國家防火的標準。外墻在建設(shè)時還要注意避免熱橋的產(chǎn)生。

由于青島市緯度相對較低，故太陽輻射較高，利于冬季采暖。因此考慮經(jīng)濟等多方面影響，青島地區(qū)被動式房屋保溫層厚度可略低于平均值。青島為沿海城市，氣候潮濕，為滿足房間的氣密性及冷凝防潮的設(shè)計，應(yīng)當在房屋內(nèi)設(shè)計一個完整連續(xù)的氣密層。為預(yù)防室內(nèi)空氣過于潮濕，應(yīng)在房屋面、內(nèi)外墻設(shè)置防水層。青島中德生態(tài)園的被動式房屋多為南北朝向，窗墻比較低，窗戶極厚且為雙層，中間用氣體填充，玻璃采用暖邊間隔條，為實現(xiàn)超低能耗建筑提供了良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在排水方面采用先進的同層排水技術(shù)，解決了侵占空間、噪音干擾、漏水等問題，實現(xiàn)了家庭衛(wèi)生間的獨立化，使室內(nèi)保持清新的空氣，并減少了由于水管穿插帶來的熱量流失。

2. 房屋保溫材料分析

被動式房屋外墻大多采用材料導(dǎo)熱系數(shù)較低的輕質(zhì)砌體和輔助保溫的空心墻體，采用輕質(zhì)混凝土、加氣混凝土或者空心磚。因此，在傳熱系數(shù)相同的情況下，外墻外保溫厚度可以小一些。外墻保溫有兩種類型。一是單一材料保溫，目前比較有實用性的單一材料是利用蒸壓加氣混凝土，既能起維護作用，又能起保溫作用。二是復(fù)合材料保溫，這種比較適合對保溫性能有更高要求的建筑，主要有兩種復(fù)合方式：一是利用鋼筋混凝土上的絕熱材料復(fù)合，二是在鋼混結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用薄壁材料加絕熱墻體做成夾心墻。這里又可以分為內(nèi)保溫和外保溫兩種方式。外墻外保溫是當下最常用的外墻保溫形式，外保溫通常的做法是將聚苯板粘黏在外墻的表面，并用玻纖維布覆蓋，用聚合物水泥砂漿罩面。還有一種方法是將巖棉板粘黏釘掛在外墻外表面，用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿罩面。外墻內(nèi)保溫中通常使用的處理方法有鋼絲網(wǎng)架聚苯復(fù)合板，表面為水泥砂漿抹灰層加涂料飾面層。還有一種是增強水泥聚苯復(fù)合板外墻內(nèi)保溫，這種材料是利用自熄性聚苯板材，四周六面復(fù)合10 mm厚增強水泥，水泥層內(nèi)滿包耐堿玻纖網(wǎng)格布增強。青島中德生態(tài)園的被動房建筑，在外墻保溫方面，采用了先進的施工技術(shù)，采用了250 mm厚雙層錯縫巖棉板加防水透氣膜外墻保溫系統(tǒng)施工技術(shù)，并且還采用了地下室外墻防火防水泡沫玻璃保溫技術(shù)。在房屋使用一年后，中德生態(tài)園被動房室內(nèi)的平均溫度為23 ℃，整個年度的室內(nèi)溫度的波動值不超過8 ℃，滿足被動房舒適性的要求。

被動式房屋的窗戶使用三層玻璃，玻璃的傳熱系數(shù)U值在0.5～0.8之間。除了有三層保溫玻璃，一般還會有兩層錐膜，用來降低玻璃的輻射率。以LOW-E玻璃為例，在玻璃上涂抹上一層100 nm的金屬鍍層，主要是銀，有反射陽光的作用，使得夏季保持室內(nèi)涼爽；冬季室內(nèi)熱量會被反射回去，也使室內(nèi)保持溫暖。

另外，普通窗戶玻璃的安置深度大約為1.5 cm，但對于要求有低能耗的窗戶，深度應(yīng)加大到2.5～3.0 cm，要保證窗框不透風。為了避免熱橋效應(yīng)，被動式建筑使用不銹鋼板或者塑料材質(zhì)的間隔條。以中德為例，被動房采用了三玻保溫窗，玻璃采用暖邊間隔條，在玻璃內(nèi)填充氬氣等惰性氣體。

屋面保溫材料多為導(dǎo)熱系數(shù)小于0.25的輕質(zhì)多孔材料。一般的保溫材料有三種，一是松散的保濕材料，如膨脹珍珠巖、礦棉等。二是整體的保溫材料，有水泥和瀝青等膠結(jié)材料，整體澆筑在需要保溫的地方。三是板狀保濕材料，如加氣混凝土板、泡沫混凝土板。對于不同的屋面構(gòu)造，保溫處理也不盡相同。平屋頂?shù)钠露容^緩，一般是在結(jié)構(gòu)層的上面設(shè)置保溫層。若建筑為上人屋面，屋面采用雙層150 mm厚XPS擠塑聚苯板作為保溫層。對于中德生態(tài)園的被動式建筑的屋面采用了430 mm厚的擠塑板保溫施工技術(shù)，地下室頂板采用了220 mm厚巖棉板與水泥纖維板結(jié)合技術(shù)，保溫效果更佳。

3. 節(jié)能設(shè)備應(yīng)用分析

被動房通過自然采光和自然通風的設(shè)計，營造室內(nèi)舒適的環(huán)境，最大化地減少能源消耗。其室內(nèi)舒適性依賴于新風系統(tǒng)，同時也少不了能量的供應(yīng)。下面分別對這兩方面進行分析。

新風系統(tǒng)的主要功能是控制室內(nèi)的溫度、濕度和二氧化碳濃度等保持在標準所要求的范圍內(nèi)。被動屋采用的是熱效率高、風機功率消耗低的集中式新風機，所占空間小。新風系統(tǒng)的空氣進出口位于一處，風口兩邊進風，中間出風，形成風壓團，利于進出風。新風管網(wǎng)的清潔靠過濾器實現(xiàn)。過濾面積越大，通風受到的阻力越小，所以要在安裝和經(jīng)濟等合理的情況下盡可能大，以減小阻力損失。粉塵濃度高，過濾器使用壽命短，在選擇室外新風入口過濾器的尺寸時，應(yīng)該注意青島本地空氣的粉塵濃度。新風系統(tǒng)有三層濾網(wǎng)，可以進行三次凈化、熱回收、除濕，起到良好的過濾凈化作用。青島地區(qū)冬季較冷，建議采用防凍的過濾器。夏季濕度較大，新風系統(tǒng)中要有二次除濕功能，高效的新風系統(tǒng)，節(jié)約除濕及再生能耗，熱回收效率達75%以上。新風系統(tǒng)中機組運行難免會產(chǎn)生一些噪音，應(yīng)設(shè)置消聲器。

新風系統(tǒng)冬夏季會在地源熱泵的配合下使用。地源熱泵系統(tǒng)是一種利用淺層地熱資源的可供冷、供暖的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，利用地球本體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的冷暖空調(diào)系統(tǒng)，地源熱泵的使用減少了對其他能源的依賴，大大節(jié)約了能源使用，被認為是一種可持續(xù)發(fā)展的“綠色空調(diào)”。

4. 被動屋的后期維護

青島被動房體驗中心剛建成時可節(jié)約92%的能量，但在運行兩年之后變成了90%，說明被動房的后期維護還存在問題，所以提高被動房的維護技術(shù)，提高被動房的使用年限，對于被動房的發(fā)展至關(guān)重要。

被動房的三大指標是氣密性、能耗和室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，良好的氣密性是被動屋低能耗、室內(nèi)環(huán)境舒適的保證。因此，在后期維護與二次施工方面，筆者認為主要從兩個方面著手：氣密性的檢驗、暖通空調(diào)系統(tǒng)。被動屋的氣密性主要依靠高性能保溫效果的門窗、外墻和屋面等圍護結(jié)構(gòu)，此外還要特別關(guān)注易磨損部分的使用情況；對于暖通空調(diào)系統(tǒng)的日常維護，物業(yè)管理部門應(yīng)將其型號、維修周期及廠家聯(lián)系方式等信息提供給用戶，并建議用戶請廠家專業(yè)人士定期清理更換，保證熱回收率。物業(yè)管理的專業(yè)人員需要按照設(shè)備說明的建議值對供暖、供冷、通風系統(tǒng)進行設(shè)置，避免數(shù)值的過高或過低。

在項目后期維護和運營過程中，宜采用BIM技術(shù)。通過BIM建造的可視化程度高的模型，對新風系統(tǒng)的運行情況、室內(nèi)PM2.5、二氧化碳濃度、溫度、濕度等可以進行實時監(jiān)測，提前找出被動屋在維護和運營時可能存在的問題，采取最有效的預(yù)防和改進措施，提高管理水平和效率。

三、結(jié)語

被動屋的建設(shè)和使用不僅能提高我國建筑節(jié)能技術(shù)，改善居住環(huán)境質(zhì)量，而且還能有效地減少能耗，節(jié)約資源。本文在對青島“中德被動屋體驗中心”項目分析的基礎(chǔ)上，探討了被動屋在建筑節(jié)能方面的關(guān)鍵技術(shù)，對被動屋在青島地區(qū)的發(fā)展和應(yīng)用具有積極的意義。

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注：本文系青島農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新項目。

作者簡介：段旭（1997— ），女，山東濟南人，本科在讀，研究方向：工程項目管理方向。