中原地區(qū)某被動式超低能耗居住建筑設(shè)計方案研究

李冉 原瑞增 錢小龍

摘 要：本文主要從高性能的圍護結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)、高性能的門窗系統(tǒng)和高效的新風熱回收系統(tǒng)等6個方面介紹中原地區(qū)首個被動式超低能耗居住建筑，并通過能耗模擬軟件對其能耗進行計算分析。

關(guān)鍵詞：中原地區(qū)；被動式超低能耗；居住建筑

中圖分類號：TU201.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）14-00135-02

Study on the Design Scheme of the first Passive

Ultra-Low-Energy Residential Building in Central China

LI Ran1 YUAN Ruizeng1 QIAN Xiaolong2

（1.Henan Provincial Academy of Building Research，Zhengzhou Henan 450053；

2.Henan Construction Technology Association，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper mainly introduced the first passive ultra low energy consumption residential building in Central Plains from 6 aspects such as high performance retaining structure insulation system， high performance door and window system and efficient new wind heat recovery system. The energy consumption was calculated and analyzed by the energy consumption simulation software.

Keywords： central plains area；passive super low energy consumption；residential buildings

1 研究背景

近年來，隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的加快，我國建筑能耗急劇增大。在我國推動“能源生產(chǎn)和消費革命”的前提下，如何降低建筑能耗，加快實施建筑能效提升，成為建筑節(jié)能“三步走”之后的重要研究方向。被動式超低能耗建筑具有更加節(jié)能的優(yōu)勢，與現(xiàn)行國家節(jié)能標準相比，供暖能耗降低85%以上。同時，其還具有更加舒適、更好的空氣品質(zhì)和質(zhì)量保證等優(yōu)點[1]，成為目前建筑節(jié)能與綠色建筑最新的研究方向和發(fā)展趨勢。

河南省地處我國中部，屬于建筑熱工分區(qū)中的寒冷地區(qū)，具有四季分明、冬季寒冷和夏季炎熱的特征，非常適宜建設(shè)被動式超低能耗建筑。最新修訂的《河南省節(jié)能能源條例》中也提出要鼓勵建設(shè)超低能耗建筑和近零能耗建筑。特別是鄭州、新鄉(xiāng)、鶴壁和開封4個清潔取暖試點城市，在清潔取暖實施方案中，提出了具體的建設(shè)目標。

2 項目概況

云松·金域華府項目位于新鄉(xiāng)市原陽縣平原示范區(qū)，是河南省第一個按照被動式超低能耗建筑標準進行設(shè)計的居住建筑項目。項目用于被動式超低能耗建筑示范的樓棟為4#、5#、6#、7#、9#、10#和12#共7棟樓，總建筑面積約2.6萬m2（地上建筑面積約1.8萬m2，地下建筑面積約0.8萬m2），建筑密度為22.11%，綠地率為41.4%，建設(shè)周期為2017年5月至2019年4月。

本項目用于首批超低能耗建筑示范的為12#樓，建筑高度16.25m，地上5層，地下2層，總建筑面積為2 536.49m2，其中地上建筑面積1 631.11m2，地下建筑面積905.38m2，混凝土結(jié)構(gòu)，體形系數(shù)為0.44。云松·金域華府項目12#樓效果圖如圖1所示。

3 主要應(yīng)用技術(shù)

該項目圍繞被動式超低能耗建筑的圍護結(jié)構(gòu)熱工性能指標和能耗指標，通過PKPM-PHEnergy軟件進行模擬計算，多次優(yōu)化超低能耗相關(guān)技術(shù)，最終形成了經(jīng)濟、合理和可行的技術(shù)方案。主要應(yīng)用技術(shù)包括高性能的圍護結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)、高性能的門窗系統(tǒng)、無熱橋設(shè)計、良好的建筑氣密性、高效的新風熱回收系統(tǒng)和可再生能源系統(tǒng)[2]。

3.1 高性能的圍護結(jié)構(gòu)外保溫系統(tǒng)

本項目的外墻采用200mm厚的石墨改性膨脹聚苯板，雙層錯縫鋪設(shè)，斷熱橋錨栓固定，外表面采用仿磚涂料，外墻平均傳熱系數(shù)K值為0.17W/（m2·K）。屋面采用200mm厚擠塑聚苯板，屋面平均傳熱系數(shù)K值為0.16W/（m2·K）。

3.2 高性能的外門窗系統(tǒng)

外窗采用三玻兩腔中空塑鋼窗，玻璃配置為L6+9Ar+L6+9Ar+L6，可見光透射比[τvis]為51.8%，太陽得熱系數(shù)（SHGC）值≥0.46，整窗傳熱系數(shù)為0.8W/（m2·K），且外窗的氣密性等級為8級，水密性等級為6級，抗風壓性能等級為6級。外窗采用外掛式安裝，開啟方式為內(nèi)開內(nèi)倒，同時設(shè)置內(nèi)遮陽裝置。

3.3 無熱橋設(shè)計

懸挑陽臺采用陽臺板與主體結(jié)構(gòu)斷開設(shè)計。穿墻管道采用聚氨酯發(fā)泡填充。外窗托架等金屬連接件采用斷熱橋處理。女兒墻的保溫層與墻面、屋面的保溫層連續(xù)，構(gòu)成封閉的保溫系統(tǒng)，并且女兒墻設(shè)置了金屬蓋板，保證保溫層不受雨水侵蝕或紫外線照射的破壞，延長保溫系統(tǒng)壽命。電器插座和開關(guān)盡量避免設(shè)置在外墻上，當必須設(shè)置時，應(yīng)采用預埋的方式。

3.4 良好的建筑氣密性

本樓棟為混凝土結(jié)構(gòu)，采用抹灰的方式（厚度大于15mm）進行氣密性處理。當管道穿越外墻時，在采用聚氨酯發(fā)泡填充后，室外側(cè)采用防水隔氣膜進行密封，室內(nèi)側(cè)采用防水透汽膜進行密封，防水隔氣膜、防火透汽膜與管道、主體結(jié)構(gòu)的搭接長度為50mm。對于門窗洞口，也采取同樣的措施，但室外側(cè)防水隔氣膜的搭接長度為120mm，室內(nèi)側(cè)防水透汽膜的搭接長度為150mm。對于墻體上的開關(guān)、插座等在安裝完線路之后采用密封膠進行有效封堵。

3.5 高效的新風熱回收系統(tǒng)

因本項目受所處的地理位置的限制，市政管網(wǎng)尚未鋪設(shè)，無法實現(xiàn)集中供暖。再加上居住建筑的使用性質(zhì)，綜合分析，12#樓的供暖供冷系統(tǒng)選用高性能的戶式空氣源熱泵系統(tǒng)，并且與新風機組、智能控制設(shè)備集成一體。新風系統(tǒng)設(shè)置熱回收，全熱交換，單位風量風機熱乎耗功率小于0.45W（m3/h），熱回收效率為75%；智能控制系統(tǒng)全天候自動維持室內(nèi)環(huán)境并按照設(shè)定模式節(jié)能運行，通過CO2、PM2.5感應(yīng)器等自動調(diào)節(jié)室內(nèi)的空氣品質(zhì)。

3.6 可再生能源應(yīng)用

為充分發(fā)揮可再生能源在超低能耗建筑中的降耗作用，根據(jù)項目自身條件，設(shè)置了太陽能生活熱水系統(tǒng)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽能生活熱水系統(tǒng)采用分散供熱的形式，每戶在屋面單獨設(shè)置了太陽能集熱板。同時，屋面還有178m2的可利用場地，設(shè)置了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，除了為樓梯間、走廊、路燈和地下停車場等公共空間提供照明來源外，多余的用電量可并網(wǎng)賣出。光伏組件采用單片240Wp的多晶硅電池板，預計可安裝60塊，裝機容量14.4kW。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)投入運行后，預計年發(fā)電量為2.5萬kW·h。

4 能耗分析

通過能耗模擬計算可知，12#樓的年供暖需求為7.13kW·h/（m2·a），年供冷需求為18.10kW·h/（m2·a），總一次能源需求為50.78kW·h/（m2·a），滿足《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導則（試行）（居住建筑）》[1]中的能耗指標要求。

5 結(jié)語

本項目從設(shè)計階段就以被動式超低能耗居住建筑為目標進行設(shè)計，圍繞項目的自身優(yōu)勢，并采用PKPM-PHEnergy軟件進行能耗模擬，對相關(guān)技術(shù)不斷優(yōu)化，最終形成經(jīng)濟、合理、適宜的技術(shù)方案。該項目作為河南省第一個被動式超低能耗居住建筑項目，已入選河南省建設(shè)科技計劃項目，具有很強的示范作用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導則（試行）（居住建筑）[EB/OL].（2015-11-10）[2018-04-13].http：//www.mohurd.gov.cn/wjfb/201511/t20151113_225589.html.

[2]陳小凈，原瑞增.被動式超低能耗建筑關(guān)鍵技術(shù)與案例分析[J].建筑熱能通風空調(diào)，2016（5）：97-99.