石家莊融創(chuàng)城（高層被動房）

圖1 項目效果圖

北京康居認證中心曹恒瑞 郝生鑫 陳秉學 馬伊碩

石家莊融創(chuàng)貴和房地產(chǎn)開發(fā)有限公司王沖 于福輝

項目概況

石家莊融創(chuàng)城項目位于石家莊欒城區(qū)，地上18 層，地下2 層，建筑高度為55.35m，建筑面積9497.92m2，結構形式為剪力墻結構。規(guī)劃戶數(shù)72 戶，規(guī)劃人口3人/ 戶，體型系數(shù)0.32，東、南、西、北向窗墻面積比分別為0.30、0.60、0.30、0.38。項目效果圖見圖1，標準層平面圖見圖2。

圖2 項目標準層平面圖

技術方案

項目采用被動式低能耗建筑技術方案，其技術手段包括：

（1）確保優(yōu)越的建筑氣密性，規(guī)避非預期氣流滲透，造成不必要的通風熱損失，同時避免由于冷氣滲入而形成的室內(nèi)局部溫度下降及相對濕度不足等影響居住質(zhì)量和舒適度的情況；

（2）采用高效的非透明外圍護結構外保溫系統(tǒng)，確保外圍護結構具有均衡的保溫性、隔熱性、熱惰性、蓄熱性、透氣性和氣密性等性能，同時兼顧系統(tǒng)性、相容性、耐久性；

（3）采用高性能的外門窗系統(tǒng)，門窗系統(tǒng)本身集成衛(wèi)生性、能效性、舒適性等多視角設計要求，同時注重安裝方式的熱工性能；

（4）執(zhí)行無熱橋的設計理念與建筑節(jié)點構造方式，從而確保室內(nèi)溫度的均衡性，避免結露和局部溫度過低現(xiàn)象，同時通過精細化的能源節(jié)流管理，實現(xiàn)室內(nèi)人員、照明、家電等散熱可作為建筑的穩(wěn)定熱源考慮；

（5）帶有高效熱回收裝置的通風系統(tǒng)，將人為通風變?yōu)橛薪M織通風，通過智能化控制確保室內(nèi)空氣品質(zhì)，同時回收排出空氣中的熱量和濕量，循環(huán)利用。

項目的技術核心是提升建筑的本體性能，從需求側(cè)最大限度地降低建筑的采暖、制冷、通風能耗。在供應側(cè)盡量減少機械化設備，以最簡化的設備來實現(xiàn)低能耗和高舒適度的目標，從而實現(xiàn)技術方案的最佳經(jīng)濟性。

建筑氣密性

被動式低能耗建筑區(qū)域范圍為：地上1-18 層、屋面層樓電梯間，以及北側(cè)樓電梯間的地下部分。被動區(qū)范圍邊界上的保溫、氣密連續(xù)包繞，且門、窗均為符合被動式要求的被動窗、被動門。

建筑氣密性設計方案為，整棟建筑具有包繞整個采暖體積的、連續(xù)完整的氣密層；每個公寓具有各自的包繞整個采暖體積的、連續(xù)完整的氣密層；樓電梯間及前室、走廊為單獨氣密區(qū)。項目氣密區(qū)設計見圖3。

圖3 項目氣密區(qū)設計

外圍護結構

1 外圍護結構的保溫性、熱惰性

本項目為鋼筋混凝土剪力墻結構，局部采用蒸壓加氣混凝土砌塊墻填充墻，砌塊容重大于500kg/m³。墻體熱惰性良好。外圍護結構采用外保溫系統(tǒng)。更多超低能耗建筑項目，請登錄被動房之家網(wǎng)站。

外墻、屋面、不采暖地下室頂板、地下室外墻、地面等外圍護結構，以及被動區(qū)內(nèi)部樓梯間隔墻、分戶墻、分戶樓板等位置的保溫措施、保溫材料的導熱系數(shù)、圍護結構的傳熱系數(shù)，以及熱惰性指標D 值等詳見表1。

2 外圍護結構的系統(tǒng)性、相容性、耐久性

外墻外保溫系統(tǒng)配備門窗連接線條、滴水線條、護角線條、伸縮縫線條、斷熱橋錨栓等配件，以及預壓膨脹密封帶、密封膠等，以提高外保溫系統(tǒng)的保溫、防水和柔性連接能力，保證系統(tǒng)的耐久性、安全性和可靠性。

外墻外保溫系統(tǒng)的飾面涂料采用透氣性良好的水性外墻涂料，與薄抹灰系統(tǒng)具備良好的相容性。屋面防水保溫系統(tǒng)，含隔汽層、保溫層、防水層，按Ⅰ級防水要求設防，防水材料滿足相容性要求。系統(tǒng)干作業(yè)施工，屋面保溫層采用聚氨酯膠粘劑粘接。

3 外圍護結構的安全性

出于系統(tǒng)安全性考慮，國內(nèi)部分被動式低能耗建筑項目采用額外設置保溫托架的方式來避免由于粘接強度不足而引起的保溫層下滑、脫落現(xiàn)象。顯然，提高粘接砂漿的粘接性能、確保粘接質(zhì)量，是解決問題的根本。然而，在充分考慮保溫托架斷熱橋處理，同時確保其周邊保溫板鋪設質(zhì)量的前提下，采用托架作為輔助支撐措施，可視作一種階段性的工程解決方式。

表1 非透明圍護結構保溫措施

本項目根據(jù)現(xiàn)行《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設計標準》DB 13(J)/T 273[4] 規(guī)定，外墻外保溫每層設置結構性托架。托架與主體結構之間的連接設計，考慮溫度變形、風壓等影響因素，經(jīng)過整體受力安全驗算確定托架數(shù)量。托架設置于兩塊保溫板豎向接縫處，托架的長度為外墻保溫層厚度的2/3，剩余1/3 保溫厚度采用聚氨酯發(fā)泡填充，對托架進行斷熱橋處理。托架安裝位置示意及托架尺寸如圖4 所示。

圖4 托架安裝位置示意及托架尺寸

利用ANSYS workbench 熱分析模塊，對托架節(jié)點不同的斷熱橋處理方式進行三維模擬。計算涉及的材料特性及邊界條件為：

• 外墻保溫材料石墨聚苯板導熱系數(shù)λ=0.032 W/(m·K)，修正系數(shù)1.05；

• 鋼筋混凝土墻體導熱系數(shù)λ=1.74 W/(m·K)；

• 高強度聚氨酯隔熱墊片導熱系數(shù)λ=0.1 W/(m·K)；

• 托架導熱系數(shù)λ=49.9 W/(m·K)；

• 聚氨酯發(fā)泡導熱系數(shù)λ=0.025 W/(m·K)；

• 冬季室內(nèi)控制溫度20℃，對流換熱系數(shù)8.7 W/(m2·K)；

• 室外計算溫度-8.8℃，對流換熱系數(shù)23 W/(m2·K)。

通過熱分析模塊求解，可得不同工況下單個托架形成的外墻綜合傳熱系數(shù)：

（1）不設置托架，僅考慮鋼筋混凝土墻體外側(cè)鋪設石墨聚苯板保溫層時，墻體傳熱系數(shù)K=0.135 W/(m2K)；

（2）設置托架（160mm寬），不設置隔熱墊片，在托架外側(cè)采用聚氨酯發(fā)泡（80mm 厚）填充時，單個托架形成的外墻綜合傳熱系數(shù)K=0.13948 W/(m2K)；

（3）設置托架（150mm 寬），設置隔熱墊片（10mm 厚），同時在托架外側(cè)采用聚氨酯發(fā)泡（80mm 厚）填充時，單個托架形成的外墻綜合傳熱系數(shù)K=0.13893 W/(m2K)。有/ 無隔熱墊片的模型溫度云圖見圖5和圖6。

考慮到設置隔熱墊片對外墻綜合傳熱系數(shù)影響并不顯著，本項目采用將托架長度控制在保溫層厚度的2/3，托架外側(cè)填充聚氨酯發(fā)泡的方式進行斷熱橋處理。

圖5 無隔熱墊片的模型溫度云圖

圖6 有隔熱墊片的模型溫度云圖

4 高性能的外門窗系統(tǒng)

本項目外窗采用鋁木復合型材，三玻兩腔中空填充氬氣耐火玻璃，并采用耐久性良好的暖邊間隔條。外窗整窗傳熱系數(shù)K≤1.0 W/(m2·K)，型材傳熱系數(shù)K≤1.3W/(m2·K)，玻璃傳熱系數(shù)K≤0.8 W/(m2·K)，玻璃的太陽能總透射比g=0.35，玻璃選擇性系數(shù)LSG≥1.25。外窗氣密性8 級，水密性6 級，空氣聲隔聲性能3 級。耐火完整性不低于0.50h。

首層單元門廳入口門、兩側(cè)樓梯間通向連廊的門、中間樓梯間通向連廊的門（乙級防火門）、屋面出樓梯間和電梯機房門，以及地下室出樓電梯間門，整門傳熱系數(shù)K≤1.0 W/(m2·K)，采用三道耐久性良好的密封材料密封，氣密性8 級，水密性等級不低于4 級。

公寓戶門具有良好的保溫、氣密性能，整門傳熱系數(shù)K≤1.3 W/(m2·K)，氣密性能等級不低于8 級。更多超低能耗建筑項目，請登錄被動房之家網(wǎng)站。

外窗采用外掛式安裝方式，外窗框與結構墻體之間形成無熱橋構造，并做好氣密性和水密性處理。

5 無熱橋設計

本項目的斷熱橋處理，除被動式建筑典型的無熱橋構造如女兒墻、外墻與地下室頂板交接處、外門窗安裝、管道穿外墻洞口、管道穿屋面等以外，主要集中在圖7所示特殊位置。

在該類位置的設計原則為，盡量保證保溫層連續(xù)、完整，遇混凝土結構貫穿位置，確保圍護結構室內(nèi)表面最薄弱點的溫度不低于17℃。主要節(jié)點的斷熱橋設計構造如圖8 至圖11 所示。

圖7 本項目斷熱橋處理關鍵節(jié)點

圖8 設備平臺節(jié)點

圖9 外廊節(jié)點

圖10 北立面大堂剖面

圖11 風井剖面節(jié)點

此外，高層居住建筑還有以下問題需要注意：

（1）廚房集中排煙道出屋面與室外空氣直接相通，且煙道尺寸大于衛(wèi)生間排氣管，室外冷空氣下沉影響更大。

經(jīng)氣流模擬分析，在頂層煙道口會形成外界冷空氣與煙道空氣的渦流，至其下方5m 處，溫度影響波動較大，再往下溫度趨于均勻。因此，廚房煙道四壁應在建筑頂部兩層高度范圍內(nèi)鋪設保溫，以下樓層可按常規(guī)做法處理。

（2）機械排煙系統(tǒng)的出屋面排煙管道，應在風機室內(nèi)一側(cè)設置氣密性能優(yōu)越的280℃常閉型排煙防火閥。閥門平時常閉；電動開關與火災報警器聯(lián)動，發(fā)生火災時由消控室控制開啟，同時打開排煙風機；當煙氣溫度達到280℃時，熔斷關閉閥門，同時關閉排煙風機。同時排煙管道在機房層應整管包裹保溫。

6 高效熱回收新風系統(tǒng)

（1） 新風系統(tǒng)設計方案

本項目采用分戶式帶有高效熱回收裝置的新風空調(diào)一體機方案，為每套公寓提供新風、采暖和制冷，新風空調(diào)一體機的冷熱源為空氣源熱泵。

每套公寓采用一臺設備，臥室、起居室、餐廳設置送風口，各個衛(wèi)生間設置回風口，餐廳或走廊設置循環(huán)風口，每戶外墻開洞作為進風口和排風口，從室外獲取新風，或者將熱回收后的污濁空氣排出室外。新風及排風管道設保溫密閉型電動閥，與風機聯(lián)鎖開關，保證建筑的氣密性。

室外新風經(jīng)進風管進入設備，經(jīng)過處理（熱交換、除霾、降溫、升溫、除濕等）后的新風經(jīng)過送風管送入各個房間，負責處理每個房間的冷、熱負荷，并對室內(nèi)CO2 進行稀釋，然后通過房間門縫或?qū)эL槽溢流到衛(wèi)生間，經(jīng)過衛(wèi)生間的回風口進入設備的熱交換機芯，與室外新風進行熱交換，然后經(jīng)過排風管排到室外。當室內(nèi)冷（熱）負荷較大時，啟動循環(huán)風，循環(huán)風可快速降低室內(nèi)冷熱負荷。啟動循環(huán)風時，也應包含室內(nèi)所需要的最少新風量。

（2） 新風系統(tǒng)設備性能

新風系統(tǒng)具有風量調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)室內(nèi)情況自動調(diào)節(jié)風量大小，也可實現(xiàn)人為手動調(diào)節(jié)，可根據(jù)室內(nèi)CO2 濃度實現(xiàn)自動啟停。熱回收裝置采用全熱回收芯材，焓交換效率≥70%，溫度交換效率≥75%。新風系統(tǒng)單位風量風機功率不大于0.45 Wh/m³。系統(tǒng)內(nèi)部漏風率＜ 2%，外部漏風率＜ 2%。

室外進風、排風口處設可過濾大顆粒物質(zhì)、飛蟲等的初效過濾網(wǎng)；進風口及回風口設過濾器，進風口過濾器等級不小于G4+F8 級，回風口過濾器等級不小于G4級，并具有提示更換功能。

（3） 新風系統(tǒng)控制模式

設備壓縮機采用變頻技術，新風機采用無級調(diào)速EC 風機，控制系統(tǒng)支持多分區(qū)、多指標（溫度、濕度、CO2、Pm2.5）獨立控制。系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)實時冷熱負荷、新風量需求、潔凈度等，進行分區(qū)域、變風量智能控制。室內(nèi)溫控器和CO2 監(jiān)控點設于起居室內(nèi)。本項目新風系統(tǒng)可根據(jù)以下模式進行運行控制：

——舒適模式

以最高的衛(wèi)生與健康標準，對室內(nèi)環(huán)境進行舒適性控制。氣源使用上，盡可能使用室外新鮮空氣來承載室內(nèi)供冷供熱負荷，以及降低污染物濃度的需求。氣流組織上，新鮮空氣首先進入臥室，然后流向客廳，最后從衛(wèi)生間排出到室外。盡量避免循環(huán)風的使用，最大程度減少臥室之間串風引起的交叉污染。

正常工況下， 當溫度在設定區(qū)間±2 ℃ 浮動，或Pm2.5 濃度在50-115μg/m3 浮動，或相對濕度大于70%，或CO2 濃度大于1000ppm，系統(tǒng)僅使用調(diào)節(jié)過溫度（有需要時）的新風來優(yōu)化室內(nèi)空氣質(zhì)量。

在以下嚴重影響舒適性和健康性的情況下，會開啟循環(huán)風，增加總風量，以便快速改善室內(nèi)空氣質(zhì)量：當室內(nèi)Pm2.5 濃度超過國家三級標準即115μg/m³ 時；當室內(nèi)溫度超過設定值±2℃時；當室內(nèi)相對濕度超過80%時。

——節(jié)能模式

在滿足基本的衛(wèi)生與健康需求的情況下，盡量地減少能源消耗。氣源使用上，盡可能使用室內(nèi)循環(huán)風來承載室內(nèi)供冷供熱負荷，以及降低污染物濃度的需求。只有在CO2 濃度超標或需要滿足每日最小通風量時，才向室內(nèi)輸送新風。

循環(huán)風的氣流組織方式為，循環(huán)風取自客廳，經(jīng)過過濾以及溫度調(diào)節(jié)后，送到臥室，然后流回客廳。這個模式下，臥室、客廳區(qū)域的污染物會混合在一起，在整套公寓內(nèi)共同稀釋，存在交叉污染的風險。但是由于循環(huán)風也是經(jīng)過過濾的，可滿足基本的衛(wèi)生需求。

正常工況下，當溫度在設定區(qū)間±2℃浮動，或Pm2.5 濃度超標，或相對濕度大于70%，系統(tǒng)利用循環(huán)風作為氣源來改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，是否混合新風視CO2濃度而定。當室內(nèi)溫度超過設定值±2℃，或相對濕度大于80%，機組采用最大供冷/ 熱量即新風加循環(huán)風模式，以快速調(diào)整溫濕度。

（4）衛(wèi)生間通風設計

本項目新風系統(tǒng)回風口設置在衛(wèi)生間內(nèi)，當住戶使用衛(wèi)生間、打開衛(wèi)生間排風開關時，會通過信號聯(lián)動新風系統(tǒng)。

如果此時新風系統(tǒng)正在運行，則新風系統(tǒng)保持運行，衛(wèi)生間處于通風狀態(tài)；如果此時新風系統(tǒng)未運行，則信號控制啟動新風系統(tǒng)，使衛(wèi)生間處于通風狀態(tài)。

當住戶使用完畢衛(wèi)生間、關閉衛(wèi)生間排風開關時，新風系統(tǒng)會根據(jù)室內(nèi)環(huán)境進行判斷，若此時室內(nèi)環(huán)境（溫度、濕度、CO2、Pm2.5）均處于適宜狀態(tài)，則新風系統(tǒng)關閉；若此時室內(nèi)環(huán)境（溫度、濕度、CO2、Pm2.5）超出控制指標，則新風系統(tǒng)繼續(xù)運行，直至室內(nèi)環(huán)境均處于適宜狀態(tài)。

上述新風系統(tǒng)運行模式的優(yōu)勢在于，當新風系統(tǒng)處于常開狀態(tài)時，衛(wèi)生間也處于持續(xù)通風狀態(tài)，因此可以保證衛(wèi)生間內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)越，避免潮濕環(huán)境下霉菌、細菌滋生，同時未增加任何額外能耗。更多超低能耗建筑項目，請登錄被動房之家網(wǎng)站。

當新風系統(tǒng)處于停運狀態(tài)時，由于使用衛(wèi)生間而啟動新風系統(tǒng)造成的耗電量，相比衛(wèi)生間安裝普通排風扇的耗電量，只有20-30W 的額外耗電功率（當新風系統(tǒng)以150m³/h 風量運行時，耗電功率大約為50W；普通排風扇運行的耗電功率大約為30W）。假設每天開啟1h，那么額外耗電量為0.02-0.03kWh。

（5） 廚房通風設計

廚房設計有兩種補風方案，住戶可根據(jù)個人意愿選擇其中任意一種。

——風閥補風

在外墻上設置補風洞口，當住戶開啟廚房排油煙系統(tǒng)時，傳感器發(fā)出信號打開補風洞口的密閉型電動風閥，室外新風通過補風管道送入室內(nèi)，實現(xiàn)補風目的。排油煙系統(tǒng)未開啟時，密閉型電動風閥關閉嚴密，不得漏風。

該種方式實質(zhì)上是機械排風、自然補風的通風方式，補風從室外直接引入。補風管道周圈應設置80mm 厚橡塑保溫。補風管道的出風口位置應盡量靠近抽油煙機，并與抽油煙機排風形成短路，出風口應遠離人體高度范圍，避免冷風直吹人體的不適感。

——新風系統(tǒng)補風

當住戶開啟廚房排油煙系統(tǒng)時，傳感器向新風系統(tǒng)發(fā)出信號，新風系統(tǒng)啟動補風功能。補風量與油煙機排風量相當（默認為600m³/h，可調(diào)?。醇哟罅诵嘛L系統(tǒng)的進風量。

補風經(jīng)過新風系統(tǒng)的旁通風管，并通過初效、高效過濾，以及溫度調(diào)節(jié)后送到室內(nèi)。所補新風經(jīng)過客廳、餐廳后溢出，通過廚房門縫進入廚房，實現(xiàn)補風目的。

該種方式是利用設備補風，所補新風經(jīng)過了過濾和溫度調(diào)節(jié)處理，相比第一種方式能耗有所增大，但舒適度較高。尤其是在夏季，室外溫度較高，廚房內(nèi)部溫度也較高，如果采用自然補風，廚房內(nèi)舒適度勢必無法控制，采用第二種補風方式優(yōu)勢較為明顯。