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【2010-2020】中国被动房的十年

来源:被动房网(passivehousechina)作者:北京康居认证中心
文章附图



在被动式低能耗建筑发展的10年间,住房和城乡建设部科技与产业化发展中心、北京康居认证中心做了大量的基础性工作,不仅研究了适用于我国不同气候区的被动式低能耗建筑的技术路线和指标体系,主导了近百万平方米示范项目的集成应用创新,而且引导相关企业对关键产品进行研发,形成全部关键产品国产化的局面,实现了高品质建材产品的集聚和辐射效应。本文来源为被动房网(passivehousechina),作者为北京康居认证中心,欢迎关注。



01 发展背景


自2010年以来,中德两国定期举行政府首脑会晤和磋商。能源、环境、气候保护等领域更是两国合作的重中之重。中德两国均为能源进口国,在社会各领域高效、经济、环境友好地利用能源已成为两国的共识。


2011年6月,在中德两国政府的见证下,中国住房和城乡建设部与德国交通、建设和城市发展部签署《关于建筑节能与低碳生态城市建设技术合作谅解备忘录》,将被动式低能耗建筑作为重要合作内容予以深化推进,旨在借鉴德国被动式建筑的设计和建造经验,完善中国建筑能效专业技术,有效提高设计、施工水平,量化建筑能效标准,促进节能技术产品的产业化发展。


2013年秦皇岛“在水一方”项目启动,成为中国首个中德合作被动式低能耗建筑示范项目。该项目不仅首次实践了被动式低能耗建筑的技术方案,而且在国内严重缺失适用产品、国际上也没有被动式低能耗高层建筑先例的情况下,创造性地采用了高层建筑断热桥措施、分户式新风空调一体机、厨房补风系统等中国方案,成功地将18层住宅楼建造为被动式低能耗建筑,实现了零的突破。


自此,开始了中国被动式低能耗建筑领域政策体系、标准体系、技术体系、产品体系、管理体系、行业组织等各个方向的10年发展。



02 基本概念


被动式低能耗建筑是指,适应气候特征和场地条件,采用高效的围护结构保温系统、高性能的外门窗系统、良好的建筑气密性系统、无热桥的建筑节点构造、高效热回收的通风系统,以及自然通风、自然采光、太阳辐射利用与遮蔽等被动式节能技术,大幅度降低建筑本体的能源需求,进而通过优化能源供应方案、提升能源利用效率,同时满足室内环境热舒适性和建筑能效性要求的建筑。


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表1 被动式低能耗建筑指标要求


被动式低能耗建筑应同时满足室内舒适度、建筑气密性和建筑能效三方面的指标要求。


室内舒适度

室内舒适度指标要求建筑室内CO2的最高浓度低于1000ppm;PM2.5的24小时平均浓度低于35µg/m³;除卧室、起居室、办公室、会议室、教室等典型人员活动空间外,公共空间,如大堂或开放式工作场所,室内允许噪声级为50dB(A),其他功能性空间参照《民用建筑隔声设计规范》GB50118执行。


建筑气密性

建筑气密性应符合在室内外压差50Pa的条件下,每小时换气次数不超过0.6次的规定。建筑气密性测试应在建筑气密面施工完成后,以及室内装修完成后进行,并以室内装修完成后的气密性测试结果为最终判定依据。


建筑能效

表中所述标准适用于我国各个气候区。建筑的采暖和制冷需求之和,以及建筑的总一次能源需求,应同时满足限值规定,其中总一次能源需求包括采暖、制冷、通风、照明、生活热水和电气设备的一次能源需求。表中所述限值对应面积为被动式低能耗建筑处理区域的建筑面积。


表中所述标准适用于居住建筑以及典型的宿舍、旅馆、办公和教育建筑。对于其他功能的建筑,由于其内部人员、照明、设备散热情况的差异,建筑的采暖和制冷需求限值应做相应调整。合理的限值应为,当技术方案进一步优化,建筑的采暖和制冷需求变化不超过1kWh/(m²·a)、采暖和制冷负荷变化不超过1W/m²、冬季外墙室内表面温度不低于19.5℃时对应的采暖和制冷需求。对于特殊用途的照明、设备而引起的高用能需求,建筑的总一次能源需求限值可做相应调整。



03 核心理念


被动式低能耗建筑的核心理念是,以降低建筑本体的能源需求为导向,通过提升建筑本体的性能,实现从需求侧抑制建筑的用能水平,从而尽可能地减少对主动式机械采暖和制冷设备的依赖,以及对于化石能源的依赖。基于上述核心理念,被动式低能耗建筑呈现以下三大典型特征:


舒适性与能效性并存

由于对建筑本体热工性能的关注,使建筑物可以兼顾舒适性和能效性,即在达到高水平的室内环境舒适度的前提下,实现高水平的建筑能效,取得鱼与熊掌兼得的效果,平衡了当代人的需求和可持续发展的要求。


以降低建筑本体能源需求为原则

被动式低能耗建筑转变了建筑的角色和定位,从单纯的能源消耗者转变为能源需求侧的截流者。降低建筑本身的负荷水平以及对于外界的能源需求是首要任务,在供应侧则应尽量简化设备,从而实现技术方案的最佳经济性。


以降低总一次能源需求为目的

被动式低能耗建筑注重技术方案的均衡性,杜绝因降低采暖能耗而增加制冷能耗,或因降低制冷能耗而增加照明能耗的现象发生。通过对建筑综合能耗的整体分析,提出均衡性的技术方案,以降低总一次能源需求为最终目标。



04 关键技术


被动式低能耗建筑的技术策略是,采用性能化设计的方法,以室内环境和建筑能耗指标为约束性目标,基于建筑能效模拟,进行建筑本体和设备系统的关键参数敏感性分析,逐步优化方案,最终选取最优的性能参数与技术措施。涉及的关键技术措施包括:


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05 八大优势



1 对居住者,提供舒适、安静、洁净、低运营成本的室内空间,满足舒适和健康需求;


2 对建设方,技术可行,成本可控,具备供应端全产业链条,可赢得高品质建筑产品市场;


3 对开发方,降低长期建筑成本,指出一条从“房地产开发商”到“区域综合服务商”的转型之路;


4 对建筑业,为建材产业升级提供载体,促成新型商业模式,实现能源产业结构重塑;


5 对城市,规模性建设可显著消弭城市峰值负荷,缓解调峰电厂建设压力,减少基础设施投入;


6 对社会,带来整体生活品质提升、高质量推进中国城市化进程的正效应;


7 对国家,为实现能源转型、资源节约提供了可行的技术路径;


8 对环境,减少温室气体排放,缓解热岛效应,以保护人类福祉和生态系统。



06 示范项目


覆盖地域:北京、河北、山东等16个省/直辖市

气候区:严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖4个气候区

建筑类型:住宅、办公、幼儿园、学校、展馆等

结构形式:钢筋混凝土、混凝土装配式、钢结构装配式、砖木等


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以示范项目为平台,各参与方共同探索如何将被动式节能技术与中国当地气候条件及可利用资源相结合,寻求最佳能效解决方案,为制定地方性高能效建筑设计施工标准积累实践经验。



07 基础技术研究


10 年间,关于被动式低能耗建筑的技术体系不断完善,以示范项目为基础,逐步明确了不同气候区、不同类型建筑的技术路线,形成了清晰的设计逻辑, 建立了完整的指标体系,构建了可指导产业发展和工程实践的规范化设计建造方法。


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01 提出设计理念和技术路线


确立以降低建筑本体能源需求为导向的性能化设计理念,提出提升建筑本体性能,从需求侧抑制建筑用能水平,减少对主动式机械采暖和制冷设备依赖的技术路线。


02 确立设计逻辑,建立指标体系


提出以定量的建筑能耗指标作为限制性指标, 以一次能源的形式衡量建筑的能耗水平;建立包括室内环境、建筑能耗、围护结构、能源设备和系统、关键材料和产品的指标体系。


03 形成规范化的设计建造方法


形成高效的外围护结构外保温系统、高性能的被动式外门窗系统、建筑气密性n 50≤0.6h-1、无热桥的节点构造、高效热回收通风系统的规范化设计建造方法。


04 建立建筑能效分析方法


建立被动式低能耗建筑的建筑能效分析方法, 构建我国 474 个城市气象信息数据库。


05 逐步探明规范化的检测方法


引进建筑气密性检测方法,并针对高层建筑、大体量公共建筑进行适应性研究;逐步确立相关部品,如热泵型新风环境控制一体机、密封材料等的检测方法,为行业的整体发展提供有力支撑。



08 应用技术研究


01 优越的建筑气密性


被动式低能耗建筑的被动区应包括全部对室内环境具有控制要求的空间。


建筑的气密层是指,无缝隙的可阻止气体渗漏的围护层。气密层并不是由某种特殊材料形成,而是由具有气密性的围护结构自然构成的。


适用于构筑气密层的材料包括:浇筑良好的混凝土、砌体墙体内表面的抹灰层(厚度≥15mm)、防水隔汽膜、硬质木板,如密度板、三合板等。由不同材料构成的气密层的连接处,必须进行妥善处理,以保证气密层的完整性。


气密层应包绕全部被动区,并形成连续完整的封闭圈。气密层一般针对建筑整体设置;视使用情况增设公寓或楼层的气密层。


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02 高效的外保温系统


被动式低能耗建筑保温系统,应连续完整,无结构性热桥。


所谓“高效”,指外保温系统在尽量小的厚度范围内,达到优越且均衡的保温性、隔热性、热惰性、透汽性和气密性等,同时兼顾系统性、相容性、耐久性。


各部位非透明外围护结构的传热系数K,可参考下表规定。当采用分户式采暖/制冷系统时,还应对楼梯间隔墙、分户墙、楼板采取保温措施。


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03 高性能的外门窗系统


高性能门窗应兼具保温隔热和对太阳辐射的利用与遮蔽功能。


门窗的选择应从卫生性、能效性、舒适性等多视角进行统筹考虑,综合评估门窗的传热系数、抗结露性能、气密性、水密性、隔声性,以及门窗玻璃的光学性能。


外门窗紧贴结构墙体外侧安装。外墙保温层尽量覆盖窗框型材,型材外露宽度控制在15mm。对于窗框较窄或有外遮阳、纱窗等安装要求的外窗,外墙保温层覆盖窗框型材宽度应≥ 30mm。


外窗上口和侧口采用角钢固定,角钢与结构墙体之间设置隔热垫片;下口采用隔热垫块支撑。


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采用扁平角钢,避免刺破防水透汽膜,且保证防水透汽膜粘贴平整


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表3 建筑外门窗的性能指标要求

注:CRF 为抗结露因子


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表4 建筑外门窗玻璃的性能指标要求