天津市被動式住宅中給排水設計要點分析

劉建華，劉小芳，李旭東，馬旭升（天津市建筑設計院，天津 300074）

1 被動式住宅

被動式住宅起源于 20 世紀 90 年代的德國城市法蘭克福。這類住宅使用超厚的絕熱材料和復雜的門窗，主要通過住宅本身的構造做法達到高效的保溫隔熱性能，并利用太陽能和家電設備的散熱為居室提供熱源，減少或不使用主動供應的能源，即便是需要其他能源供應，也盡量采用清潔的可再生能源。

被動式住宅的主要技術特征為：① 保溫隔熱性能更高的非透明圍護結構；② 保溫隔熱性能和氣密性能更高的外窗；③ 無熱橋設計與施工；④ 建筑整體的高氣密性；⑤ 高效新風熱回收系統；⑥ 充分利用可再生能源。

根據我國目前能源和環境狀況，被動式住宅將會逐漸成為我國住宅的發展方向。目前天津市居住建筑已經實施了DB 29-1─2013《天津市居住建筑節能設計標準》四步節能設計標準，已開展了數棟被動房建設示范實踐工作，如中新天津生態城的公屋二期 4 號、5 號樓，凱祥花園 48號、49 號樓。同時也已開展了被動式住宅指標體系研究、被動房建設實施關鍵技術研究等課題研究。

被動式住宅的主要技術特征之一是建筑整體的高氣密性，氣密層應連續并包圍整個外圍護結構。給排水管線穿越樓層、屋面、內墻和外墻，管線貫穿處易發生氣密性問題。天津市屬于寒冷地區，貫穿采暖和非采暖空間的給排水管線應重視管線的保溫，防止出現熱橋。國家住房和城鄉建設部《被動式超低能耗綠色建筑技術導則(試行)》(居住建筑)和河北省DB 13(J)/T 177─2015《被動式低能耗居住建筑節能設計標準》均未包含給排水設計的內容。因此有必要研究天津市被動式住宅中給排水設計的重點，以指導給排水工程師了解被動式住宅的特殊設計要求，幫助設計師在設計中充分發揮主動性。

2 天津市氣候特點分析

天津地處北溫帶，位于中緯度亞歐大陸東岸，受季風環流的支配，東亞季風盛行，屬暖溫帶半濕潤季風性氣候。臨近渤海灣，受海洋氣候影響明顯。全市年平均氣溫 11～12℃。全年 1月最冷，平均氣溫零下 4～6 ℃，極端最低氣溫可達－22.7 ℃。7月最熱，平均氣溫在 26 ℃ 以上，極端最高氣溫曾達到 41.2 ℃。全年氣溫差為 30～32 K ，全市無霜期在135～239 d 之間，最冷月的干球溫度變化見圖1。

圖1 天津市最冷月干球溫度變化圖

天津市屬于寒冷地區，因此設備、管道及其附件的設計必須充分考慮到保溫防凍，以及室內外冷熱空氣的交換、非采暖空間和采暖空間的傳熱等問題。

3 給排水設計重點分析

本文以天津市某公屋二期 4 號、5 號樓為例，介紹被動房設計中給排水專業的氣密性設計、保溫設計及可再生能源利用等內容。

3.1 項目概況

天津市某公屋二期項目 4 號、5 號兩棟樓作為被動房推廣研究試點，是嚴格按照德國被動房標準進行試點建設的。項目總建筑面積為 7 063 m2，建筑層數為 16 層。通過高隔熱隔音、密封性強的建筑外墻和可再生能源得以實現低能耗標準，一次能源消耗不高于 120 KWh / m2·a 。本項目中的給排水系統包括給水系統、中水系統、排水系統和太陽能熱水系統。

3.2 氣密性設計

被動式房屋應具有連續完整的、包繞整個采暖體積的氣密層。由不同材料構成的氣密層的連接處必須妥善處理，并做好各種管道間隙的封堵，保證氣密層的完整性。良好的氣密性可以減少冬季冷風的滲透，降低夏季非受控通風引起的供冷需求增加，避免濕氣侵入造成的建筑發霉、結露和損壞，減少室內噪聲和空氣污染等不良因素對室內環境的影響，提高居住者的生活品質。因此，室內給排水管道穿越樓層、隔墻及管道井井壁時套管與管道之間縫隙應采用密實材料填實，并用軟密封防水填料灌平。常見的密實材料包括石棉水泥和油麻，軟密封防水填料可選瀝青油膏之類。具體做法可參照 DBJT 29-18─2013《天津市建筑標準設計圖集》(2012 年版)。

3.3 保溫設計

3.3.1 管道保溫的常規設計

保溫層的厚度根據管徑、環境溫度和介質溫度等因素通過計算確定。本項目管道井的給水、中水、消防管道做 30 mm 厚橡塑保溫，首層給水、中水、消防管道應做 50 mm橡塑保溫。屋頂太陽能緩沖水箱補水管做 50 mm 厚橡塑保溫，并采用電伴熱。太陽能熱水管道保溫采用橡塑保溫，室外管道保溫厚度為 80 mm，外保護采用 0.3 mm 鋁皮，室外換熱循環管道采用電伴熱，水箱間管道保溫厚度為 80 mm 并有空調扎帶外保護。衛生間管井中的熱水供回水管均做 30 mm 厚橡塑保溫。

3.3.2 套管與管道間的保溫設計

被動房設計的一個重點是圍護體系的保溫性能，建筑外墻和屋面是圍護體系主體。當圍護結構的阻熱性能明顯提高以后，熱橋/冷橋就成為影響圍護體系保溫效果的重要因素。被動房要求外圍護結構的保溫層應連續完整，嚴禁出現結構性熱橋，因此室內給排水管道穿越屋面、外墻、非采暖空間墻體或樓板時套管與管道間應設置保溫絕熱層，絕熱層厚度按 GB 50264─2013《工業設備及管道絕熱工程設計規范》全年運行最大允許熱損失量計算，并按照選用絕熱層厚度增大樓板和墻體的預留空洞尺寸。

3.3.3 排水管道的保溫設計

就給排水設計而言，被動式住宅與常規設計的不同之處在于靠近非采暖空間的排水管道和通氣管道也應進行保溫設計，目的是減少非采暖空間與采暖空間之間通過排水管道系統進行的冷熱量交換。

建筑內部排水管道和通氣管道可采用的管材包括建筑排水塑料管和柔性接口機制排水鑄鐵管兩大類。具體管材有排水鑄鐵管、排水硬聚氯乙烯管 (PVC-U)、排水共聚聚丙烯管 (PP-B)、排水聚乙烯 (PE) 鋼塑復合管、高密度聚乙烯 (HDPE) 雙平壁鋼塑復合管等。在保溫絕熱工程中，金屬管材和塑料管材絕熱層的厚度相差較大。在管徑、環境溫度和介質溫度相同的條件下，金屬管的絕熱層厚度要比塑料管的絕熱厚度大得多，因此針對不同的管材應分別計算絕熱層厚度。絕熱層厚度按 GB 50264─2013 全年運行最大允許熱損失量計算，絕熱層厚度的確定參考了 DBJT29-18─2013，金屬管道絕熱層厚度參考數據如表1 所示。

表1 金屬管道絕熱層厚度參考表 mm

塑料管道絕熱層次厚度參考數據如表2 所示。

表2 塑料管道絕熱層厚度參考表 mm

天津市某公屋二期 4 號、5 號樓為 16 層住宅，首層是自行車庫和設備用房，為非采暖空間。因此在項目設計過程中對首層、15 層和 16 層的排水立管管道做了保溫設計，加大了衛生間管道井的尺寸和樓板預留孔洞尺寸。排水管道保溫做法示意見圖2。

圖2 排水管道保溫做法示意圖

從圖2 可以看出，排水立管和通氣管均采用橡塑保溫，衛生間和廚房的排水立管保溫厚度為 50 mm，冷凝水排水立管和除濕機排水立管保溫厚度為 30 mm。

3.3.4 管道附件的保溫設計

《德國被動房設計和施工指南》中提到，從熱工角度看，熱損失大多出現在三通、緊固件和閥門區域，沒有做好連續保溫或出現熱橋的部位是熱損失的主要部位。因此，靠近非采暖空間或位于非采暖空間的水系統管件均應做良好保溫，尤其應做好三通、緊固件和閥門等部位的保溫，避免發生熱橋。管件、閥門等管道附件應做同管道相同厚度的保溫處理。室內管道固定支架與管道接觸處設置隔音墊，避免發生熱橋，防止噪聲產生及擴散。

一般室外雨水立管通過管卡和膨脹螺栓與外墻進行連接。為消除與外墻連接的金屬構件與墻體接觸部位發生熱橋現象，與外墻接觸的雨落管固定件需做防熱橋施工技術處理，金屬構件與基墻的連接處應采用厚度≥ 20 mm 的保溫材料作墊層。本項目扁鋼卡子與基墻連接處設置了隔熱墊。雨落管與墻體的連接示意如圖3 所示。

圖3 雨落管與墻體的連接示意圖

3.4 可再生能源的利用

被動式住宅要求通過高隔熱隔音、密封性強的建筑外墻和可再生能源實現低的能耗標準，因此生活熱水系統的熱源應盡可能地利用余熱、廢熱及可再生能源。生活熱水系統的熱源應根據建筑功能、高度、使用標準和節能環保等因素，經技術經濟比較后確定，優先考慮利用余熱、廢熱、太陽能和深層地熱等，在一定條件下可采用空氣源熱泵和地源熱泵。

本項目衛生間熱水采用集中集熱－分戶儲熱的太陽能熱水系統。太陽能保證率取 0.8，太陽能熱水系統通過屋頂集中放置的太陽能集熱器收集熱量，通過熱媒管道(防凍液)將熱量通過換熱器儲存到緩沖水箱中，由緩沖水箱再輸送至戶內儲熱水箱進行換熱并儲存。當太陽能光照不足時住戶可通過每戶儲熱水箱內的電輔助加熱裝置進行加熱，保證熱水供應。

4 結 語

鑒于目前的實際工程案例相對較少，且國內外關于被動房中給排水設計的要求沒有明確規定，希望本文可成為指導天津市被動式住宅設計的參考，待實際工程竣工后可通過現場考察和檢測來驗證和深入梳理給排水設計要點。