被動屋在青島地區的發展及建筑節能技術分析

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境需求的同時，對節能減排和保護環境有著非常重大的意義。本文結合青島“中德被動屋體驗中心”項目探討了青島地區被動屋建設中的房屋結構、保溫材料、熱回收新風系統、后期維護等方面的關鍵技術，對推動被動屋在青島地區的建設發展和應用推廣有著重要意義。

關鍵詞：被動屋；綠色建筑；建筑節能

一、被動屋的概念與發展

“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Bo Adamson教授一同提出的。在不設傳統采暖設施的情況下僅依靠自然條件如太陽能以及新風系統等技術，維持全年室內溫度在20～26 ℃，能更好滿足人們需求的房屋稱之為被動式房屋。

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

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

隨著被動式房屋在全國各地陸續出現，青島“中德被動屋體驗中心”采用的建筑節能技術對超低能耗綠建項目在青島地區的建設發展和應用推廣有著重大意義，而其也將建設成為國內最大被動屋建筑群，現結合中德生態園代表建筑對青島地區被動屋建筑節能關鍵技術進行探討。

二、被動屋的建筑節能關鍵技術

1. 建筑結構分析

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外窗結構，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。外墻在建設時還要注意避免熱橋的產生。

由于青島市緯度相對較低，故太陽輻射較高，利于冬季采暖。因此考慮經濟等多方面影響，青島地區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計，應當在房屋內設計一個完整連續的氣密層。為預防室內空氣過于潮濕，應在房屋面、內外墻設置防水層。青島中德生態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，為實現超低能耗建筑提供了良好的結構基礎。在排水方面采用先進的同層排水技術，解決了侵占空間、噪音干擾、漏水等問題，實現了家庭衛生間的獨立化，使室內保持清新的空氣，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熱系數較低的輕質砌體和輔助保溫的空心墻體，采用輕質混凝土、加氣混凝土或者空心磚。因此，在傳熱系數相同的情況下，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，主要有兩種復合方式：一是利用鋼筋混凝土上的絕熱材料復合，二是在鋼混結構的基礎上，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，用鋼絲網水泥砂漿罩面。外墻內保溫中通常使用的處理方法有鋼絲網架聚苯復合板，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合板外墻內保溫，這種材料是利用自熄性聚苯板材，四周六面復合10 mm厚增強水泥，水泥層內滿包耐堿玻纖網格布增強。青島中德生態園的被動房建筑，在外墻保溫方面，采用了先進的施工技術，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施工技術，并且還采用了地下室外墻防火防水泡沫玻璃保溫技術。在房屋使用一年后，中德生態園被動房室內的平均溫度為23 ℃，整個年度的室內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，使得夏季保持室內涼爽；冬季室內熱量會被反射回去，也使室內保持溫暖。

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，深度應加大到2.5～3.0 cm，要保證窗框不透風。為了避免熱橋效應，被動式建筑使用不銹鋼板或者塑料材質的間隔條。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，在玻璃內填充氬氣等惰性氣體。

屋面保溫材料多為導熱系數小于0.25的輕質多孔材料。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。對于不同的屋面構造，保溫處理也不盡相同。平屋頂的坡度較緩，一般是在結構層的上面設置保溫層。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，地下室頂板采用了220 mm厚巖棉板與水泥纖維板結合技術，保溫效果更佳。

3. 節能設備應用分析

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

新風系統的主要功能是控制室內的溫度、濕度和二氧化碳濃度等保持在標準所要求的范圍內。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。新風管網的清潔靠過濾器實現。過濾面積越大，通風受到的阻力越小，所以要在安裝和經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，應該注意青島本地空氣的粉塵濃度。新風系統有三層濾網，可以進行三次凈化、熱回收、除濕，起到良好的過濾凈化作用。青島地區冬季較冷，建議采用防凍的過濾器。夏季濕度較大，新風系統中要有二次除濕功能，高效的新風系統，節約除濕及再生能耗，熱回收效率達75%以上。新風系統中機組運行難免會產生一些噪音，應設置消聲器。

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

4. 被動屋的后期維護

青島被動房體驗中心剛建成時可節約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，提高被動房的使用年限，對于被動房的發展至關重要。

被動房的三大指標是氣密性、能耗和室內環境參數，良好的氣密性是被動屋低能耗、室內環境舒適的保證。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、暖通空調系統。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構，此外還要特別關注易磨損部分的使用情況；對于暖通空調系統的日常維護，物業管理部門應將其型號、維修周期及廠家聯系方式等信息提供給用戶，并建議用戶請廠家專業人士定期清理更換，保證熱回收率。物業管理的專業人員需要按照設備說明的建議值對供暖、供冷、通風系統進行設置，避免數值的過高或過低。

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

三、結語

被動屋的建設和使用不僅能提高我國建筑節能技術，改善居住環境質量，而且還能有效地減少能耗，節約資源。本文在對青島“中德被動屋體驗中心”項目分析的基礎上，探討了被動屋在建筑節能方面的關鍵技術，對被動屋在青島地區的發展和應用具有積極的意義。

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注：本文系青島農業大學大學生科技創新項目。

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。