鐵路公共建筑應用被動式建筑技術的研究與探討

裴洪梅

摘 要：近年來，我國的交通行業有了很大進展，鐵路工程建設越來越多。本文針對鐵路公共建筑普遍存在的技術、經濟、安全問題，通過運用包括新型保溫系統、高效新風熱回收系統、電熱膜供暖系統、光伏發電和儲能系統在內的被動式超低能耗綜合技術體系，來大幅度降低圍護結構、供暖空調系統和電照系統的能源消耗，切實提升建筑的功能性、安全性、耐久性和全壽命經濟性，實現被動式超低能耗建筑的建設、運用目標，結合裝配式體系、構造，打造綠色建筑。

關鍵詞：寒冷地區;公共建筑;被動式超低能耗;裝配式結構

引言

被動式建筑能夠有效降低建筑能耗，營造一個人與自然、房屋三者和諧共處的建筑環境。而隨著被動式建筑設計理念與技術的不斷成熟，其為實現建筑的節能降耗提供了切實有效的解決方案，為建筑行業的健康發展帶來了積極的促進作用。

1被動式建筑的概念

“被動房”（德語：Passivhaus）主要指通過建筑自身的空間形式、圍護結構、建筑材料與構造的設計，而非利用機械設備等，以減少用于建筑的能耗，達到充分利用自然資源、節約能源作用的建筑，是瑞典隆德大學的BoAdamson教授和德國被動式房屋研究所的WolfgangFeist博士于1988年5月提出的。被動房這一理念被引進我國后，產生了一系列中國化的概念。其中最先提出的“被動式超低能耗建筑”，是指適應氣候特征和自然條件，通過選用保溫隔熱性能和氣密性能更高的圍護結構，采用高效新風熱回收技術，最大程度降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供健康舒適室內環境的建筑。

2鐵路公共建筑被動式建筑技術

2.1建筑結構方面

當前鐵路房建工程普遍采用有機或無機保溫塊材為主的外保溫體系，即保溫板置于外墻外側，通過釘、膠結合等方式被動地固定于圍護墻體。（1）通常情況下，保溫材料強度和固定方式決定保溫外墻的平整度和觀感，其效果本身就很不理想，加之抗裂保護層（兩膠一網的抗裂砂漿復合網格布）僅3～5mm厚，且與保溫板導熱系數相差較大，在外界高溫或者溫差變化等因素影響下，容易造成保溫體變形或保護層開裂。在冬季寒冷地區，通過裂隙侵入保溫板間、尤其是保溫板與基層墻體間的水分凍漲，通常會導致保溫層變形，開裂，乃至脫落。（2）幕墻情況下，龍骨節點板的構造形式和分布密度會直接影響保溫板與墻身的固定，造成保溫層不連續或在節點板處產生冷橋。主次龍骨的布設情況及其與基層墻體的間距又使保溫板材很難達到固定可靠、厚度合格。外敷的防水透氣膜也就無法連續有效、布設可靠，致使防水透氣功能喪失。以上情況會造成外保溫體系的功能降低乃至喪失，導致墻體受凍、外墻內表面結露脫落、以及室溫過低等影響建筑物的熱工性能及使用舒適性，加大建筑能耗，降低建筑耐久性和安全性。

2.2自然通風

良好的自然通風系統可以顯著提高室內空氣品質，降低建筑通風系統能耗。在被動式建筑中，常采用的通風方式包括：穿堂風、單側通風和中庭通風。從原理上來說可分為：風壓通風和熱壓通風。風壓通風，即建筑迎風面對氣流的阻擋導致迎風面靜壓升高，而背風面靜壓下降，當人打開窗戶，由于建筑兩側存在風壓差，導致氣流從正壓區流入建筑物，從負壓區流出建筑物，形成穿堂風或單側通風。利用自然通風原理，在進行建筑規劃時可將建筑主要功能間設在正壓區，而設備間、衛生間等空氣質量要求不太高的房間設在負壓區，讓室外新鮮空氣從正壓區流入建筑，從負壓區流出，最大限度地改善室內空氣品質。熱壓通風又稱煙囪效應，當室外空氣進入室內被加熱后，其密度減小，向建筑物上方流動，經過頂部出風口排到室外，空氣密度較低的底部區域卷襲室外新鮮空氣進入室內，如此往復循環。熱壓通風通常應用在建筑進深較大或氣流組織流動較差的場合。中庭通風，即是典型的熱壓通風實例，通過在建筑物內部設置豎井空間或煙囪空間，可有效促進室內空氣快速流動，改善室內空氣品質。

2.3氣密性構造設計

被動式低能耗房屋的氣密性必須滿足N50≤0.6，被動房建筑外圍護結構只允許有一個包裹整棟建筑的圍護結構氣密層，密層一般位于外墻內側，它同時可以作為隔氣層。氣密層要保證連續，不能中斷。管線穿墻是最容易形成缺陷的地方，兩種不同墻體的結合處由于兩種材料的熱脹冷縮系數不同，容易形成內外通縫，設計階段就應避免或減少其數量。

2.4電照系統方面

（1）一級負荷占比約15%～30%，國網外電作為唯一電源，采用雙路互投或UPS電池確保供電。（2）二級及以下負荷中，除照明及墻身插座用電之外，電供暖系統、新風熱回收系統、分體或多聯機空調系統以及電伴熱系統用電是本級負荷中的絕對主導負荷。根據本級負荷的使用特點，使用太陽能光伏電池及儲能系統作為主要電源，國網外電作為應急輔助電源。光伏電池板的布設，以站臺雨棚屋面、站區的安全隔離區地面為主，也可結合部分建筑屋面和構筑物頂面進行整體安排。有條件的情況下，可布設集中式的小型地面光伏電站統一解決。（3）用電總負荷的70%～85%采用光伏電源后，極大地降低了電照系統的建設費用、尤其是后期運營費用。在其25a的有效工作期內，維護工作量、維護費用都很低。在6～7a的成本回收期后，可無成本地提供18～19a的免費綠色電源。

2.5機電系統施工

新風機進行噪聲隔離處理;管道、緊固件、三通、閥門均需保溫施工;做好施工過程產生的新熱橋和氣密性處理;新風不允許直接吹入人員逗留區。

2.6建筑遮陽

建筑遮陽可降低進入室內的太陽輻射量，同時防止產生眩光影響視線。按遮陽設備的布置位置可將建筑遮陽分為室外遮陽和室內遮陽。室外遮陽的隔熱遮光效果要優于室內遮陽，而室內遮陽的目的主要是防止眩光。按遮陽方式的不同又可分為水平式、垂直式和擋板式。水平式能夠有效遮擋太陽高度角較大時的來自上方的直射陽光，適合布置在南向或接近南向的窗口;垂直式能夠遮擋太陽高度角較低時從窗戶兩側照射過來的陽光，適合布置在東西向窗口。擋板式能夠阻擋從窗口正前方射來、太陽高度角較小的直射陽光，適合布置在東西向的窗口。在設計建筑遮陽時，應綜合考慮建筑朝向與設計要求，選擇適宜的遮陽措施。還可采用活動遮陽的方式，根據需求適時調整攝入室內的太陽輻射量，兼顧冬季采暖與夏季防曬的需求。

結語

綜上所述，應用被動式超低耗能綜合技術體系進行寒冷地區公共建筑的建設與運用，在切實提升建筑功能性、安全性、耐久性的同時，能大幅降低圍護結構、供暖空調系統和照明系統的能源消耗，最大限度地減少建筑耗能、提高建筑全壽命經濟性，實現被動式超低能耗建筑的建設、運用目標，具有顯著的社會和經濟效益。同時，對塑造綠色、環保、低碳的良好鐵路企業形象，順利推進企業的可持續發展，踐行“交通強國，鐵路先行”理念具有重要意義。

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