被动屋在青岛地区的发展及建筑节能技术分析

段旭 王珊珊 郭超 辛颖颖 主旋律

摘 要：被动式房屋在满足居住者较高环境需求的同时，对节能减排和保护环境有着非常重大的意义。本文结合青岛“中德被动屋体验中心”项目探讨了青岛地区被动屋建设中的房屋结构、保温材料、热回收新风系统、后期维护等方面的关键技术，对推动被动屋在青岛地区的建设发展和应用推广有着重要意义。

关键词：被动屋；绿色建筑；建筑节能

一、被动屋的概念与发展

“被动式房屋”（又称超低耗能绿色建筑）这一新理念是在1988年由德国的Wolfgang Feist教授与瑞典隆德大学Bo Adamson教授一同提出的。在不设传统采暖设施的情况下仅依靠自然条件如太阳能以及新风系统等技术，维持全年室内温度在20～26 ℃，能更好满足人们需求的房屋称之为被动式房屋。

被动屋作为节能式建筑在欧洲已取得广泛的认可，而在国内尚处于推广发展阶段。2010年，通过世博会引入的德国“汉堡之家”是中国第一座经过PHI认证的被动房建筑，也是被动屋在中国的首次出现。2013年1月，建成的第一个本土化示范项目——秦皇岛“在水一方”，引起业界的广泛关注。随后在北京、河北、黑龙江等地区也开始发展并建设被动式建筑。

被动房作为一种舒适度高、耗能低、经济性的建筑得到国内外高度认可，近年来国内为强化建筑节能出台了政策文件，2016年2月《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出：结合各地区的自然气候特点发展绿色建筑节能建筑。同年，山东省住房和城乡建设厅推出《山东省住房城乡建设领域大气污染防治行动计划（2016—2017）》，提出建设被动式超低能耗建筑试点工程，助推绿色城镇化建设。国务院印发《“十三五”节能减排综合工作方案》，明确了节能减排工作的任务之一为强化节能建筑。提出到2020年，城镇绿色建筑面积占新建建筑面积的50%。一系列节能减排文件的出台使得被动式节能建筑迎来了大发展，被动式房屋是现代低碳节能建筑发展的重点方向。

随着被动式房屋在全国各地陆续出现，青岛“中德被动屋体验中心”采用的建筑节能技术对超低能耗绿建项目在青岛地区的建设发展和应用推广有着重大意义，而其也将建设成为国内最大被动屋建筑群，现结合中德生态园代表建筑对青岛地区被动屋建筑节能关键技术进行探讨。

二、被动屋的建筑节能关键技术

1. 建筑结构分析

被动式房屋需要借助大量的太阳能并且尽量减少热能的浪费，一般窗户在被动式房屋中为内外窗结构，中间用惰性气体填充。在墙面方面，与普通房屋不同，被动式房屋的外墙因设置保温层一般较厚。保温层首先要完全密闭、粘合，其次保温层要符合国家防火的标准。外墙在建设时还要注意避免热桥的产生。

由于青岛市纬度相对较低，故太阳辐射较高，利于冬季采暖。因此考虑经济等多方面影响，青岛地区被动式房屋保温层厚度可略低于平均值。青岛为沿海城市，气候潮湿，为满足房间的气密性及冷凝防潮的设计，应当在房屋内设计一个完整连续的气密层。为预防室内空气过于潮湿，应在房屋面、内外墙设置防水层。青岛中德生态园的被动式房屋多为南北朝向，窗墙比较低，窗户极厚且为双层，中间用气体填充，玻璃采用暖边间隔条，为实现超低能耗建筑提供了良好的结构基础。在排水方面采用先进的同层排水技术，解决了侵占空间、噪音干扰、漏水等问题，实现了家庭卫生间的独立化，使室内保持清新的空气，并减少了由于水管穿插带来的热量流失。

2. 房屋保温材料分析

被动式房屋外墙大多采用材料导热系数较低的轻质砌体和辅助保温的空心墙体，采用轻质混凝土、加气混凝土或者空心砖。因此，在传热系数相同的情况下，外墙外保温厚度可以小一些。外墙保温有两种类型。一是单一材料保温，目前比较有实用性的单一材料是利用蒸压加气混凝土，既能起维护作用，又能起保温作用。二是复合材料保温，这种比较适合对保温性能有更高要求的建筑，主要有两种复合方式：一是利用钢筋混凝土上的绝热材料复合，二是在钢混结构的基础上，利用薄壁材料加绝热墙体做成夹心墙。这里又可以分为内保温和外保温两种方式。外墙外保温是当下最常用的外墙保温形式，外保温通常的做法是将聚苯板粘黏在外墙的表面，并用玻纖维布覆盖，用聚合物水泥砂浆罩面。还有一种方法是将岩棉板粘黏钉挂在外墙外表面，用钢丝网水泥砂浆罩面。外墙内保温中通常使用的处理方法有钢丝网架聚苯复合板，表面为水泥砂浆抹灰层加涂料饰面层。还有一种是增强水泥聚苯复合板外墙内保温，这种材料是利用自熄性聚苯板材，四周六面复合10 mm厚增强水泥，水泥层内满包耐碱玻纤网格布增强。青岛中德生态园的被动房建筑，在外墙保温方面，采用了先进的施工技术，采用了250 mm厚双层错缝岩棉板加防水透气膜外墙保温系统施工技术，并且还采用了地下室外墙防火防水泡沫玻璃保温技术。在房屋使用一年后，中德生态园被动房室内的平均温度为23 ℃，整个年度的室内温度的波动值不超过8 ℃，满足被动房舒适性的要求。

被动式房屋的窗户使用三层玻璃，玻璃的传热系数U值在0.5～0.8之间。除了有三层保温玻璃，一般还会有两层锥膜，用来降低玻璃的辐射率。以LOW-E玻璃为例，在玻璃上涂抹上一层100 nm的金属镀层，主要是银，有反射阳光的作用，使得夏季保持室内凉爽；冬季室内热量会被反射回去，也使室内保持温暖。

另外，普通窗户玻璃的安置深度大约为1.5 cm，但对于要求有低能耗的窗户，深度应加大到2.5～3.0 cm，要保证窗框不透风。为了避免热桥效应，被动式建筑使用不锈钢板或者塑料材质的间隔条。以中德为例，被动房采用了三玻保温窗，玻璃采用暖边间隔条，在玻璃内填充氩气等惰性气体。

屋面保温材料多为导热系数小于0.25的轻质多孔材料。一般的保温材料有三种，一是松散的保湿材料，如膨胀珍珠岩、矿棉等。二是整体的保温材料，有水泥和沥青等胶结材料，整体浇筑在需要保温的地方。三是板状保湿材料，如加气混凝土板、泡沫混凝土板。对于不同的屋面构造，保温处理也不尽相同。平屋顶的坡度较缓，一般是在结构层的上面设置保温层。若建筑为上人屋面，屋面采用双层150 mm厚XPS挤塑聚苯板作为保温层。对于中德生态园的被动式建筑的屋面采用了430 mm厚的挤塑板保温施工技术，地下室顶板采用了220 mm厚岩棉板与水泥纤维板结合技术，保温效果更佳。

3. 节能设备应用分析

被动房通过自然采光和自然通風的设计，营造室内舒适的环境，最大化地减少能源消耗。其室内舒适性依赖于新风系统，同时也少不了能量的供应。下面分别对这两方面进行分析。

新风系统的主要功能是控制室内的温度、湿度和二氧化碳浓度等保持在标准所要求的范围内。被动屋采用的是热效率高、风机功率消耗低的集中式新风机，所占空间小。新风系统的空气进出口位于一处，风口两边进风，中间出风，形成风压团，利于进出风。新风管网的清洁靠过滤器实现。过滤面积越大，通风受到的阻力越小，所以要在安装和经济等合理的情况下尽可能大，以减小阻力损失。粉尘浓度高，过滤器使用寿命短，在选择室外新风入口过滤器的尺寸时，应该注意青岛本地空气的粉尘浓度。新风系统有三层滤网，可以进行三次净化、热回收、除湿，起到良好的过滤净化作用。青岛地区冬季较冷，建议采用防冻的过滤器。夏季湿度较大，新风系统中要有二次除湿功能，高效的新风系统，节约除湿及再生能耗，热回收效率达75%以上。新风系统中机组运行难免会产生一些噪音，应设置消声器。

新风系统冬夏季会在地源热泵的配合下使用。地源热泵系统是一种利用浅层地热资源的可供冷、供暖的高效节能空调系统，利用地球本体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的冷暖空调系统，地源热泵的使用减少了对其他能源的依赖，大大节约了能源使用，被认为是一种可持续发展的“绿色空调”。

4. 被动屋的后期维护

青岛被动房体验中心刚建成时可节约92%的能量，但在运行两年之后变成了90%，说明被动房的后期维护还存在问题，所以提高被动房的维护技术，提高被动房的使用年限，对于被动房的发展至关重要。

被动房的三大指标是气密性、能耗和室内环境参数，良好的气密性是被动屋低能耗、室内环境舒适的保证。因此，在后期维护与二次施工方面，笔者认为主要从两个方面着手：气密性的检验、暖通空调系统。被动屋的气密性主要依靠高性能保温效果的门窗、外墙和屋面等围护结构，此外还要特别关注易磨损部分的使用情况；对于暖通空调系统的日常维护，物业管理部门应将其型号、维修周期及厂家联系方式等信息提供给用户，并建议用户请厂家专业人士定期清理更换，保证热回收率。物业管理的专业人员需要按照设备说明的建议值对供暖、供冷、通风系统进行设置，避免数值的过高或过低。

在项目后期维护和运营过程中，宜采用BIM技术。通过BIM建造的可视化程度高的模型，对新风系统的运行情况、室内PM2.5、二氧化碳浓度、温度、湿度等可以进行实时监测，提前找出被动屋在维护和运营时可能存在的问题，采取最有效的预防和改进措施，提高管理水平和效率。

三、结语

被动屋的建设和使用不仅能提高我国建筑节能技术，改善居住环境质量，而且还能有效地减少能耗，节约资源。本文在对青岛“中德被动屋体验中心”项目分析的基础上，探讨了被动屋在建筑节能方面的关键技术，对被动屋在青岛地区的发展和应用具有积极的意义。

参考文献：

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[4]丁枫斌，于正杰，吕占志.被动式超低能耗建筑在青岛地区的实施研究——以青岛中德生态园被动房示范项目为例[J].建设科技，2014（21）.

注：本文系青岛农业大学大学生科技创新项目。

作者简介：段旭（1997— ），女，山东济南人，本科在读，研究方向：工程项目管理方向。