石家莊融創(chuàng)城（高層被動房）

圖1 項目效果圖

北京康居認(rèn)證中心曹恒瑞 郝生鑫 陳秉學(xué) 馬伊碩

石家莊融創(chuàng)貴和房地產(chǎn)開發(fā)有限公司王沖 于福輝

項目概況

石家莊融創(chuàng)城項目位于石家莊欒城區(qū)，地上18 層，地下2 層，建筑高度為55.35m，建筑面積9497.92m2，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)。規(guī)劃戶數(shù)72 戶，規(guī)劃人口3人/ 戶，體型系數(shù)0.32，東、南、西、北向窗墻面積比分別為0.30、0.60、0.30、0.38。項目效果圖見圖1，標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見圖2。

圖2 項目標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

技術(shù)方案

項目采用被動式低能耗建筑技術(shù)方案，其技術(shù)手段包括：

（1）確保優(yōu)越的建筑氣密性，規(guī)避非預(yù)期氣流滲透，造成不必要的通風(fēng)熱損失，同時避免由于冷氣滲入而形成的室內(nèi)局部溫度下降及相對濕度不足等影響居住質(zhì)量和舒適度的情況；

（2）采用高效的非透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)外保溫系統(tǒng)，確保外圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有均衡的保溫性、隔熱性、熱惰性、蓄熱性、透氣性和氣密性等性能，同時兼顧系統(tǒng)性、相容性、耐久性；

（3）采用高性能的外門窗系統(tǒng)，門窗系統(tǒng)本身集成衛(wèi)生性、能效性、舒適性等多視角設(shè)計要求，同時注重安裝方式的熱工性能；

（4）執(zhí)行無熱橋的設(shè)計理念與建筑節(jié)點構(gòu)造方式，從而確保室內(nèi)溫度的均衡性，避免結(jié)露和局部溫度過低現(xiàn)象，同時通過精細(xì)化的能源節(jié)流管理，實現(xiàn)室內(nèi)人員、照明、家電等散熱可作為建筑的穩(wěn)定熱源考慮；

（5）帶有高效熱回收裝置的通風(fēng)系統(tǒng)，將人為通風(fēng)變?yōu)橛薪M織通風(fēng)，通過智能化控制確保室內(nèi)空氣品質(zhì)，同時回收排出空氣中的熱量和濕量，循環(huán)利用。

項目的技術(shù)核心是提升建筑的本體性能，從需求側(cè)最大限度地降低建筑的采暖、制冷、通風(fēng)能耗。在供應(yīng)側(cè)盡量減少機械化設(shè)備，以最簡化的設(shè)備來實現(xiàn)低能耗和高舒適度的目標(biāo)，從而實現(xiàn)技術(shù)方案的最佳經(jīng)濟(jì)性。

建筑氣密性

被動式低能耗建筑區(qū)域范圍為：地上1-18 層、屋面層樓電梯間，以及北側(cè)樓電梯間的地下部分。被動區(qū)范圍邊界上的保溫、氣密連續(xù)包繞，且門、窗均為符合被動式要求的被動窗、被動門。

建筑氣密性設(shè)計方案為，整棟建筑具有包繞整個采暖體積的、連續(xù)完整的氣密層；每個公寓具有各自的包繞整個采暖體積的、連續(xù)完整的氣密層；樓電梯間及前室、走廊為單獨氣密區(qū)。項目氣密區(qū)設(shè)計見圖3。

圖3 項目氣密區(qū)設(shè)計

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)

1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性、熱惰性

本項目為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，局部采用蒸壓加氣混凝土砌塊墻填充墻，砌塊容重大于500kg/m³。墻體熱惰性良好。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用外保溫系統(tǒng)。更多超低能耗建筑項目，請登錄被動房之家網(wǎng)站。

外墻、屋面、不采暖地下室頂板、地下室外墻、地面等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以及被動區(qū)內(nèi)部樓梯間隔墻、分戶墻、分戶樓板等位置的保溫措施、保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，以及熱惰性指標(biāo)D 值等詳見表1。

2 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性、相容性、耐久性

外墻外保溫系統(tǒng)配備門窗連接線條、滴水線條、護(hù)角線條、伸縮縫線條、斷熱橋錨栓等配件，以及預(yù)壓膨脹密封帶、密封膠等，以提高外保溫系統(tǒng)的保溫、防水和柔性連接能力，保證系統(tǒng)的耐久性、安全性和可靠性。

外墻外保溫系統(tǒng)的飾面涂料采用透氣性良好的水性外墻涂料，與薄抹灰系統(tǒng)具備良好的相容性。屋面防水保溫系統(tǒng)，含隔汽層、保溫層、防水層，按Ⅰ級防水要求設(shè)防，防水材料滿足相容性要求。系統(tǒng)干作業(yè)施工，屋面保溫層采用聚氨酯膠粘劑粘接。

3 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性

出于系統(tǒng)安全性考慮，國內(nèi)部分被動式低能耗建筑項目采用額外設(shè)置保溫托架的方式來避免由于粘接強度不足而引起的保溫層下滑、脫落現(xiàn)象。顯然，提高粘接砂漿的粘接性能、確保粘接質(zhì)量，是解決問題的根本。然而，在充分考慮保溫托架斷熱橋處理，同時確保其周邊保溫板鋪設(shè)質(zhì)量的前提下，采用托架作為輔助支撐措施，可視作一種階段性的工程解決方式。

表1 非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫措施

本項目根據(jù)現(xiàn)行《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》DB 13(J)/T 273[4] 規(guī)定，外墻外保溫每層設(shè)置結(jié)構(gòu)性托架。托架與主體結(jié)構(gòu)之間的連接設(shè)計，考慮溫度變形、風(fēng)壓等影響因素，經(jīng)過整體受力安全驗算確定托架數(shù)量。托架設(shè)置于兩塊保溫板豎向接縫處，托架的長度為外墻保溫層厚度的2/3，剩余1/3 保溫厚度采用聚氨酯發(fā)泡填充，對托架進(jìn)行斷熱橋處理。托架安裝位置示意及托架尺寸如圖4 所示。

圖4 托架安裝位置示意及托架尺寸

利用ANSYS workbench 熱分析模塊，對托架節(jié)點不同的斷熱橋處理方式進(jìn)行三維模擬。計算涉及的材料特性及邊界條件為：

• 外墻保溫材料石墨聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.032 W/(m·K)，修正系數(shù)1.05；

• 鋼筋混凝土墻體導(dǎo)熱系數(shù)λ=1.74 W/(m·K)；

• 高強度聚氨酯隔熱墊片導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.1 W/(m·K)；

• 托架導(dǎo)熱系數(shù)λ=49.9 W/(m·K)；

• 聚氨酯發(fā)泡導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.025 W/(m·K)；

• 冬季室內(nèi)控制溫度20℃，對流換熱系數(shù)8.7 W/(m2·K)；

• 室外計算溫度-8.8℃，對流換熱系數(shù)23 W/(m2·K)。

通過熱分析模塊求解，可得不同工況下單個托架形成的外墻綜合傳熱系數(shù)：

（1）不設(shè)置托架，僅考慮鋼筋混凝土墻體外側(cè)鋪設(shè)石墨聚苯板保溫層時，墻體傳熱系數(shù)K=0.135 W/(m2K)；

（2）設(shè)置托架（160mm寬），不設(shè)置隔熱墊片，在托架外側(cè)采用聚氨酯發(fā)泡（80mm 厚）填充時，單個托架形成的外墻綜合傳熱系數(shù)K=0.13948 W/(m2K)；

（3）設(shè)置托架（150mm 寬），設(shè)置隔熱墊片（10mm 厚），同時在托架外側(cè)采用聚氨酯發(fā)泡（80mm 厚）填充時，單個托架形成的外墻綜合傳熱系數(shù)K=0.13893 W/(m2K)。有/ 無隔熱墊片的模型溫度云圖見圖5和圖6。

考慮到設(shè)置隔熱墊片對外墻綜合傳熱系數(shù)影響并不顯著，本項目采用將托架長度控制在保溫層厚度的2/3，托架外側(cè)填充聚氨酯發(fā)泡的方式進(jìn)行斷熱橋處理。

圖5 無隔熱墊片的模型溫度云圖

圖6 有隔熱墊片的模型溫度云圖

4 高性能的外門窗系統(tǒng)

本項目外窗采用鋁木復(fù)合型材，三玻兩腔中空填充氬氣耐火玻璃，并采用耐久性良好的暖邊間隔條。外窗整窗傳熱系數(shù)K≤1.0 W/(m2·K)，型材傳熱系數(shù)K≤1.3W/(m2·K)，玻璃傳熱系數(shù)K≤0.8 W/(m2·K)，玻璃的太陽能總透射比g=0.35，玻璃選擇性系數(shù)LSG≥1.25。外窗氣密性8 級，水密性6 級，空氣聲隔聲性能3 級。耐火完整性不低于0.50h。

首層單元門廳入口門、兩側(cè)樓梯間通向連廊的門、中間樓梯間通向連廊的門（乙級防火門）、屋面出樓梯間和電梯機房門，以及地下室出樓電梯間門，整門傳熱系數(shù)K≤1.0 W/(m2·K)，采用三道耐久性良好的密封材料密封，氣密性8 級，水密性等級不低于4 級。

公寓戶門具有良好的保溫、氣密性能，整門傳熱系數(shù)K≤1.3 W/(m2·K)，氣密性能等級不低于8 級。更多超低能耗建筑項目，請登錄被動房之家網(wǎng)站。

外窗采用外掛式安裝方式，外窗框與結(jié)構(gòu)墻體之間形成無熱橋構(gòu)造，并做好氣密性和水密性處理。

5 無熱橋設(shè)計

本項目的斷熱橋處理，除被動式建筑典型的無熱橋構(gòu)造如女兒墻、外墻與地下室頂板交接處、外門窗安裝、管道穿外墻洞口、管道穿屋面等以外，主要集中在圖7所示特殊位置。

在該類位置的設(shè)計原則為，盡量保證保溫層連續(xù)、完整，遇混凝土結(jié)構(gòu)貫穿位置，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)室內(nèi)表面最薄弱點的溫度不低于17℃。主要節(jié)點的斷熱橋設(shè)計構(gòu)造如圖8 至圖11 所示。

圖7 本項目斷熱橋處理關(guān)鍵節(jié)點

圖8 設(shè)備平臺節(jié)點

圖9 外廊節(jié)點

圖10 北立面大堂剖面

圖11 風(fēng)井剖面節(jié)點

此外，高層居住建筑還有以下問題需要注意：

（1）廚房集中排煙道出屋面與室外空氣直接相通，且煙道尺寸大于衛(wèi)生間排氣管，室外冷空氣下沉影響更大。

經(jīng)氣流模擬分析，在頂層煙道口會形成外界冷空氣與煙道空氣的渦流，至其下方5m 處，溫度影響波動較大，再往下溫度趨于均勻。因此，廚房煙道四壁應(yīng)在建筑頂部兩層高度范圍內(nèi)鋪設(shè)保溫，以下樓層可按常規(guī)做法處理。

（2）機械排煙系統(tǒng)的出屋面排煙管道，應(yīng)在風(fēng)機室內(nèi)一側(cè)設(shè)置氣密性能優(yōu)越的280℃常閉型排煙防火閥。閥門平時常閉；電動開關(guān)與火災(zāi)報警器聯(lián)動，發(fā)生火災(zāi)時由消控室控制開啟，同時打開排煙風(fēng)機；當(dāng)煙氣溫度達(dá)到280℃時，熔斷關(guān)閉閥門，同時關(guān)閉排煙風(fēng)機。同時排煙管道在機房層應(yīng)整管包裹保溫。

6 高效熱回收新風(fēng)系統(tǒng)

（1） 新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案

本項目采用分戶式帶有高效熱回收裝置的新風(fēng)空調(diào)一體機方案，為每套公寓提供新風(fēng)、采暖和制冷，新風(fēng)空調(diào)一體機的冷熱源為空氣源熱泵。

每套公寓采用一臺設(shè)備，臥室、起居室、餐廳設(shè)置送風(fēng)口，各個衛(wèi)生間設(shè)置回風(fēng)口，餐廳或走廊設(shè)置循環(huán)風(fēng)口，每戶外墻開洞作為進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，從室外獲取新風(fēng)，或者將熱回收后的污濁空氣排出室外。新風(fēng)及排風(fēng)管道設(shè)保溫密閉型電動閥，與風(fēng)機聯(lián)鎖開關(guān)，保證建筑的氣密性。

室外新風(fēng)經(jīng)進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入設(shè)備，經(jīng)過處理（熱交換、除霾、降溫、升溫、除濕等）后的新風(fēng)經(jīng)過送風(fēng)管送入各個房間，負(fù)責(zé)處理每個房間的冷、熱負(fù)荷，并對室內(nèi)CO2 進(jìn)行稀釋，然后通過房間門縫或?qū)эL(fēng)槽溢流到衛(wèi)生間，經(jīng)過衛(wèi)生間的回風(fēng)口進(jìn)入設(shè)備的熱交換機芯，與室外新風(fēng)進(jìn)行熱交換，然后經(jīng)過排風(fēng)管排到室外。當(dāng)室內(nèi)冷（熱）負(fù)荷較大時，啟動循環(huán)風(fēng)，循環(huán)風(fēng)可快速降低室內(nèi)冷熱負(fù)荷。啟動循環(huán)風(fēng)時，也應(yīng)包含室內(nèi)所需要的最少新風(fēng)量。

（2） 新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備性能

新風(fēng)系統(tǒng)具有風(fēng)量調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)室內(nèi)情況自動調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，也可實現(xiàn)人為手動調(diào)節(jié)，可根據(jù)室內(nèi)CO2 濃度實現(xiàn)自動啟停。熱回收裝置采用全熱回收芯材，焓交換效率≥70%，溫度交換效率≥75%。新風(fēng)系統(tǒng)單位風(fēng)量風(fēng)機功率不大于0.45 Wh/m³。系統(tǒng)內(nèi)部漏風(fēng)率＜ 2%，外部漏風(fēng)率＜ 2%。

室外進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)口處設(shè)可過濾大顆粒物質(zhì)、飛蟲等的初效過濾網(wǎng)；進(jìn)風(fēng)口及回風(fēng)口設(shè)過濾器，進(jìn)風(fēng)口過濾器等級不小于G4+F8 級，回風(fēng)口過濾器等級不小于G4級，并具有提示更換功能。

（3） 新風(fēng)系統(tǒng)控制模式

設(shè)備壓縮機采用變頻技術(shù)，新風(fēng)機采用無級調(diào)速EC 風(fēng)機，控制系統(tǒng)支持多分區(qū)、多指標(biāo)（溫度、濕度、CO2、Pm2.5）獨立控制。系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)實時冷熱負(fù)荷、新風(fēng)量需求、潔凈度等，進(jìn)行分區(qū)域、變風(fēng)量智能控制。室內(nèi)溫控器和CO2 監(jiān)控點設(shè)于起居室內(nèi)。本項目新風(fēng)系統(tǒng)可根據(jù)以下模式進(jìn)行運行控制：

——舒適模式

以最高的衛(wèi)生與健康標(biāo)準(zhǔn)，對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行舒適性控制。氣源使用上，盡可能使用室外新鮮空氣來承載室內(nèi)供冷供熱負(fù)荷，以及降低污染物濃度的需求。氣流組織上，新鮮空氣首先進(jìn)入臥室，然后流向客廳，最后從衛(wèi)生間排出到室外。盡量避免循環(huán)風(fēng)的使用，最大程度減少臥室之間串風(fēng)引起的交叉污染。

正常工況下， 當(dāng)溫度在設(shè)定區(qū)間±2 ℃ 浮動，或Pm2.5 濃度在50-115μg/m3 浮動，或相對濕度大于70%，或CO2 濃度大于1000ppm，系統(tǒng)僅使用調(diào)節(jié)過溫度（有需要時）的新風(fēng)來優(yōu)化室內(nèi)空氣質(zhì)量。

在以下嚴(yán)重影響舒適性和健康性的情況下，會開啟循環(huán)風(fēng)，增加總風(fēng)量，以便快速改善室內(nèi)空氣質(zhì)量：當(dāng)室內(nèi)Pm2.5 濃度超過國家三級標(biāo)準(zhǔn)即115μg/m³ 時；當(dāng)室內(nèi)溫度超過設(shè)定值±2℃時；當(dāng)室內(nèi)相對濕度超過80%時。

——節(jié)能模式

在滿足基本的衛(wèi)生與健康需求的情況下，盡量地減少能源消耗。氣源使用上，盡可能使用室內(nèi)循環(huán)風(fēng)來承載室內(nèi)供冷供熱負(fù)荷，以及降低污染物濃度的需求。只有在CO2 濃度超標(biāo)或需要滿足每日最小通風(fēng)量時，才向室內(nèi)輸送新風(fēng)。

循環(huán)風(fēng)的氣流組織方式為，循環(huán)風(fēng)取自客廳，經(jīng)過過濾以及溫度調(diào)節(jié)后，送到臥室，然后流回客廳。這個模式下，臥室、客廳區(qū)域的污染物會混合在一起，在整套公寓內(nèi)共同稀釋，存在交叉污染的風(fēng)險。但是由于循環(huán)風(fēng)也是經(jīng)過過濾的，可滿足基本的衛(wèi)生需求。

正常工況下，當(dāng)溫度在設(shè)定區(qū)間±2℃浮動，或Pm2.5 濃度超標(biāo)，或相對濕度大于70%，系統(tǒng)利用循環(huán)風(fēng)作為氣源來改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，是否混合新風(fēng)視CO2濃度而定。當(dāng)室內(nèi)溫度超過設(shè)定值±2℃，或相對濕度大于80%，機組采用最大供冷/ 熱量即新風(fēng)加循環(huán)風(fēng)模式，以快速調(diào)整溫濕度。

（4）衛(wèi)生間通風(fēng)設(shè)計

本項目新風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)口設(shè)置在衛(wèi)生間內(nèi)，當(dāng)住戶使用衛(wèi)生間、打開衛(wèi)生間排風(fēng)開關(guān)時，會通過信號聯(lián)動新風(fēng)系統(tǒng)。

如果此時新風(fēng)系統(tǒng)正在運行，則新風(fēng)系統(tǒng)保持運行，衛(wèi)生間處于通風(fēng)狀態(tài)；如果此時新風(fēng)系統(tǒng)未運行，則信號控制啟動新風(fēng)系統(tǒng)，使衛(wèi)生間處于通風(fēng)狀態(tài)。

當(dāng)住戶使用完畢衛(wèi)生間、關(guān)閉衛(wèi)生間排風(fēng)開關(guān)時，新風(fēng)系統(tǒng)會根據(jù)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行判斷，若此時室內(nèi)環(huán)境（溫度、濕度、CO2、Pm2.5）均處于適宜狀態(tài)，則新風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉；若此時室內(nèi)環(huán)境（溫度、濕度、CO2、Pm2.5）超出控制指標(biāo)，則新風(fēng)系統(tǒng)繼續(xù)運行，直至室內(nèi)環(huán)境均處于適宜狀態(tài)。

上述新風(fēng)系統(tǒng)運行模式的優(yōu)勢在于，當(dāng)新風(fēng)系統(tǒng)處于常開狀態(tài)時，衛(wèi)生間也處于持續(xù)通風(fēng)狀態(tài)，因此可以保證衛(wèi)生間內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)越，避免潮濕環(huán)境下霉菌、細(xì)菌滋生，同時未增加任何額外能耗。更多超低能耗建筑項目，請登錄被動房之家網(wǎng)站。

當(dāng)新風(fēng)系統(tǒng)處于停運狀態(tài)時，由于使用衛(wèi)生間而啟動新風(fēng)系統(tǒng)造成的耗電量，相比衛(wèi)生間安裝普通排風(fēng)扇的耗電量，只有20-30W 的額外耗電功率（當(dāng)新風(fēng)系統(tǒng)以150m³/h 風(fēng)量運行時，耗電功率大約為50W；普通排風(fēng)扇運行的耗電功率大約為30W）。假設(shè)每天開啟1h，那么額外耗電量為0.02-0.03kWh。

（5） 廚房通風(fēng)設(shè)計

廚房設(shè)計有兩種補風(fēng)方案，住戶可根據(jù)個人意愿選擇其中任意一種。

——風(fēng)閥補風(fēng)

在外墻上設(shè)置補風(fēng)洞口，當(dāng)住戶開啟廚房排油煙系統(tǒng)時，傳感器發(fā)出信號打開補風(fēng)洞口的密閉型電動風(fēng)閥，室外新風(fēng)通過補風(fēng)管道送入室內(nèi)，實現(xiàn)補風(fēng)目的。排油煙系統(tǒng)未開啟時，密閉型電動風(fēng)閥關(guān)閉嚴(yán)密，不得漏風(fēng)。

該種方式實質(zhì)上是機械排風(fēng)、自然補風(fēng)的通風(fēng)方式，補風(fēng)從室外直接引入。補風(fēng)管道周圈應(yīng)設(shè)置80mm 厚橡塑保溫。補風(fēng)管道的出風(fēng)口位置應(yīng)盡量靠近抽油煙機，并與抽油煙機排風(fēng)形成短路，出風(fēng)口應(yīng)遠(yuǎn)離人體高度范圍，避免冷風(fēng)直吹人體的不適感。

——新風(fēng)系統(tǒng)補風(fēng)

當(dāng)住戶開啟廚房排油煙系統(tǒng)時，傳感器向新風(fēng)系統(tǒng)發(fā)出信號，新風(fēng)系統(tǒng)啟動補風(fēng)功能。補風(fēng)量與油煙機排風(fēng)量相當(dāng)（默認(rèn)為600m³/h，可調(diào)?。醇哟罅诵嘛L(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)量。

補風(fēng)經(jīng)過新風(fēng)系統(tǒng)的旁通風(fēng)管，并通過初效、高效過濾，以及溫度調(diào)節(jié)后送到室內(nèi)。所補新風(fēng)經(jīng)過客廳、餐廳后溢出，通過廚房門縫進(jìn)入廚房，實現(xiàn)補風(fēng)目的。

該種方式是利用設(shè)備補風(fēng)，所補新風(fēng)經(jīng)過了過濾和溫度調(diào)節(jié)處理，相比第一種方式能耗有所增大，但舒適度較高。尤其是在夏季，室外溫度較高，廚房內(nèi)部溫度也較高，如果采用自然補風(fēng)，廚房內(nèi)舒適度勢必?zé)o法控制，采用第二種補風(fēng)方式優(yōu)勢較為明顯。