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成都地区如何设计被动房?

时间:2020-05-13     来源:成都建筑设计院     查看:130 次

文章摘要: 成都地区如何设计被动房?

1 成都地区的气候特点 


成都属于内陆,夏热冬冷地区,对应PHPP温和气候区。成都地区对于维护结构,外门窗的节能导热系数U值要求都低于寒冷地区,以下两个数值可供设计参考应用:维护结构U值=0.3W/(㎡·K),外门窗U值=1.0W/(㎡·K)。



2 相似地区被动房的实践经验


成都与上海同属于夏热冬冷地区,被动房研究所对以上海为气候区代表城市做了相关被动房的设计及实践数据,我们可以此作为参考,对成都被动房实施各维度的数据进行参考使用,有利于从最开始掌握成都被动房设计的关键数据。

上海2018年完成一座116的办公类型被动房认证。该建筑为单层木结构,具体节能参数如下:外墙U值=0.105W/(㎡·K),地下室楼板U值=0.169W/(㎡·K),屋面 U值=0.112W/(㎡·K)。该建筑一次能源需求95KWh/(a)<120KWh/(a)。

成都地区刚刚新申报一处被动房,该建筑为一处住宅项目,参数如下:外墙U值:0.204W/(㎡·K),地下室楼板U值=4.015 W/(㎡·K),屋顶U值=0.415W/(㎡·K),外窗窗框Uw=1.19W/(㎡·K),玻璃 Uw=0.65 W/(㎡·K)。

根据以上两个案例大致有以下几点结论:

  • 层数增加对被动房的实施难度无增加,或者更易实现。

  • 根据目前的实践经验,夏热冬冷地区外墙保温在150mm〜200mm。

  • 外窗虽然指导值为Uw=1.0W/(㎡·K),但普遍选择国内产品Uw=0.8W/(㎡·K)。

  • 被动房并不只是应用于住宅,所有类型建筑均可进行技术推广。



3 成都地区节能建筑与被动房对比

从被动房维护结构、热桥、气密性、高效热回收新风系统四个维度与成都目前已建及在建现状建筑进行对比。能够清晰地了解被动房设计的解决路径,以建筑舒适性为核心,以节约能源为目的。

1 外围护结构

我们对国内通用节能设计标准与被动房设计指导指标进行对比(见下表)

国内节能标准与被动房对比

通过对比得出部分结论:

  • 外墙、屋顶可以通过增加保温材料的厚度来实现建筑节能性能的提高。

  • 外门窗我们需要采用新型高效经过认证的三层中空节能玻璃。安装方式釆用外挂且嵌入保温层。

  • 架空层,地面需要将立面、屋顶的保温的形式应用。


2 热桥

维护结构除了“穿上"厚的“保暖衣",还需要检查所有的部位具有相同的保温性能,是否都被保温材料全部包裹。个就涉及到建筑的热桥。现状的建筑大多没有对建筑进行精细设计,建筑节能多停留于模型计算,实际建筑中热桥随处可见。例如:空调板,装饰线条,阳台,屋顶各类出屋面管井,女儿墙,首层地面,还有外立面采用幕墙系统时的龙骨等。被动房设计要求对这些冷热桥逬行详细设计,杜绝热桥。

3 气密性

确认完建筑被良好的保温材料全覆盖,还需要检查是否有“走风漏气”的情况,否则依然不能保证保温隔热的良好性能。现状建筑中接触气密性往往单就门、窗、幕墙等单独组件进行气密性要求,而在被动式设计中以整个建筑作为整体进行气密性测试,以测试数据作为认定标准。无论新旧标准,被动房均对气密性有明确要求n50<0.6。而根据从事被动房验证工作人员的经验,国内普遍的房子的气密性n50> 10,甚至达到20,“走风漏气”情况严重。没有良好的气密性造成室内气体大量与外部气体频繁换热,造成大量能量的损失,不利于建筑节能。

4 高效的热回收新风系统

建筑有了良好气密性,还需要解决室内新鲜空气的补给。传统建筑直接开窗户进行空气交换,甚至在空调制冷或制热中开启外窗,造成能源的极大浪费。同时由于室内外空气流通的压力,无组织空气交换效率也极低。因此我们需要解决新鲜空气有组织流动,且对排出空气能量回收的问题。我们将它比作“戴口罩”,既能呼吸交换空气,进出又能交换热量,还能过滤空气。

国内住宅建筑多采用分体空调,公共建筑采用中央空调或者小型多联机空调。对于能源回收使用没有要求。而被动房中要求对建筑室内空气能量进行回收,通过带有热回收系统(75%的回收效率)的空调在室内外空气有组织流通中逬行能量交换,从而达到能量的回收利用。


4 成都地区重要节点的设计考虑

通过前面现状建筑与传统建筑的形象比喻,我们大致可以将被动房理解为:“穿保暖隔热衣服”(保温隔热)——"扣子扣好”(无热桥)——“包裹严实”(气密性好)——“带上口罩”(高效热回收新风系统)。

接下来详细讲解下如何落实这些要点,设计师如何考虑在设计中解决上述问题,并且每个环节都有哪些注意要点。

1 外墙、屋面、地面

前面讲到根据目前相同气候区经验,保温厚度大致为150mm~200mm厚。

外墙构造要点:

  • 专用外墙保温固定钉,该钉尾部釆用空腔,保温泡沬材料填充,保证外墙固定构件无热桥。

  • 外墙各类管道固定均需采用专用固定钉,带有保温构造,切断金属热桥。

  • 外墻装饰材料采用薄抹灰加透气外墙漆。被动房保温材料的固定钉都有明确的节能要求,在较厚的保温材料外侧只能使用荷载轻,与主体没有热桥连接件的材料进行实施。因此外立面材料选择有限。

  • 外墙各类穿墙洞口需要用保温材料逬行洞口封堵,并且釆用气密胶条对管道与保温填充部位进行内外密封。后再进行保温材料施工。

  • 外墻保温需要延伸至地面下1m以上,形成保护,避免热桥(见下图)。


墙身节点
屋面构造要点:

  • 保温材料需要围绕女儿墙做一圈,使墙面保温与屋面保温形成闭合保护层(下图)。


女儿墙节点

楼地面构造要点:
原理同屋顶,需要将保温材料与外墙保温材料形成闭环。分为几种情况:

  • 采暖地下室将建筑外墙保温延伸至底部,室内地面进行保温层设置,并在墙角处上翻1m,对热桥部位进行加强,避免此处形成冷凝结露现象。

  • 非采暖地下室将建筑外墙保温延伸至地面下1m以上,通过对室内地面及底面及相邻热桥墙体进行保温设置。

  • 在成都地区各类建筑中普遍存在架空层的设计,用于丰富建筑形态空间。因此,架空层部位的包围也尤为重要。该部位设计类似于非釆暖地下室部位的保温设计,只需要在梁底将墻面内外侧保温连接即可形成保温层闭环。

  • 采暖房间直接接触地面保温构造原理也类似于第2、3种情况。不同之处在于保温需要设置于刚性层,刚性层部位需要与外墙断开,保证保温材料向下连续延伸1m以上。

2 外门窗

根据PHI研究的经验结果,夏热冬冷地区的外门窗的传热系数约Uw=1.0W/㎡·K),这个窗户仍然需要三层双腔。另外门窗的选用均需要达到PHI的官方认证,进一步控制的产品的质量。

在被动房门窗设计中需要注意以下几点:

  • 外挂式安装。通过外挂式安装,将窗框嵌入保温材料,有效避免热桥(下图)。


外挂式窗框节点

  • 相同面积的外窗情况下具有以下特征:玻璃面积越大越节能,玻璃面积越大越经济。原因是玻璃的加工成本低于窗框,玻璃的节能效果优于窗框。

  • 节能外门尤其注意气密性。被动式建筑的外门类似于一个很大的窗户开启扇,一圈都有气密性胶条进行密封。因此门槛下部铺设隔热垫块与门框形成闭合,这个要求与我们平常所见建筑不同,门口会有一个坎。无障碍设计需要单独对门口部位进行设计,保证门槛高度不超过15mm。


3 热桥

维护结构、外门窗的热桥在前面有所介绍,另外还有些部位需要我们设计的时候尤其注意。

  • 阳台、雨棚、空调板。在成都地区,通过阳台热成像我们可以清晰可见,混凝土板与主体结构梁连接,成为建筑热桥最为明显的部位。开放式阳台最为住宅设计中的重要元素,失去阳台是大家不能接受的。那么我们需要对该处的热桥进行处理。通过与主体断开,保持外墙保温连续性,并且将阳台门窗嵌入保温层。对阳台结构梁与主体连接梁需要进行保温处理,减少热桥效应(见下图)。


阳台节能保温构造

对于内凹,半凸半凹的阳台,空调板也可采用非断开式阳台做法,保温层需要对整个结构进行包裹闭合。但节能效果不如断开式。

  • 屋顶部分的各类管井,风道,风井等构筑物。需要进行保温设置并且保温材料延伸至管井内部,形成热桥保护。


4 气密性

建筑走风漏气的地方很多,我们需要对每个节点进行仔细检査。最终的结果是通过鼓风门测试。因此我们对建筑气密性的使用尤其注意,否则会增加后期的施工补救难度。

  • 外门窗洞口四周开启扇需要考虑双层气密胶条,安装节点一周需要釆用气密性与结构主体逬行密封,避免施工密封不到位。

  • 各类建材之间可能存在贯通空隙,需加密封。

  • 各类管道穿墙洞口均需密闭。


5 高效热回收系统

现状建筑大多通过空气流通进行换气,未考虑能源的回收,造成能源的极大浪费。针对这种情况,在被动房中考虑将排出气体能量与进入气体进行换热,使空气流通,让能量留下,减少建筑制冷(热)的能量消耗。在被动房设计中,高效的换热新风系统也特别重要,需要关注以下几点问题:

住宅设计中要充分考虑设备机组的安装位置及管线综合。远离对噪音有较高要求的卧室、书房等区域。

  • 如采用卧式新风换热机组吊顶内安装,则对房间净高有影响,建议在厨房吊顶内安装,厨房不降板,进排风口在生活阳台组织;

  • 如采用立式新风换热机组,则在平面图中要充分考虑机组位置;

  • 建议空调与新风换热机组组合使用,管道均需逬行保温。客厅、卧室等为送风区,卫生间厨房为回风区,注意吊顶内的管线布置;

  • 热回收效率要达到75%以上,且经过PHI认证;

  • 注意立面中进出风的位置及密封,风口多采用喇叭口,减少出入风口位置风速;

  • 除了考虑新风换热机组,仍然需要考虑建筑的制冷制暖需求。公共建筑中带有中央空调的建筑可直接将冷热源接入进风管道上。住宅项目则需要根据实际情况考虑釆用集中还是分体空调。精装修高档住宅可将集中空调与新风换热机组同步考虑实施完成。


5可再生能源的利用

被动房旧的评价标准的主要实现途径是对建筑所有影响热传导的部位加强防护,被动式保温隔热。

建筑是人进行各类活动的场所,那必然的就会有能源消耗。要实现建筑能耗降低,建筑零能耗、甚至建筑产能,则需要提高建筑可再生能源的产生及利用。因此新的被动房评价标准在此基础上考虑建筑产能的设计,并给出指导指标。

成都地区可再生能源在建筑的方面相对受限。作为盆地平原地区,太阳能光伏发电相较于其他相对更容易实现,并且在国内外建筑中均有很好的使用。随着光伏发电效率的不断提升,日照资源相对缺乏的地区也可以尝试进行光伏发电应用。


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