绿色建筑研习社策划编著的《超低能耗建筑产业实践》一书已由四川科技出版社出版发行,其中《项目篇》收录了11个超低能耗建筑项目,介绍了其规划设计、节能策略、技术应用、运维管理、能耗数据等内容。本文介绍的项目为:中德生态园被动房住宅推广示范小区项目,作者为青岛市公用建筑设计研究院有限公司马婷婷、王超。
摘要
中德生态园被动房住宅推广示范小区项目是依据德国被动房(PHI)认证标准及绿色建筑评价标准进行设计与建设的绿色低碳节能建筑。项目于2018年12月竣工,短短几年内荣获了被动式超低能耗建筑设计、近零能耗居住建筑示范工程、科技示范工程等众多奖项。
关键词
中德生态园被动房住宅推广示范小区坐落于青岛市黄岛区,占地面积约为37 559m²,包括低层、多层住宅、社区服务中心、半地下沿街商业和地下车库。总建筑面积为69027.63m²。
实景鸟瞰图
低层住宅地上3层,地下1层;多层住宅地上6层,6层以上为阁楼层,地下1层。
多层住宅实景图
采用的技术主要包括保温隔热性能更高的非透明围护结构、保温隔热性能和气密性能更高的外窗、无热桥设计、建筑整体高气密性、高效新风热回收系统、地源热泵、空调自动控制系统、光伏发电、电动百叶外遮阳、室内空气品质监测系统、直饮水系统等。
1 建筑方案设计
规划空间设计遵循“一核两园,轴带相连,绿脉渗透,空间延续”的理念。在园区空间设计时进行了数值模拟,保证建筑室内外的日照环境、采光和通风要求。建筑朝向为南北向,布局考虑到形成室内对流通道,充分利用自然通风,降低夏季及过渡季能耗。户型平面力求方整,尽量减小体形系数,降低能量损耗。
2 高性能围护结构
采用高性能的围护结构,同时东、西、南朝向的外窗上部均设置金属电动百叶外遮阳帘,并在各立面设置气象小站,可根据太阳高度角、风速、风向等气象条件调节百叶角度,在夏季降低太阳辐射得热,减少空调负荷。依据PHPP能耗计算结果,充分优化外围护结构的保温厚度。对关键部位如门窗洞口、管道穿墙洞口、风井等部位进行气密性和断热桥处理。

经实际检测,建筑室内外50Pa压差下换气次数为N50=0.5h。加强对建筑阳台、墙角、屋顶等围护结构热桥薄弱环节的保温,防止其结露、发霉,提高室内居住舒适性及健康性,减少建筑热损失,降低建筑能耗。
外围护结构保温措施及传热系数
3 暖通空调系统
采用地源热泵供冷、供热及制备生活热水,以单元为负荷单位设置地埋孔并设置一个对应的专用地源侧水泵房,每个单元内共用地源侧水系统,各单元地源侧系统相互独立。
选用专为低能耗建筑自主研发的整体式水地源热泵新风机组,是集新风、空调、除湿、生活热水于一体的集成系统整体式水地源热泵新风机组,均置于户内。该机组额定性能系数(COP)≥4.1;显热换热效率≥75%,全热换热效率≥70%;进风口过滤等级不低于G4+F7,采用PM2.5高效过滤网H11;新风及排风管路设置保温气密电动阀,并与机组内新风机及排风机联动;新、排风机及压缩机均采用无级变频控制,可根据室内温度、湿度、挥发性有机化合物(VOC)及CO2浓度实现变频控制,每个房间可以单独控制温湿度;实现就地控制及远程控制,并能通过变频调节压缩机的转速满足室内的负荷变化,以达到节能的目的。
地源热泵系统示意图
4 智能控制系统及电气节能
为了满足后期运行过程中设备的调控需求,项目地源侧循环水泵根据各单元的负荷变化变频运行,同时入户支管设置压力无关型区域控制阀,使各户流量分配满足使用要求。整体式水地源热泵新风机组实现控制模式包括就地控制及远程控制,并能通过变频调节压缩机的转速满足室内的负荷变化,以达到节能的目的;该机组也可以根据室内的CO2浓度、VOC及PM2.5的监测参数实现新、排风机的变频运行,以满足室内空气品质要求;同时可实现停机时,联锁关闭新、排风管上的保温气密电动阀,防止冷风侵入。
主要功能房间照明功率密度遵循《建筑照明设备标准》GB50034-2013目标值要求进行设计;光源选用三基色荧光灯,配电子镇流器或带无功补偿的高效电感镇流器,采取分区控制灯光,适当增加照明开关点;楼梯间照明采用节能自熄开关,应急照明应采有应急时强制点亮的措施。屋面设置光伏发电系统,充分利用可再生能源。
整体式水地源热泵新风机组示意图
5 施工把控
施工把控是确保建筑质量、节能性能以及居住舒适度的重要环节。被动房与常规建筑施工最大的差异主要是热桥节点、气密性处理、施工工序、建材与设备的采购四大方面。为保证施工质量,设计时将对节点的处理和建材的参数在图纸中明确表达;在进行施工交底时明确特殊节点的施工要点、施工工序;在施工过程中,有专业的人员对各节点施工质量进行全程把控,及时整改不满足要求的节点,确保符合施工要求。
采用德国被动房规划设计软件PHPP(passive house planning package)计算建筑能耗,该项目年供暖需求为9kW·h/(m²·a),年供冷需求为21kW·h/(m²·a),一次能源需求为60kW·h/(m²·a),满足德国被动房PHI标准的设计要求。
为了获取建筑真实运行数据,并对各系统运行进行评估分析,小区内的住宅建立了完善的建筑能耗监测系统。系统可以实现对建筑照明、插座、暖通空调、生活热水和其他用电系统设备的耗电量进行计量,同时对空调设备冷水侧、冷却水侧的供回水温度、流量、供冷供热量进行计量,所有计量设备具有数据远传功能,按照设定频率,将采集到的参数上传至中央能耗监测平台。
通过分析整体式水地源热泵新风机组、地源侧水泵耗电量,得知本项目实际年供暖需求约为32.2kW·h/(m²·a),年供冷需求约为14.5kW·h/(m²·a)。实测值与能耗模拟值差异的原因主要包括三个方面:
一是设计与实际运行的差异,能耗模拟计算过程中设置了符合设计要求的气密性指标。但在实际运行时,由于习惯、心理需求等原因,我国居民冬季仍习惯于开窗通风,大幅增加了供暖能耗。
二是烹饪习惯导致的误差,我国居民烹饪习惯导致冬季厨房大量补风。
三是启用时间导致差异,模拟计算夏季空调24h运行,实际上多数人在室内期间才开启空调,或者习惯优先开启风扇降温。