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大连地区"被动房"应用学习浅谈

发布时间:2018-08-10 19:07:07 文章来源:宁波老百姓网    

刘培艺+张莉

摘 要:文章以被动房的了解和学习为背景,通过被动房设计指标计算的学习和应用,粗浅分析了被动房在大连的可行性。希望通过文章的分析,能够对相关工作提供参考。

关键词:大连;被动房;学习

中图分类号:TU2 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2017)30-0158-02

1 概述

被动式房屋概念在德国已经有20年的历史了。世界第一幢被动式标准的建筑是位于德国中南部城市达姆施塔特市Kranichstein城区的一幢普通的三层高居住建筑,1991年经过节能改造以后投入使用,年终端耗能降低了约78%。

被动房主要依据为热平衡概念,通过优化的节能设计与节点处理、精细化的现场施工和优良的建筑材料而非尖端技术实现,性价比较高且极利于可持续发展。由于中国主要为冬暖夏热,冬冷夏热地区,所以在中国发展被动房的益处不可估量。

大连市位于北半球的暖温带地区,具有海洋性特点的暖温带大陆性季风气候,是东北地区最温暖的地方,年平均气温10.5℃,极端气温最高37.8℃,最低-19.13℃。[1]作为比较寒冷的大连地区在采暖方面有极大的需求,因此被动房在中国及至大连都普遍具有研究意义。

2 被动房项目意义

近年以来,中国经济发展的速度令世界震惊。伴随着经济的快速发展,各种生态问题显现。据资料报道,每年单位建筑面积能耗量为发达国家的2~3倍,我国建筑耗能的效率仅为发达国家的35%左右,用于建筑的能耗占全国总能耗40%以上[2]。其次,我国各大城市出现雾霾爆发之势,大连近年来渐渐出现污染天气,水污染,大气污染,雾霾等。据了解,大连每个采暖期约消耗煤炭260万吨,约占煤炭消耗总量的22%[3]。而被动房的能耗是现有50%节能标准建筑的1/6,是65%节能标准建筑的1/4。也就意味着,被动房对于急需改污染及资源短缺现状的我国是有益无害的。

3 被动房的学习

3.1 被动房的设计

被动房建设要求是一体化设计。一体化设计要求暖通和建筑物理专业设计人员,像结构工程师一样早期参与新建建筑的设计。

被动式房屋保温设计中,外墙外保温系统需要“建筑监管部门的一般许可”,该许可涉及材料性能(导热系数、防火性能和隔声性能)、保温层厚度和保温层在砌筑墙体上的固定方式。首选是单层保温。尽力避免采用穿过整个保温层的简单的钢支架和锚固件。窗户安装方式要盡可能减少热桥效应。出于对建筑物热舒适性和能量平衡的考虑,窗户安装完以后整窗的传热系数要求小于0.85W/(m2·K)。对门在保温和气密性方面提出和窗户一样的要求,且门扇必须经过气候试验。安装状态楼宇门的传热系数UD,安装状态必须≤0.80W/(m2·K)。四边有密封条,侧面和上面有两道密封,门槛处至少有一道密封。门槛处的安装热桥是关键,在设计工况下最低温度几乎都低于6℃。门须设耐踩踏、形状稳定的门槛挡口,高度H≤15mm。

对于被动房气密性构造设计,需要选择合适的材料。墙内侧的抹灰层、薄膜等是适合用于常规建筑构件的气密性材料。在一般气密性节点上可用气密性丙基酸胶带等进行密封,而一些费用经气密性节点则可以用包装胶带、绉布带等。被动房需进行无热桥结构,事实表明,认真构造细部节点,则按照外部尺寸计算的常规热损失已经包含了全部热桥损失。

3.2 被动房的施工

在保温层施工时,应注意保温层的连续性,注意良好粘贴。施工期间注意对保温材料的防护,注意外围护结构的防风性能。在窗户施工时,抹灰前检查气密性节点,安装时保证门窗密封条能够气密闭合,检查窗框的尺寸和材料,必要时采用负压红外成像检查缺陷。无热桥结构施工时,检查窗户节点是否与设计一致,楼板与外墙连接处必须有足够的保温覆盖,注意检查墙脚与底板的热桥效应。验收时采用红外成像法可帮助发现薄弱环节。室内负压热成像可以在气密性测试时一起使用。被动房新风系统施工时,检查新风主机,注意新风管道连接和主机安装时的噪声隔离,防止固体传声。新风吸风口尽可能高于地面3m,选择空气清新的合适的位置。检查新风管网,检查外围护结构内冷管道的防渗保温即防结露保温。送风阀门可以装在楼板下方约15cm高度,尽量装在门的上方;检查地埋管的密封性和落差等;检查是否易于检修和清洁。

为了保证气密性,施工工序设计非常重要。在做地坪前做好墙体抹灰;在盖住气密层前做风门压力测试。在压力测试过程中应同时检查、定位和修补发现的泄漏点;参与各工种在压力测试时均应到场,以便能够及时修补缺陷;做完压力测试后还可能在气密层内打孔时造成泄漏。

气密性测试主要内容为:在建筑物内外压差为50Pa下,测试建筑物的换气次数和查找建筑围护结构热工缺陷。测试采用DG-700型外窗气密性检测系统。该系统是目前最常用的气密性测试系统之一,主要用于测试建筑围护结构的气密性水平,并可用于对建筑整体性能进行评估。系统根据EN13829设计,测试过程满足标准相应要求。整个系统由密封加压系统、数据采集系统及数据后处理三部分组成。实验开始前,封闭建筑物内所有与外界连通的门窗、管道,同时关闭通风设备;测量建筑物楼板面积、体积等参数;记录建筑物内外温度和湿度;根据现场实际情况确定检测方法,两套DG-700 检测系统,通过主机与电脑进行连接。测试期间检查各个房间的封堵情况,及时发现建筑渗漏点,对渗漏点再次封堵。封堵完善之后重测,一直到符合要求为止。

3.3 被动房的能耗计算

外围护结构热传递计算公式:QT[kWh/a]=A·U·ft·Gt=外围护面积[m2]×外围护结构传热系数[W/m2·K]×温度校正系数×当地气候特征系数[kKh/a];当建筑外表面处于采暖区与非采暖区,例如阁楼与楼层之间的楼板,地下室与楼层之间的楼板等,ft=0.6,未特别标明的时候ft=1。endprint

窗户Uw值(U-value of window)计算公式:Uw[W/m2·K]=(Ug·Ag+Uf·Af+Ψspacer·Ispacer)/(Ag+Af)<0.80W/m2·K,Ag+Af=Aw;窗户Uw安装值计算公式:Uw安装=(Ug·Aglass+Uf·Aframe+Ψspacer·Lglass+Ψinstalled·Linstalled)/Awindow;Ψ为线性热桥[W/m·k],其数值不仅和材质有关系,也和装框的设计和安装有关系。通过窗户的能量损失负荷PT[kWh/a]=UW×AW×ΔT。

通风换气热损失计算公式:QL[kWh/a]=V·nL·cp·Gt=加热空间体积[m3]×有效空气交换率[h-1]×空气比热容[0.33Wh/m3·K]×当地气候特征系数[kKh/a]

能量的获得:(1)太阳能获得计算公式:Qs=r·g·Aw·G=折减系数×透射率×窗户面积×总辐射;阴影处r=0.75;玻璃占窗户的比例r=0.6-0.9(平均0.75);太阳光非垂直照射r=0.85;玻璃表面不清洁r=0.95;(2)内部热能获得计算公式:QI=tHeat·qi·ATFA=供暖期时间长度×具体室内得热×实际居住面积。

3.4 被动房的经济计算

被动房的经济计算通常使用年金理论,即每年支出的费用≤每年节约的费用。

經济性计算公式:ΔI·ai,n+Z≤p·ΔE即一次性投资金额[¥]×年分期付款系统[1/a]+额外增加的年投资金额[¥/a]≤贷款期间平均能源价格[¥/kWh]×年节约能源[kWh/a]。实际利率r[%]=(1+Z)/(1+j)-1=(1+银行正常利率[%])/(1+通货膨胀[%])-1;年分期付款系数a[1/a]=i/[1-(1+i)-n],i[%]:年分期付款利率=r。

例:某约500m2的别墅的外墙通过被动式房屋墙体的改造,在采暖期可节约采暖年耗42000kWh/a。评估周期为20年,贷款期内的平均油价为12ct/kWh,年分期付款利率为4%。其经济性为:年分期付款系数a=4%/[1-(1+4%)-20]=7.36%,一次性投资额ΔI≤p·ΔE/ai,n=(42000×12/100)/7.36%=68478.26元。

4 结束语

本文以在大连实施被动房为起始,学习了被动房的理念,被动房的设计,被动房的施工,被动房的能耗计算公式,被动房的经济计算公式。

被动房建设要求是一体化设计,力求无限接近“无热桥构造”。施工时需注意各节点密封以及连续性,注意新风系统的噪声和温度问题。被动房的核心理念就是维持热平衡,没有很多复杂不可控,所以被动房的塑造性强,若被大力推广开发,可能会受到更多人的认可,引领中国建筑市场走向更高的新平台。

参考文献:

[1]百度百科.大连[DB/OL].https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%A7%E8%BF%9E/152852?fr=aladdin#3_3,2017.

[2]张 晔.论建筑行业对全球主要环境问题的贡献[J].山西建筑,2010:347-348.

[3]达公.行业动态[J].中国建设信息供热制冷,2008,10.endprint

科技创新与应用 2017年30期

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