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走进“被动房”:打造健康“微环境”

日期: 2020-09-07
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走进“被动房”:打造健康“微环境”

  图为河北省建筑科技研发中心中德被动式低能耗建筑示范房。北京中汇能宜居建筑公司供图

  绿色建筑是我国建筑发展过程中的重要里程碑,特别是2019年发布实施的《绿色建筑评价标准》,在“四节一环保”基础上,更加注重建筑的安全、健康、宜居。

  近日,为提高居住建筑节能质量,北京市正式发布居住建筑新标准,节能率由75%提升至80%以上。“十三五”以来,河北省也持续加大被动式超低能耗建筑推广力度,节能减排取得显著成效。截至2019年底,全省累计建设被动式超低能耗建筑(“被动房”)316.6万平方米,建筑面积全国领先。在力促建筑节能减排的背景下,“被动房”也将迎来快速增长。

  “被动房”也“主动”

  8月27日下午,记者走进河北省建筑科技研发中心中德被动式低能耗建筑示范房,室外温度33℃,室内温度显示24℃。用手触摸被太阳长时间照射的玻璃,依然能感觉很清凉。

  冬天不用开暖气,夏天不用开空调,温度常年保持在20℃-26℃,相对湿度保持40%-60%,并自动过滤PM10、PM2.5颗粒物,即便是雾霾天,室内空气质量也能保持良好……这就是“被动房”。

  说起“被动房”,它的概念起源于德国,但与我国也渊源颇深。

  1986年,德国的菲斯特博士和瑞典隆德大学的亚当姆森教授受邀来到中国,研究解决南方地区冬季室内供暖的问题。

  “可不可以建一栋房子,不用供暖设施,室内也有20摄氏度以上的温度?”就这样,“被动房”这个概念闯入了菲斯特的大脑。

  1991年,在菲斯特的努力下,第一座集节能、可持续、舒适、经济、高保温隔热的门窗及建筑墙体、具有热回收的通风系统以及良好室内空气质量于一体的被动式建筑在德国诞生。

  “‘被动式建筑’中的‘被动’是针对热能而言。”河北省建筑科学研究院智能所高级工程师刘少亮拿生活中常见的喝咖啡举例。

  “人们喝咖啡时希望其保持一定温度,但过一段时间,咖啡就慢慢变凉了。这时候,人们就需要用电等能源来对咖啡进行加热,这就消耗了能源。”刘少亮说,普通住房的能源消耗也是同样的道理。冬天,人们需要暖气对房间进行加热;夏天,人们需要空调来给房间降温。

  对住所进行加热、降温,人们主要使用化石等一次性能源,这就会造成大量的能源消耗。更好的生活和节能理念之间的矛盾看似不可调和,通过发展“被动房”,这个矛盾就能轻松解决。

  “‘被动房’取消了传统的采暖系统,室内人们生活中所产生的热量及光能就可基本满足冬季室内温度要求,并通过设备将室内废气中的热量回收,从而显著降低能源需求,实现室内居住环境舒适度。”刘少亮说。

  但“被动房”完全不需要主动能源系统吗?

  “‘被动房’建筑强调在建筑能量需求边界上采取措施最大程度地降低建筑能量需求,最大程度地减少热损失,从而最小程度地依赖建筑能源系统,降低建筑的能源消耗。”刘少亮说,“被动房”并不是完全没有主动系统,除了需要高效率的主动式热交换通风系统外,还可以通过地热能和太阳能等可再生能源的使用最大程度地减小一次能源的消耗,而这些系统在设计与运行中都会有“主动”设备的介入。

  刘少亮拿河北省建筑科技研发中心中德被动式低能耗建筑示范房举例,大楼屋顶设置了太阳能热水系统,为建筑内小型卫生间提供生活热水,五层平台又设置了太阳能光伏系统,供给平台的景观照明。此外,空调系统采用了土壤源热泵系统。“地下100米是恒温层,土壤温度常年保持在18℃左右。”刘少亮介绍,整个大楼地下铺设着密密麻麻的毛细管网,通过地源热泵系统控制水的流动,完成热量的交换。

  有业内人士表示,实现对太阳能、风能、地热能等的高效利用,最大可能地利用可再生能源代替传统能源,这是低能耗建筑迈向超低能耗、零能耗的必然趋势。未来,“‘被动房’+多能互补”模式将释放更大的潜力。

  密闭“堡垒”也能自主呼吸

  “被动房”靠什么来达到超低能耗效果?刘少亮说:“穿得厚一点,搞得严一点。”

  “建筑围护体系主要由外墙、屋面和外窗组成,加强围护体系的保温性能是‘被动房’建筑设计和建造中最为重要的技术措施。如果热损失非常小,就可以放弃常规的供暖系统,也可以提高外墙内表面和窗户的温度。”刘少亮说,正如人在冬季最重要的御寒手段就是穿上保暖的衣服一样,这是一个非常简单的道理。

  “被动房”正是充分发挥了这一原则,给建筑的外围穿上了一件厚厚的“保温服”,起到保温隔热的作用。“普通建筑外墙保温材料一般10厘米厚,而‘被动房’要大约30厘米,用的还是特殊材料,这样保温性能更好。”刘少亮介绍。

  搞得严一点,就是要保持气密性。

  据介绍,“被动房”要建造专门的气密层,用气密性薄膜、专用膨胀密封条、专用气密性涂料等做特殊处理。

  为保证气密性和超低能耗效果,就连一扇小小的窗户,建造者也做足了文章。

  “与一般窗户不同,这种窗户都是向外突出的,采用三玻两腔,保温性能是普通窗户的2倍多,可以减少整体建筑的热损失。”刘少亮说。

  此外,整栋大楼的无热桥设计也必不可少。

  “在建筑物保温层不连续的地方,热量会从高温处向低温处扩散,这些围护结构中的薄弱部位是热量容易通过的桥梁,称为热桥。”刘少亮说,比如金属梁、柱等。

  “‘被动房’要求严格控制热桥的产生,施工中尽量不破坏或穿透外围结构,不开洞或少开洞。”刘少亮说。

  但一栋偌大的建筑,不开洞是不可能的。“遇有穿墙管道安装,‘被动房’处理得会更细密。比如,管道与外墙保温间隙,要填塞密封材料。”

  里三层外三层,矗立在眼前的这栋楼房简直就是一个“堡垒”。那么,如此严密的房子里,人会不会感觉憋得慌?答案是“不会”。

  “它通过独特的高效新风热回收系统,让新鲜空气自由进出。冬天,室内空气留住热量后排出去,室外空气加热净化后流动进来;夏天,室外的空气冷却后再进来。以此降低供暖制冷需求,实现超低能耗目标。”刘少亮介绍,如果房子是一个人的话,新风净化系统就好比是人的“肺”,掌控着空气置换的大权。

  新风系统本质上是一整套的热交换设备。由送风系统和排风系统组成的一套独立空气处理系统,分为管道式新风系统和无管道新风系统两种。

  “管道式新风系统由新风机和管道配件组成,通过新风机净化室外空气导入室内,通过管道将室内空气排出;无管道新风系统由新风机组成,同样由新风机净化室外空气导入室内。相对来说,管道式新风系统由于工程量大,更适合工业或者大面积办公区使用,而无管道新风系统因为安装方便,更适合家庭使用。”专家介绍。

  装配式“被动房”成未来发展趋势

  与“被动房”一样,装配式同为当今建筑业发展热门。

  今年年初在新冠肺炎疫情防控期间,火神山雷神山医院施工现场火遍全网,在上千万网友的瞩目下,一群“逆行”的中国建设者仅用10天时间完工并交付武汉火神山医院。紧接着,雷神山医院也在2月8日正式交付使用,建设工期仅10余天。

  “火神山、雷神山医院的建造模式实际上采用的就是装配式钢结构箱式房。”刘少亮说,这种建造方式可谓是优点多多。

  “钢结构”本身具有自重轻、强度高、施工快捷、管线布置方便、施工环境污染少的优点。而装配式施工是一种绿色施工方式。由于建筑物的大多数构件都在工厂统一进行加工,在施工现场,只需要将预制构件进行拼装,减少了施工现场因搅拌、浇捣混凝土而产生的巨大噪音。同时,预制构件的外装饰也在工厂预制完成,施工现场不需要脚手架,不产生粉尘,有效抑制了扬尘,施工现场减少模板,减少了材料的浪费。

  更重要的是,装配式建筑还能节省现场施工人力和时间。刘少亮介绍,由于大量的构件生产工作都在工厂完成,因此大大减少了现场施工强度,省去了砌筑抹灰的时间,减少了现场现浇作业。设计、构件制作、施工、装修等工序,部分可以同时进行,减少了整体施工周期。装配式建筑施工受天气和季节的影响小,减小操作人员的劳动强度,劳动力资源投入大幅度减少。

  “装配式建筑可以把劳动生产率提高10倍以上,被动式建筑可以把建筑能效提高10倍以上。由此,‘被动房’和‘装配式’的创新性结合,才能真正全方面地实现建筑的低污染、低成本、低能耗。”刘少亮认为,装配式“被动房”,是建筑业实现10倍因子理论的必由之路。

  那么,装配式“被动房”是否可推广?

  业内人士指出,我国装配式与被动式建筑应用还处在初级阶段,有巨大的提升空间,这正是装配式与被动式建筑目前在我国比较火的原因。

  尽管前景看好,但实现装配式被动房的健康发展,还需谨慎行事。

  有业内人士认为,目前我国专业化分工尚未形成,前期成本较高,现阶段不应仅关注相关项目建设数量的增长,更要培育企业能力,建议发挥龙头企业整合资源的优势,以工程总承包模式实现设计、生产、施工一体化,加快配套产业链建设,逐步以点带面协同推进装配式与被动式产业化。(河北日报记者王璐丹)

  北京中汇能宜居建筑设计咨询有限公司是中国被动式超低能耗建筑产业技术创新战略联盟的理事单位,是河北省、黑龙江省被动式超低能耗居住建筑节能设计标准的参编单位,拥有自主知识产权的PHD低能耗建筑模拟计算软件,已为中国首批中德被动式建筑节能示范项目“在水一方”“辰能溪树庭院”“河北建科院科研中心楼”等近30个超低能耗示范项目证书提供了建筑能耗及一次能源的计算数据。公司凭借专业的技术和施工队伍,已完成多个低能耗建筑项目的设计咨询、模拟计算、专项施工、被动房改造和精装,赢得客户广泛认可。

  公司未来将继续专注被动房软件的开发与设计,探索被动房到产能房的技术创新,为构建节能、低碳环保的新型节约型社会贡献力量。

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