夏热冬冷地区被动式建筑技术体系探索与实践_王立华

≤0.15
外门窗传热系数， ≤0.8 W/（m2·K）
体形系数限值 ≤0.4
气密性，
0.6
h-1@50Pa
结构热桥处理 无热桥
室内温度，℃ 20～25
室内相对湿度，% 40～60
室内CO2浓度， ≤1000 ppm
新风热量回
≥75
收效率，%
室内噪音控制， ≤25
dB
布鲁克被动房指标 当地节能设计标准
的技术措施着眼于冬季采暖需求的最小化。2015年4月，德国被 动房研究所发布了在世界范围内适用的被动房标准。新标准在原 有标准上增加了除湿能源需求。而处于浙江长兴夏热冬冷地区的 布鲁克项目，夏季空调除湿的负荷很大，对围护结构和暖通空调 系统的设计提出了新的挑战。
布鲁克被动房是我国夏热冬冷地区的第一个被动房项目， 由朗诗集团投资建设，与被动房研究所（PHI）、德国能源署
布鲁克被动房采用了三台新风设备分区域供应新风，主要实 现了制冷、制热、除湿、全热回收、颗粒物过滤、风机变频等功 能。平时采用集中新风（高效热回收）解决冷热以及除湿需求， 夏季高峰时期采用干式风机盘管进行补充。新风系统全热回收效 率达到75%。去除颗粒物采用G4、F7过滤设备，经实测，综合过 滤效果可以达到80%以上。
气，满足居住者健康需求的新风系统。同时，由于其良好的围护 体系，新风系统只需要提供满足人健康需求的新风量，就能满足 室内温湿度等舒适性要求。为了尽量减少新风系统的能源消耗， 高效率的热回收设备则显得尤为必要。
在德国大部分地区，以及我国华北地区，新风系统基本上只 要考虑冬季采暖工况下，室内新风量以及能源的需求，热回收方 面也只需考虑显热回收。而在夏热冬冷地区，新风系统除了要解 决采暖和健康需求问题，更关键的是除湿和制冷的需求，这两块 将占到空调能源需求的80%以上。同样为了尽量降低空调能耗， 热回收方面除了考虑显热回收，还需要考虑显热回收，也就是要 达到较高的全热回收效率。
根据以上要求，设计师通过对遮阳的冬夏季模拟计算，设计 了多种形式的遮阳构件设计，如图（1a-1f）。
图1a 外遮阳构件设计方案（1）
表1 被动房与浙江50%节能房屋各项参数对比
指标
德国被动房标准
屋面传热系数， ≤0.15 W/（m2·K）
外墙传热系数， ≤0.15 W/（m2·K）
架空楼板， W/（m2·K）
图8 布鲁克被动房夏季室外温湿度参数
图6 布鲁克被动房冬季室内外温度对比 70
图9 布鲁克被动房夏季室内温湿度的变化情况
项目篇
3.2 颗粒物处理情况（PM2.5） 在室外雾霾大环境下，建筑室内环境中的颗粒物有室内和
室外两种来源。室外来源对于住宅建筑多为通过建筑维护结构渗 透进入内，或是由空调系统的新风带入室内，室内来源为人体散 发、室内微生物颗粒物的气溶胶化等。建筑室内颗粒浓度的其 他影响因素有通风过滤、颗粒物沉积、颗粒物转化以及再悬浮过 程。而改善室内颗粒物的手段主要有：提供门窗气密性、使用空 气净化器、有过滤装置的机械通风。
调能耗做出了积极的探索。本文重点讲述了被动式建筑技术体系在夏热冬冷地区的落地，并通过分析该建筑冬季工
况下的运行测试数据情况验证了被动房的节能效果。
关键词
布鲁克被动房；室内环境；节能效果
1、被动房简介
被动房指参照德国被动房研究所的被动房标准设计和建造 的超低能耗建筑。被动房的最大特点在于通过被动式设计，使得 建筑对采暖和空调需求的最小化（Badescu V, Sicre B.，2003； Schnieders J, Hermelink A.,2006）。由于“被动房”建筑的研究 与实践始于德国，根据德国的气候条件，目前大多数被动房建筑
同济大学许鹏教授的研究表明，加强门窗气密性（如贴密封 条）能够降低室内颗粒物浓度，但在室外颗粒物浓度较高时，仍 不能将至75μg/m3以下（如图10）。因此，在重霾天，仍需要其 他降低室内颗粒物浓度的手段。另外，该情况空气渗透换气量都 较小，平均换气量低于15m3/h，不满足室内新风量的需求，有必 要采用有组织的通风换气来满足室内通风需求并维持良好的室内 空气质量。
图4 布鲁克新风系统示意图 69
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图5 新风系统布置图
图7 布鲁克被动房冬季室内外相对湿度对比
3、布鲁克运行情况记录及分析
作为一个试验性质的建筑，布鲁克被动房主要功能用于试住 体验和会议接待，并非经营性。因此，其运行情况与普通酒店有 所不同。但是我们仍然希望能将记录到的数据做个初步的分析， 定性的对建筑的实际效果进行评价和分析。
3.1 室内舒适度（温湿度） 为了检验被动房技术体系在该区域的实际应用效果，研究
人员分别在冬季和夏季对建筑内的实际效果进行了测试。冬季工 况，在2014年12月17日到25日对该建筑物进行了为期9天的温湿 度监控测试，测试期间全楼按20℃的室内设定温度供应新风，没 有开风机盘管。测试期间室内外温度的变化情况如图6，室内外湿 度的变化情况如图7。以12月18日室内外温度变化情况为例，可 以看到在清晨6点，室外温度降低至0.1℃，室内温度仍然保持在 20.9℃；下午2点左右，室外温度上升至当日最高值9.5℃，室内 温度为22.1℃。通过对比可以看出，室外环境温度变化明显，而 室内温度变化在2℃以内，波动范围较小，说明被动房通过良好的 保温和气密性设计隔绝了外界气温变化对室内温度的影响，保障 了冬季室内的温度在舒适的区间内。按照被动房标准要求，室内 相对湿度应能维持在30%～70%。从测试结果可以看到，室外相 对湿度波动较大，室内相对湿度平稳。测试期间室内最高相对湿 度为63.6%，最低为41.2%，平均值为54.1%。
在系统能源方面，为了检验被动房技术体系在该区域的节能 效果和潜力，朗诗在项目设计之初就提出不能采用朗诗所成熟使 用的地源热泵系统，最终选择的是变频风冷热泵作为能源供应设 备。新风系统示意图如图4所示，新风系统布置如图5所示。
图2 外遮阳挑板尺寸模拟计算
在布鲁克东侧的悬挑部分能从早晨8:35开始便为底层入 口大厅提供完全遮阳
当门窗紧闭，只采用新风系统时，室内PM2.5指数基本在 30左右，属于健康范围。而一旦打开窗，在半小时之内，室内 PM2.5浓度达到峰值，几乎与室外相当。关闭门窗后两小时，基
本可回到健康范围。
图10 普通住宅室内外颗粒物相关性
图11 开窗实验实测PM2.5过滤效果
4、结语
通过布鲁克被动房的探索和项目实践，表明被动房具有良 好的室内环境保障和节能效果，基本实现了低能耗情况下室内健 康舒适的目标，具有在夏热冬冷地区广泛推广的社会价值和。当 然，市场推广还需要综合考虑成本的因素。是否完全按照德国被 动房标准在中国尤其是夏热冬冷地区实施还有待进一步研究和探 讨，但是基于被动房理念（在满足室内健康环境的基础上，通过 被动式设计，使得建筑对采暖和空调需求的最小化）的被动式建 筑，应该是未来建筑发展的一个方向。目前，由于我国被动式建 筑市场不成熟，在建的大部分被动房或被动式建筑还只是示范项 目，并没有得到真正的市场验证，成本也较高。朗诗通过布鲁克 被动房的实践，下一步将在实际的面向市场销售的项目上，与朗 绿科技共同研究，联合中国被动式建筑联盟的力量，进一步优化 方案，寻求技术、效果和成本最优的解决方案，面向市场推广。C
夏季工况，在7月25-26日,室外最高温度达到37℃，布鲁克入 住率超过70%，我们对这一整天的温湿度情况进行监控测试，测 试期间全楼只供应新风，没有开风机盘管。测试期间室外温湿度 的变化情况如图8，室内温湿度的变化情况如图9。以7月26日室 内外温度变化情况为例，可以看到在凌晨4点，室外温度最低至 26℃，室内温度保持在22℃；下午1点左右，室外温度上升至当 日最高值37℃，室内温度为22.4℃。通过对比可以看出，室外环 境温度变化明显，而室内温度变化在1℃以内，波动范围较小，说 明被动房通过良好的保温和气密性设计对于夏季隔绝气温变化对 室内温度的影响同样有效。湿度方面，从测试结果可以看到，室 外相对湿度波动较大，从58%~93%之间变化，室内相对湿度平 稳，最高为65.2%，最低为58%，平均值为61.1%。
图1f 外遮阳构件设计方案（6）
通过比选，最终布鲁克项目外窗遮阳采用固定式铝合金遮阳 板，如上述方案（2），遮阳板的尺寸按照当地夏至日和冬至日的 太阳高度角模拟计算的结果进行设计（图2），在保证室内采光的 情况下，实现最高的遮阳效率。
2.2 新风系统及其高效热回收设备 被动房因其良好的气密性，需要有一套为室内提供新鲜空
劣。随着人民生活水平的提高和经济社会的发展，改善这一地区居住建筑环境的呼声也越来越强烈。在这个背景
下，朗诗在长兴研发基地进行的被动式建筑的探索和项目实践，为被动式建筑这一技术体系在该气候带的落地提供
了实践数据。朗诗布鲁克被动房是在我国夏热冬冷地区设计、建造的第一个被动式酒店项目。项目通过采用被动式
建筑技术，在保障室内舒适度的情况下降低能耗需求，为解决南方冬季采暖问题以及降低我国夏热冬冷地区建筑空
DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2015.15.013
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（DENA）等机构合作，由德国彼得鲁格建筑师事务所负责建筑 设计，朗诗设计院负责机电设计以及全专业施工图设计，朗绿 科技技术团队负责项目管理和技术支持。该项目于2014年4月竣 工投入使用，并于2014年8月获得德国被动房研究所的被动房证 书，同年获得世界绿色设计金奖、2015年获得德国DGNB金质认 证和中国绿色三星认证。
2、布鲁克被动房示范项目中的绿色建筑技术
被动房实现低能耗、高舒适性的目标，主要是通过建筑节能 设计和各种相适应的技术产品的集成运用来实现的。而布鲁克被 动房，针对其所处的气候带特点，需重点解决遮阳、隔热、制冷 和除湿等气候区典型问题。
在建筑设计方面，布鲁克的建筑朝向选择、体形系数设定以 及围护结构设计等都经过科学严谨的能耗模拟计算和优化分析。 在墙体传热系数、门窗保温性能以及房屋整体气密性方面，基本 按照德国被动房标准实施，其标准相比常规节能建筑要求更为严 格。表1列举了被动房标准与项目所在区域的节能设计标准的差 异。总体来讲，布鲁克被动房所应用的技术措施的特点主要体现 在优良的外墙保温、优异的节能门窗、严格的热桥处理、外遮阳 设计、气密性保障、新风系统及其高效热回收和太阳能热水系统 设计等几个方面。
越来越高。近几年，金属卷帘等可调外遮阳产品在不少项目中都 有大量应用，朗诗地产在外遮阳卷帘方面也有丰富的应用经验。 可调外遮阳一般需要使用者主动调控才能实现遮阳的功能目标，
图1c 外遮阳构件设计方案（3）
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项目篇
图1d 外遮阳构件设计方案（4）
图3 布鲁克被动房采用的结构外遮阳
图1e 外遮阳构件设计方案（5）
0.10
0.50
0.15
0.70
0.15
0.70
0.75
2.1
0.40 0.37
0.40 无要求
无热桥 20～26 40～60 400～600
无要求 26 4பைடு நூலகம்～65 无要求
≥75
无要求
≤30
≤35
下面重点对其中的遮阳设计、新风系统两方面的技术手段进
行详细论述。
图1b 外遮阳构件设计方案（2）
2.1 高效的固定外遮阳设计 随着节能设计标准的不断升级，节能建筑对外遮阳的要求
如果使用者没有形成按需调节的习惯，则不能发挥遮阳的实际作 用，而且可调外遮阳产品的维修成本也是一笔较大的投入。因 此，在项目设计之初，我们就提出采用固定遮阳，不采用朗诗所 成熟使用的活动遮阳的要求。
固定遮阳需要重点考虑以下问题：在夏季为避免增加室内热 负荷，应避免热量进入室内；而冬季则需要热量进入室内；为减 少照明能耗，应尽量增加自然光的进入；尽量不影响室内人员的 观景视线。
布鲁克被动房有着良好的气密性，也采用了带过滤设施的机 械通风设备，我们看看它在雾霾天表现如何？
2015年1月22日，室外PM2.5在200左右，我们对501室进行 了测试。该户型有两个卧室，我们保持其中一个卧室门窗紧闭， 另一个我是进行部分时段的开窗实验，开窗时段为9:00～14:30。 PM2.5实测结果如下图11所示。
朗诗布鲁克被动式酒店
项目篇
夏热冬冷地区被动式建筑技术体系探索与实践
□ 上海朗绿建筑科技有限公司 王立华
摘要
夏热冬冷地区涵盖了我国16个省市（区），约有5亿人口，是我国人口最密集、经济最发达的地区。但由于经
济社会和历史的原因，这一地区的建筑长期没有供暖和降温的措施。冬季湿冷、夏季闷热，居住建筑环境十分恶