一、项目概况
本工程位于青海省海东市乐都区滨河南路99号“丽水湾”小区G区(见图1)。拟建被动式超低能耗住宅17层三个单元,采用筏板基础,剪力墙结构。地下1层、地上17层,每层层高均为3m,建筑高度为51.45m,总建筑面积为15592㎡。
建筑主朝向为南向,充分考虑了冬季利用阳光辐射。建筑设计紧凑,外立面简洁,体形系数(A/V)<0.4,符合被动房设计要求。
户型为三室两厅一厨两卫及两室两厅一厨两卫2种,一梯两户板式结构设计,南北通透。大套户型建筑面积为143.00㎡,小套户型建筑面积为132.00㎡。
该项目截止目前已由德国能源署完成设计及施工培训,初步设计也已完成,目前正处于施工图设计阶段。计划于2015年3月开工建设,2016年底建成。该项目建成后可提供被动式超低能耗住宅102套。
二、被动房关键部位设计
1、 非透明外围护结构保温设计
1)外墙保温材料选用EPS石墨聚苯板设计厚度为250mm,双层错缝粘贴,采用无热桥锚栓固定;传热系数K≤0.032W/(㎡•K);密度为18kg/m³,室外地面以下采用密度为30kg/m³;防火燃烧等级为B1级。
2)防火隔离带材料选用岩棉板防火隔离带厚度250mm,高度≥ 300mm,双层错缝黏贴,采用无热桥锚栓固定;传热系数K≤0.038W/(㎡·k);密度为100kg/m³;防火燃烧等级为A级。
3)屋面保温材料选用耐压性的EPS石墨聚苯板 设计厚度为 300mm,采用无热桥锚栓;传热系数K≤0.032 W/(㎡•K);密度为30kg/m³;防火燃烧等级为B1级;屋面女儿墙安装铝合金压顶,防止雨水流挂现象发生,保护墙体。
4)首层地下室顶板及墙面保温材料选用EPS石墨聚苯板 设计厚度250mm,采用无热桥锚栓;传热系数K≤0.032W/(㎡•K);密度为18kg/m³;防火燃烧等级为B1级。
2 透明外围护结构被动式外窗设计
1)被动窗玻璃设计方案
被动窗玻璃采用“真空+中空”复合玻璃,玻璃的关键指标传热系数U值、太阳辐射总透射比g值、玻璃选择性系数S值均符合被动窗的要求。“真空+中空”复合玻璃参数如表1所示。
2)被动窗玻璃加工方案
Low-E 玻璃采用金晶公司生产的产品,镀膜技术为从美国PPG公司引进的成熟技术。
真空玻璃由北京新立基真空玻璃技术有限公司加工,使用寿命50年以上。
中空玻璃 由于北京与青海地区的空气大气压不同,真空复合中空玻璃只有在青海加工,中空玻璃间隔条采用暖边条。中空玻璃无需充氩气,主要用来调整玻璃厚度,满足型材安装尺寸要求。中空可提高隔声等性能,对玻璃整体的U值影响不大。
3、被动窗设计及安装
1)被动窗型材设计方案
被动窗采用82mm系列的塑料型材,为断面不少于7个节能腔室的多腔结构塑料型材。该型材可装配厚24~52mm的玻璃,且具有深25mm的高嵌入度。
窗框型材传热系数Uf≤1.0W/(㎡•K)。
2)被动窗整窗设计方案
82mm系列塑料型材“真空+中空”复合玻璃整窗U值计算如表2所示。由表2可见,整窗U值最高0.91W/(㎡•K),最低0.78W/(㎡•K),均符合被动房设计标准要求。
3)被动窗安装设计方案
被动窗必须采用洞口外墙挂式安装方法,窗内侧粘贴完整连续不间断的气密层,也为防水隔气膜,外侧也要粘贴完整连续不间断的防水透气膜。
被动窗应安装在保温层内,嵌在保温层的1/3处,保证外侧保温层厚度。保温层应盖住窗框,最多留10~15mm在外。
被动窗室外窗台必须安装金属窗台板,在窗框下部再安装窗台延伸型材(见图2),
其作用如下:
①室内连接木制或大理石窗台板;
②室外连接铝合金窗台板;
③可以将排水腔体直接打穿到底部,实现垂直排水,将雨水完全排到室外铝合金窗台板上,保护保温墙体,防止流挂现象发生。
4、太阳能新风+热水+采暖复合系统设计方案
因该项目处于太阳能资源较丰富的青海地区,为了充分利用太阳能可再生资源,有效降低被动房能耗,经过多方努力,确如下空气式集中预热分户新风加热设计方案。
1)选用空气式PCM太阳能集热器,通过建筑一体化设计将集热器安装在屋面上,并与安装在屋面上的气/水热交换囊式水箱连接,形成集中式的太阳能热空气循环系统(该系统集太阳能集热、蓄热为一体),将气/水热交换囊式水箱中的水加热用于新风预热。当新风进入安装在屋面上的气/水热交换盘管后,将新风第一次预热至0℃以上,通过集中新风风道,送至分户安装的气/水热交换与新风加热一体机,形成集中式新风预热系统。
2)在每户朝南外立面上通过建筑一体化设计,安装空气式PCM太阳能集热器,并与安装在室内的气/水热交换与新风加热一体机连接,也形成集中式的太阳能热空气循环系统(该系统集太阳能集热、蓄热为一体),该一体机利用白天进入室内的太阳能热空气,将太阳能转换成热水储存在一体机内的气/水热交换囊式水箱中(一部分解决生活热水,另一部分用于新风加热),形成分户新风进入系统。
当屋面第一次预热至0℃以上的新风进入分户安装的气/水热交换与新风加热一体机后,通过一体机内的全热交换器换气回收室内空气热量(热回收率可达75%),进行第二次新风预热;当进入一体机内的新风经过第二次预热后,再进入一体机内的气/水热交换盘管,将新风第三次加热至20℃以上送入室内,实现通风换气与室内热量补充。
3)在出现极端天气或进入室内的空气温度低于20℃或太阳能集热水箱热水温度低于 55℃的情况下,采用气/水热交换与新风加热一体机内的电辅助加热系统将热水加热至60℃,确保进入室内的空气温度不低于20℃。
4)室内空气质量也完全实现自动化控制。当室内空气中二氧化碳含量通过探测器自动感应超过1000ppm时,新风系统自动启动开始换气;室内空气中的二氧化碳含量低于600ppm时,新风系统就自动停止换气。
该系统采用空气式太阳能集热器,集热器传热介质采用循环空气,从根本上解决了太阳能供热系统在寒冷地区可能出现的冻裂、渗漏、腐蚀、过热等安全隐患问题同时集热/蓄热一体化,大大简化了太阳能供热系统,降低了太阳能供热系统成本,确保了太阳能供热系统的使用寿命。其原理如图3所示。