秦皇岛五兴房地产有限公司 王臻 刘庆锡
摘 要:中国被动房屋的开发建设还处在示范阶段,实际居住效果、能耗需求量、性价比、建造技术均需进一步的研究
探讨。本文通过被动房屋的实际居住,对室内的温度、湿度、 CO₂浓度隔声、能耗、舒适度等居住着的感
受,以及存在问题的改进,进行阐述,以便为被动房屋的建设者提供参考。
关键词:被动房屋、居住效果测试、能耗费用、舒适健康、技术改进
秦皇岛“在水一方”被动式超低能耗绿色建筑(简称:被动房屋),是住房和城乡建设部2011年科学技术项目,是中国首家中德科技合作示范项目。目前已建成被动房屋(住宅)4栋,层高18层,总建筑面积28050㎡,于2012年3月开始建设,2013年2月7日六套样板间装修完毕并开始实际家庭生活居住进行温度、湿度、CO₂浓度、隔声、能耗等项目测试,并对居住舒适度及生活效果、存在的问题、需要改进的内容,全面记录和研究。
经过冬季和夏季的实际居住测试,效果良好,完全达到德国被动房屋的设计标准和能耗标准要求,并于2013年10月份通过德国能源署质量认证。
一、被动房屋(住宅)居住测试内容和数据
测试被动房屋(住宅)选在“在水一方”C区15号楼,房间面积分别为132㎡和135㎡(三室二厅二卫)两套,东西各一套,日常生活居住3人。
1、室内温度、湿度测试
室内温度、湿度测试采用RC-600+温、湿度记录仪,三个卧室和客厅各装一个自动记录仪。
2、室内二氧化碳(CO₂)浓度测试
每个房间安装一个二氧化碳测试仪
3、能耗(电耗)测试
能耗主要是室内用电能耗记录测试。分三个用电部分纪录耗电量,一是室内能源环境机用电(空调)、二是照明用电、三是插座用电(电视、冰箱、微波炉、电磁炉、电水壶、电脑等电器用电),分别安装三块电度表记录用电能耗。
以上测试内容,每个家庭利用仪器自动纪录数据的同时,每天早晚两次专人定时手工记录室内温度、湿度、CO₂浓度、电表读数。(见下表)
●冬季(采暖季)测试记录统计表(2013年11月5日-2014年4月5日)
●夏季(制冷季)测试记录统计表(2014年7月1日-2014年8月31日)
●冬季(采暖)室内温度、湿度变化曲线图(2014年1月8日-9日)
C15#楼二楼东室客厅、东南卧室、户外温度曲线图
C15二楼东室客厅、东南卧、户外湿度曲线图
●冬季(不采暖房间)室内外温度对比曲线图(2014年1月8日-9日
C15九楼东室客厅(无采暖)房间与室外温度曲线图
●夏季(制冷)室内温度、湿度变化曲线图(2014年7月19日)
C15二楼东室东南卧室、西南卧室、客厅及室外温度曲线图
C15二楼东室客厅及户外湿度曲线图
●室内空气质量pm2.5测试结果
●能耗(电耗)统计结果(室内环境机、照明、插座统计表)
●窗户玻璃太阳辐射热对室内温度的影响
被动房屋整窗传热系数K≤0.8w/(㎡.k),窗(玻璃)的传热已经很小,但在冬季希望通过玻璃更多地向室内增加太阳能辐射热,也就是希望冬季最大限度的利用太阳热量。在冬季经过实际对窗户玻璃外表面温度的测试,两种不同的组合的玻璃测试结果如下:
玻璃内外表面温度测试统计表
通过对室内温度测试,到中午时通过窗户玻璃进入室内的太阳热量可使室内温度增加1-2℃,(见曲线图),冬季太阳热量是被动房很大的热量供给,白天阳光充足时室内能源环境机基本上不开启制热功能。
注:蓝色线为C15#楼二楼东室客厅温度曲线,红色线为二楼东室东南卧温度曲线,因阳光照射得热量大于客厅,在同一时间段显示的温度变化曲线
4、隔声测试
用专业高精度分贝仪分别对每个房间进行噪音测试,结果如下表:
位置 |
高档 |
中档 |
低档 |
机组前面1米 |
40dB |
38 |
36 |
客厅 |
35 |
34 |
33 |
主卧 |
30 |
29.4 |
27 |
次卧 |
30 |
29.4 |
27 |
书房 |
31 |
29.4 |
28 |
由测试结果可以看出,被动房屋有很好的隔声效果,所选用的门窗,墙体的施工完全符合隔声效果要求。
5、室内能源环境机热回收率测试
冬季采暖,夏季制冷时为保证室内新鲜空气,必须进行新风换气,同时对排出室外的室内热(冷)污浊空气进行热(冷)能量回收。在冬季对清华同方生产的室内能源环境机进行热回收率测试(测试结果见下表)。测试结果热回收率为77.5%,大于75%的被动房屋能量回收标准。
被动房屋热回收率测试结果
二、被动房屋与普通住宅冬季采暖、夏季制冷能耗、费用比较
1、冬季采暖:按秦皇岛当地冬季5个月采暖期能耗和采暖费用比较:
指标 |
能耗需求量 |
建筑面积(㎡) |
五个月总能耗 |
单价 |
总费用 |
被动房节约费用 |
单位面积能耗 |
被动房屋指标 |
≤15kwh/㎡.a |
132 |
1742 kwh |
0.52元/kwh |
906元 |
2544元 |
13.215 kw/㎡.a |
普通住宅(65%节能标准) |
≤45.53kWh/(㎡.a) |
132 |
-- |
6.97元/㎡ |
3450元 |
-- |
40 kw/㎡.a |
注:被动房冬季供热运行费用为城市热网供热费用26.3%
2、夏季制冷:秦皇岛夏季制冷时间一般2.5个月左右
因被动房屋围护结构及门窗有良好的保温隔热效果,因此,被动房屋在夏季室内制冷时间比普通建筑延迟一个月左右的制冷时间。开机制冷测试时间于7月1日-8月31日,其余时间无需制冷,测试结果及能耗费用统计结果如下表:
指标 |
能耗需求量 |
建筑面积 |
二个月总能耗 |
单价 |
总费用 |
单位面积能耗 |
被动房屋指标 |
≤15kwh/㎡.a |
132㎡ |
343 kwh |
0.52元/kwh |
178元 |
2.6kwh/㎡.a |
从实际测试结果得出被动房夏季制冷能耗为2.6kwh/㎡.a,费用为1.35元/㎡.a。冬季与传统城市热网采暖比较节约费用为2544元,能耗费用约为传统采暖费用的26.3%。
三、被动房屋居住者的感受总结
1、居住体验者王晓晶的居住感受:
我最关心的就是冬天没有采暖的日子。
寒冷的北方,冬天不采暖!我真的非常担心冻坏女儿。但是事实证明,我的担心是多余的。冬日的阳光从早到晚暖暖的晒进房间,被动房尽情的汲取大自然赋予的能量,并把这份能量保存。整个冬天,被动房的室温一直控制在20度。但是这种20度的室温,绝没有传统采暖房间里的那种燥热,柔和温润、身体很适应。更神奇的是女儿在被动房的整个冬季没有一次感冒发烧(以往女儿经常感冒)。唯一让我操心的还是电费的开支,每天查表、记录、一丝不苟。整个采暖期下来,与传统采暖相比节省了近75%的费用,这确实让我倍感欣慰和折服,这样的被动房我们老百姓都能住得起。
2、居住者刘庆锡的总结:
① 被动房屋隔绝噪音
住被动房体验前还在担心周边的施工噪音会不会影响正常的生活,然而事实证明我的顾虑是多余的。我拿着噪音测试仪走到工地施工打桩机旁,工作时的噪音为125dB,接着,我在距离50米远处的测试房间阳台测得噪音为77 dB,关上阳台门后在房间内距窗1米的距离测得噪音仅为35.7 dB。
夜间关闭被动房门窗,房间噪音实测数据仅为29.4dB,临街的车辆噪音、汽车鸣笛声、广场舞音乐等噪音完全听不到;测试房间楼上同样有人居住,从前经常能听到的脚步声、下水管冲水声等噪音也没有了,安静的环境让人心情平和,使得居住质量和生活质量大幅提高。
② 室内温度、湿度恒定
我之前居住普通在住宅时冬季会出现皮肤干燥,起静电,早上起床会口舌干燥,甚至流鼻血等不适症状。住进被动房屋后,供暖季虽然没有暖气,但房间内的温度一直保持在20℃左右设定温度,空气也不干燥,温度、湿度保持恒定,温暖舒适,这些症状住进被动房后没有再出现过。
③ 空气清新,氧气充足
被动房内安装了先进的新风换气系统,房间内的二氧化碳永不超标,同时过滤掉了室外空气中70-80%的PM2.5杂质,室内的空气质量大大优于室外。居住测试者王晓晶每年春秋季因为过敏性哮喘便咳嗽不止,住被动房后再也没有发作,家里人晚上终于能安静的休息了。
④ 节能、经济
在被动房居住一个供暖季后,单独用于供暖的能源环境机的电量消耗费用仅为传统采暖费用的四分之一,节能效果非常明显,费用支出大大减少,这样的被动房我们老百姓住得起。
四、被动房屋需改进的问题
被动房屋各项设计参数及能耗标准均执行德国被动房屋标准。但在实际居住生活中发现需按照中国当地的气候条件和人们生活习惯进行改进。部分发现改进的内容如下:
1、厨房排烟系统改进
在德国的被动房屋设计内容中,厨房做饭的排烟系统无排风方式和要求。因生活习惯和餐饮方式的不同,中国人在做饭时油烟气味极大,在冬季采暖、夏季制冷时,因门窗不能开启,在高气密性的被动房屋内,因无处可进风补充排油烟机排出的风量(15m³/分),使室内产生负压,造成室内做饭时产生的油烟无法及时排除,还会造成室内排水地漏反味,卫生间排风扇止回阀返进漏风,有时门窗缝隙产生“叫声”,破坏室内门窗、排水地漏、排风扇密闭阀等密闭性。
厨房排烟方式的改造是解决不开窗的条件下能够补充排油烟机进风量,并且不能破坏房屋的气密性和保温性能。采取的改造措施是增加进风阀,并与排油烟机自动联动。做饭开启排油烟机时进风补风电动阀、排烟电磁阀同时开启,关闭排油烟机时电动阀、排烟电磁阀同时关闭,这种改造方法经实际使用,效果良好。
2、高层住宅中楼层地面增加保温层
在住宅中分户墙需增加保温,而楼层地面按德国被动房屋建造做法是不做保温层。在中国,住宅的楼板间传热面积更大,尤其是高层商品住宅,入住率很难达到100%,经常出现一户入住,而楼上楼下无人居住,这就造成入住家庭室内通过上下楼板向外散热,使其室内温度过低而能耗增大。为了避免以上问题出现,我们在每层的楼板上铺设了厚度为60毫米的挤塑板用于保温,同时也起到了隔声作用。经居住测试,在楼上、楼下无人居住的情况下,室内温度均达到20-22°C,并且能耗无明显增加。
3、露台外门的改进
露台塑钢外门原设计向外开启,门上装设内外钥匙可启开的锁具。经过一年的使用和观察,发现门缝隙中间部位变大,关闭不严密,锁孔漏风,使其室内气密性难以保证。使用的塑钢型材为进口材料、国际认可的品牌。经过拆解分析发现门缝隙中间部位变大的原因是由于型材变形造成,型材变形夏季非常明显,主要原因是门的室外框面积大,室内框面积小,室内温度26℃,室外框的表面温度高达50-60℃,这么大的温差造成型材变形。改进的措施是将原型材U型钢衬改为方管铝合金型材,铝合金型材内衬严格按照塑钢型材截面尺寸开模具制造,不能出现松动并紧密无缝隙插入安装。同时将门向外开启改为向内开启方式,减少门框表面温差印起的变形。并将内外带钥匙孔的的锁具取消,改为只有内开启把手的锁扣,杜绝有锁孔的漏风缺陷。
4、发现而未改进的问题
在冬季用红外热成像仪测试,我们采用的普通钢制保温钉散热是很明显,热桥损失较大,(见红外热成像图)。因当时国内无生产热桥保温钉,现国内已经生产出很好的防热桥保温钉,但无法更换,这是一项难以改进的缺陷。
总结:通过4年的设计建造及实际居住生活效果的研究,被动房屋具有显著节能低碳,舒适健康、成本合理,性价比高的优势。秦皇岛“在水一方”被动房屋的建设成功受到了住建部领导的高度重视,并引起购房者和各地开发商及全社会的高度关注。被动房的建设将给中国建筑发展带来革命性的变化,为我国建筑节能技术的发展起到重要推动作用。