中国首个被动式示范工程“在水一方”被动房能源环境系统

“被动式房屋”是基于被动式设计而建造的节能建筑物，制冷和采暖在最大程度地避免使用传统化石能源，仅靠建筑自身产生的能量以及合理利用再生能源，就可满足室内气候环境要求的舒适度的一种房屋，主要是通过高隔热隔音、密封性强的建筑外墙和可再生能源实现。目前，国内公共建筑节能设计标准为50%，居住建筑节能设计标准为65%，而被动式建筑节能设计标准为90%。
秦皇岛“在水一方”住宅小区位于该市大汤河畔，距市中心繁华地带不足两公里，社区占地840亩，总建筑面积150万平方米以上，是秦皇岛市最大的旧城改造项目。享誉全国的“在水一方”被动式房屋位于该小区 C 区。2012年3月，4栋被动式房屋示范工程28050m²开工建设。2013年10月，另5栋被动房房屋新开工建设，使得该小区被动式房屋总建筑面积超过8万平方米。该项目是中国首批中德国际科技合作项目，是住房和城乡建设部科学技术项目，也是中国到目前为止正在建设的最大的被动式低能耗建筑示范项目，并成为中国个首个获得被动式低能耗建筑质量标识证书的被动式住宅。

图1 在水一方C区鸟瞰图

一、被动房特点及对应能源环境系统需求
1、围护结构特点
良好的保温隔热性能（外墙 K 值：≤0.15；门窗 K 值：≤0.8-1.0等）
严格的密封性能 （气密性：n50≤0.6次/小时）
2、室内主要环境参数需求
适宜的温湿度状况（温度：20~26℃；相对湿度：40~60%；超温频率：≤10%等）
健康的空气质量（ CO₂浓度：≤1000ppm等）
安静的生活空间  （噪音要求：设备间：≤35dB(A)；起居室：≤30dB(A)）
3、负荷与能源需求与消耗要求
1）严格的负荷指标限制（负荷小）
冬季热负荷：≤10 W/m2；夏季冷负荷：≤ 20 W/m2
2）明确的能源需求（能耗低）
冬季供热负荷需求：≤15 kWh/(m2 .a)
夏季供冷负荷需求：≤15 kWh/(m2 .a)
房屋总一次能源消耗（含供冷、供热、家电、照明、烹饪等）≤120 kWh/(m2 .a)
4、能源利用要求
要求配置回收效率＞75%的能量热回收装置；同时还要求尽可能采用可再生能源，尽量减少一次能源消耗。
德国被动式房屋技术指标与国内65%节能建筑标准要求值对比见下表1，德国被动式房屋能耗限值见下表2。
表1 德国被动式房屋技术指标与国内65%节能建筑标准对比表

表2德国被动式房屋能耗技术指标

二、能源环境系统设计
1、被动房负荷与能耗模拟计算与分析
a、计算机软件建筑建型
如上所述，德国被动式房屋对于围护结构传热系数、对于建筑负荷、对于建筑能耗需求等限值要求都特别小，因此，首先要计算在秦皇岛地区在什么样的保温隔热条件下，上述各个指标才能满足要求？其次要全年逐时计算建筑物全年能耗需求。这些工作需要采用计算机软件进行精细的、准确的、动态逐时的计算分析。我们采用清华大学 DeST 计算机模拟软件进行了多方案的对比计算，计算过程与结果简述如下图2-7。

表3 建筑物负荷与能耗模拟计算汇总表

2、能耗环境系统设计
a、系统设计说明
针对秦皇岛地区气候特点和项目资源条件，采用低温空气源热泵为被动房提供冷热源。室外空气无处不在，无时不有，是可再生能源。
该项目为住宅性质，考虑到不同用户的生活习性、作息时间、身体状况等各不相同，以及考虑到售楼节奏、物业管理、行为节能等多方面因素，本项目采用完全独立式的分户式能源环境系统。
分户式能源环境系统为每家每户提供全年室内环境解决方案，冬天供暖，夏季供冷，全年送新风，供生活热水（大户型由空气源热泵供热水，小户型由太阳能供热水），控制室内PM2.5，控制室内 CO² 浓度（低于1000ppm），高效热回收等。
d、被动房专用设备说明
被动房专用能源环境机组完全结合被动房负荷小、能耗低的特点量体裁衣式设计，它将低温空气源热泵、空气热回收、空气处理等多种技术有机耦合为一体的全新产品，实现被动房夏季空调、冬季供暖、过渡季通风、全年供应新风、有效控制室内 CO₂ 和PM2.5浓度、并可提供生活热水，为室内创造理想的舒适、健康、安静的生活环境。
一机四效：夏季制冷、冬季制热，全年供新风，提供生活热水（大户型）。
新风净化：对空气进行多级过滤处理，向室内送入舒适、清洁、清新的空气。
热回收：将排风能量回收并传递给新风，实现新风与排风间的热回收利用，回收效率75%以上。
智能控制：智能控制系统，全天候自动维持室内设定环境状态并节能运行。
运行静音：运行平稳，噪音极低。
安装方便：机组结构紧凑、小巧，安装方便，占用空间小。
a、室内机                                                  b、室外机
a、温控器                                      b、CO₂ 控制器