辽宁首例被动式超低能耗装配式绿色建筑——沈阳建筑大学中德节能示范中心项目

沈阳建筑大学中德被动式节能示范楼是沈阳建筑大学与德国达姆施塔特工业大学和德国魏斯玛应用技术大学共同合作设计的节能示范项目，由辽宁省政府和沈阳建筑大学共同投资建设。通过引进德国被动式建筑节能技术，应用德国新型节能理念和保温节能构造体系，能耗管控体系等技术手段，实现德国先进节能技术的引进、创新与开发。

示范中心以“被动式技术优先、主动式技术辅助”为设计原则，全面展示了被动式低能耗建筑设计理念和绿色建筑集成技术的系统结合，实现了严寒地区超低能耗绿色建筑的设计目标，示范中心的设计节能率达到了80%。示范中心的预认证目标为我国绿色建筑评价标识三星级、德国BNB评价标识金级和美国LEED-NC铂金级。

中心建筑面积1600m2，共三层，其中地上二层面积1040m2，地下一层面积560m2。首层为接待与展示功能空间，二层为科研办公和能耗管控与监测机房，地下室为各类机房空间和交流活动区。

辽宁卫视报道

今年，沈阳市新建建筑中将实现四成为绿色建筑，并按建筑节能率75%的标准进行设计建造。而说到绿色节能建筑，您了解多少?这种被称为“会呼吸的节能房”到底长啥样?在沈阳建筑大学内有一座神奇的建筑—中德节能示范中心，是辽宁省首座被动式超低能耗绿色建筑（被动房）。让我们看看到底有多神奇：

被动式技术优先

在设计之初为实现超低能耗的设计目标，中心建筑设计严格控制了建筑节能相关设计参数，经模拟优化后，确定建筑体形系数为0.22，各方向窗墙面积比分别为南向0.29、北向0.16、东西向均为0.11，屋顶天窗面积比例为12.7%。在围护结构保温技术方面借鉴德国被动房的设计要求，即非透明外围护结构（外墙、屋面、地面）的平均传热系数达到K≤0.15 W/(m2·K)，外窗的传热系数达到K≤0.8 W/( m2·K)，建筑气密性通常满足n50≤0.6，即在室内外压差50Pa的条件下，每小时的换气次数不得超过0.6次。由于在绿色建筑与德国被动房的设计要求和理念之间有着较大的差异，因此在建筑设计中充分考虑沈阳严寒地区的气候条件和建筑使用性质，将二个目标结合，以实现严寒地区超低能耗绿色建筑为最终的设计目标。

地下层平面图

一层平面图

二层平面图

为使示范中心设计节能率达到80%以上，经多次计算机模拟，围护结构设计传热系数最终确定为：非透明外围护结构（外墙、屋面、地面）的平均传热系数K≤0.12 W/(m2·K)，围护结构透明部分的平均传热系数K≤0.8W/(m2·K)，天窗平均传热系数达K≤0.9 W/(m2·K)。

屋顶与天窗

屋面保温采用300mm厚挤塑板，每层100mm厚分三层错缝铺设，设计传热系数为0.1[W/（m2·k）]。天窗窗框材质为铝包木制明框，铺设于钢屋架之上，透明部分为三玻窗，（5mm钢化Low-E玻璃+12（A）真空+5mm钢化Low-E玻璃+9（A）充氩气夹胶+5mm钢化Low-E玻璃），整体天窗传热系数K=0.90[W/（m2·k）]，可见光透射比≥0.4。天窗玻璃间的钢屋架采用内外两侧包憎水岩棉保温材料，以减小钢骨架的热桥影响。

外墙

示范中心东、北、西向外墙采用200mm厚砌块加两层各140mm厚石墨聚苯板外保温，石墨聚苯板导热系数λ＝0.035[W/(m·k)]，石墨聚苯板采用四边双道企口缝拼接，两层石墨聚苯板错缝铺设，以最大限度地减少热损失。南向外墙采用砌块加A级防火的憎水岩棉板，两层错缝敷设共300mm厚，憎水岩棉板导热系数λ＝0.039[W/(m·k)]，憎水率为99.8%。

中心中庭及天窗效果

外门窗

中心外窗采用了三层Low-E玻璃，玻璃间充氩气，（5mm钢化low-E玻璃＋16（A）充氩气＋5mm钢化low-E玻璃＋16（A）充氩气＋6mmlow-E钢化玻璃），三玻窗K值为0.7W/(m2•k)，玻璃间隔条采用非金属间隔条。玻璃的太阳能总透射比g≥0.45。窗框为塑料型材，填充高性能发泡保温芯材，整窗的传热系数K值达到0.8W/(m2•k)，外窗的气密性为8级。南侧落地窗和透明外门采用铝合金框料，玻璃的选择上与外窗相同，传热系数为0.9W/(m2•k)。外门的气密性同为8级。1.4 地下室中心地下室层高4.2m，地下部分3.0m，主墙面外贴100mm厚挤塑聚苯板，分两层错缝铺设，地下室外墙设计传热阻R＝3.21(m2•k)/W。为增强近地面处地下室外墙保温性能，墙脚部位在挤塑板保温层外侧增设110mm厚泡沫玻璃砖保温层，泡沫玻璃砖导热系数λ＝0.05W/m·k，其外侧做100mm厚保护墙。地下室地上部分1.2m，设计传热系数K＝0.15W/(m2•k)，其构造与外墙面相同。地下室钢筋混凝土底板上铺挤塑板，设计传热阻R＝3.61(m2•k)/W。

气密性

中心采用德国被动房外窗设计安装工艺，通过改变外窗安装位置及构造连接方式、采用防水密封材料和金属窗台板，加强外门窗的保温、防水和气密性能。为加强外窗与墙体之间的连接紧固程度，示范楼在门窗洞口四周均设计钢筋混凝土构件，用以和外窗固定。窗框与窗洞口之间的缝隙填充自粘性的预压自膨胀密封带，窗框与外墙连接处采用防水隔汽膜和防水透气膜组成的密封系统。室内一侧采用防水隔汽膜粘结于窗洞口内，室外一侧采用防水透气膜粘结于结构墙体外侧，在构造上强化了窗洞口的密封与防水性能。在外窗的外侧粘贴保温层，压住室外一侧防水透气膜。窗台板采用2mm厚铝板，板下满涂聚氨酯压盖在保温层上方。

主动式技术辅助

为充分发挥示范中心在沈阳建筑大学校区建筑相关专业教学方面的示范目的，中心应用了我国三星级绿色建筑设计要求的建筑技术和适当的创新技术，在被动式技术优先的前提下，采用相应的主动式技术作为补充。

双源热泵与箱变水箱采暖系统

中心采用了空气源—地源双源热泵系统，利用可再生能源来提供冷热源。建筑南侧地上部分外墙外侧悬挂太阳能光伏板和双层玻璃相间的幕墙系统，幕墙系统与墙体之间围合密闭形成空腔，在冬季白天利用太阳辐射得热加热空腔内的空气，通过与空腔顶部连接热泵机房的管道，将空腔内的高温空气送至空气源热泵机组，提取高温空气中的热量加温热水，为建筑冬季采暖，再将换热后的低温空气通过风管送回至幕墙空腔的底部再循环加热。

南向太阳能热电联产幕墙系统

在地下室设有相变蓄热水箱，以石蜡为相变材料，相变温度为46℃。水箱中石蜡采用不锈钢管封装，占整个水箱体积的15%，水箱的蓄热量为137.12KWh，水箱蓄热能力略大于夜间所需供热量，白天阳光充足时，吸收幕墙空腔内空气热量，既为建筑供暖，同时将热量蓄存在水箱中，建筑夜间依靠相变水箱供热，热泵机组关机。

在幕墙空腔顶部和底部各设有三组电动百叶，作为与室外环境相联系的开口，用以组织空腔内的自然气流。夏季，幕墙空腔底部和顶部的百叶全部打开，利用热压和自然通风将空腔内的热空气排到室外。中心夏季空调负荷主要通过土壤源热泵提供，在下沉庭院上方的绿地范围内，共有20眼100米深的地源热泵管井，利用浅层地热资源作为冷热源进行能量转换。

地道新风及排风余热回收系统

中心的新风采用地道风系统，通过地埋管对新风进行预冷预热，同时设计热回收型新风机组，将室内排风中的冷热量与新风进一步交换，回收效率可以达到72%，以此减少新风的制冷制热能耗。

可再生能源系统

中心共计建设光伏屋顶系统及光伏幕墙系统37.37kW，其中屋顶光伏系统组件安装面积144.97m2，采用多晶硅太阳能电池组件，其光电转换效率为15.3%；光伏幕墙部分铺设组件面积为144.92m2，采用双玻中空单晶硅组件，转换效率为18%，按1200小时/年的有效时间来计算每年总发电量可达到45000kWh，为中心提供约30%的用电能耗。

水中系统与节水灌溉

中心应用雨水和中水回收利用技术，采用内排水形式将屋面和广场硬质地面汇集的雨水通过排水口排至室外的雨水井，和中水一起进入广场地下的雨水和中水处理系统。经过回收处理后的水主要用于绿化浇灌、太阳能板清洁和卫生间清洁。预计全年可以收集雨水和中水共996.53 m³，中心全年总用水量为1626.62m³，非传统水源利用率可以达到61.2%。中心绿化采用滴灌和喷灌相结合的节水灌溉方式，对于灌木，采用小管出流灌水器的滴灌方式，将水直接浇灌到植物根部，提高水的利用率。对于大面积的草坪，采用辐射式喷头的微喷灌式，将水均匀地喷洒到草坪区域。

智能管控系统

中心智能化管理系统平台主要包括：物联网智能照明及电器控制系统、楼宇自控系统、建筑弱电系统、绿色建筑监测系统和信息发布系统。主要采用西门子楼控技术，对中心室内外环境、围护结构温度梯度变化、建筑电耗和水耗、智能照明等逐时记录，并反馈至楼控系统，自动切换设备运行工况模式。

智能控制机房

室内环境分析

中心于2015年5月初步完工并投入试运行，智能管控系统陆续记录下中心的各项主要参数数据。

自然通风模式

根据中心5、6月实时监测数据分析，在过渡季完全采用自然通风条件下，示范中心全部空间均不超过24℃。地下室温度为21.0℃，一层温度为22～23℃，二层温度为23～25℃，主要工作空间室内相对湿度在35%～56%之间波动，室内热环境稳定且舒适。

开启新风模式

在2015年7月5-9日连续5天高温气象条件下，示范中心进入关闭全部外门窗同时开启新风系统，适时调节遮阳的实验运行模式，气象参数如下表。

2015年7月5-9日气象记录

如温度曲线图所示，示范中心地下室不采用任何制冷设备，室内环境温度保持在21.0～21.5℃的恒温状态；一层室内环境温度稳定在23.5～25.0℃范围内；仅二层南侧办公空间室内环境温度超过27.0℃，峰值达到28.08℃，需要局部开启空调制冷，主要工作空间室内相对湿度在40%～66%之间波动，室内热环境基本稳定且舒适，仅二层局部空间超出舒适度范围。根据前期监测数据显示，由被动式技术带来的夏季舒适的室内环境效果非常显著。

目前，对示范中心的各设备系统运行正在调试，各项数据正在监测记录，下一步研究人员将对开启空调系统后的室内环境和制冷系统设备耗电量进行统计和更深入的分析。可以预见，通过沈阳建筑大学中德节能示范中心的建设，在严寒地区超低能耗绿色建筑设计实践与技术总结，将对严寒地区相关技术标准的制定和适宜技术推广起到积极的作用。

责任编辑：施丹丹