北京市住宅建筑设计研究院有限公司 果海凤  胡颐蘅  刘郁林  邹艾娟  朱小红  张敏行

       【摘  要】翠成D23居住公服作为全国首批住建部超低能耗示范项目，同时获德国被动房研究所认证标识项目，已于2016年底建成和投入使用。但按照德国被动房标准建造的低能耗建筑，是否真的舒适、环保、节能和低能耗，并在气候环境比德国复杂很多的中国落地和实现本土化，还急需实际项目的运行调试和测试数据的支撑和检验。本文通过测试翠成D23项目建成使用后经历的第一个冬季最冷月时的暖通运行数据，包括舒适性指标和能耗指标，并进行数据分析，验证暖通设计和暖通方案的合理性，测试被动房的舒适性和节能性，积累运行测试和整改提高经验，为后续被动房项目的咨询和设计奠定了更加扎实的基础和自信。

       【关键词】翠成D23被动房、运行调试、最冷月、暖通数据分析

Abstract: The Cuicheng D23 Passive house, which is certified by the Germany Institute of Passive House(PHI), meanwhile certified by the Housing construction department of China at the first time, was built and put into use at the end of 2016. But whether the low-energy buildings built according to the passive house standards in Germany are really comfortable, energy saving and really low energy consumption in China, whose climate environment is much more complex than Germany, there is also an urgent need for the actual project operation commissioning and testing data support and testing. This paper runs and debugs the HVAC system of the D23 Passive house, tests the comfort index and the energy consumption index, carries on the data analysis to verify the rationality of the HVAC scheme. It provides a solid foundation and confidence for the consultation and design of more passive house projects.
Key words: Cuicheng D23 Passive house， Running and debugging，The coldest month，Data analysis of HVAC

1 引言

       源于德国的被动房建筑已经在我国遍地开花，被动房项目的基础理论研究已日趋成熟和逐步完善。但实际按照德国被动房标准建造的低能耗建筑，是否真的舒适、环保、节能和实现真正的低能耗，并在气候环境比德国复杂很多的中国落地和实现本土化，还急需实际项目的运行调试和测试数据的支撑和检验。

       翠成馨园D23居住公共服务楼作为全国首批住建部超低能耗建筑示范项目，同时获德国被动房研究所认证标识项目，已于2016年底建成和投入使用。通过测试本项目建成后第一个冬季最冷月的暖通运行数据，包括舒适性指标和能耗指标，并进行后期数据分析，验证暖通设计和暖通方案的合理性，测试被动房建筑的舒适性和节能性，积累宝贵的运行测试和整改提高经验，为后续更多的被动房项目的咨询和设计奠定了更加扎实的基础和自信。

2 建筑概况

       本项目位于北京市东南四环外垡头地区翠成住宅小区D南区。建筑性质为公共建筑，用途为残疾人康复托养所。总建筑面积为2519m²，地下一层，地上三层，框架结构。

       图2为本项目的剖面图，粉色粗线内为被动房范围，包括地下一层、首层、二层和三层。粉色粗线也是保温围护结构和气密层做法的范围。

3 设计参数

       3.1 室外气象参数

       本项目位于北京地区，属于寒冷地区A区，冬季应满足保温和采暖要求，部分地区兼顾夏季防热和空调。

       3.2 室内气象参数

       3.3 围护结构做法

       3.4 新风量计算

       3.5 负荷计算

4 暖通空调方案

       4.1 冷热源

       本工程冷热源为地源热泵，设置三台地源热泵机组，其中两台用于空调系统，夏季制冷、冬季采暖；另一台用于生活热水，制冷季和过度季节回收冷量用于空调制冷。

       供冷季机组提供7/12℃供回水，供空调新风机组、风机盘管。供热季机组提供 45/40℃供回水，供空调新风机组、风机盘管、生活热水。其中，用于空调系统的地源热泵机组，额定制冷量57.0Kw，制冷功率10.6Kw；额定制热量59.7Kw，制热功率14.7Kw。地源热泵机组的综合制冷性能系数SCOP=4.58。另一台用于生活热水的地源热泵机组，额定制热量11.5Kw,输入功率4Kw。

       4.2 暖通空调末端

       本项目的空调采暖末端为：风机盘管+新风系统。新风为集中系统，每层设置一台新风机组；层层取风，层层排风。风机盘管：按不同功能房间设置。新风机组参数如下表所示。

5 运行调试策略

       5.1 测试时间

       本项目2016年底建成和投入使用，2017年采暖季为其第一个采暖季。本测试时间为：2017.1.30～2018.2.11，共13天。这段时期也为冬季最冷月的两周。由天气记录图4可知，测试期间最低温度为-10℃，天气均较晴好，阳光充足，空气质量较高。

       5.2 测试对象

       本次测试，测试对象为首层的会议室和残疾人养老标间，如图5、6所示。其室外环境监测点位于屋顶电梯机房侧墙上。

       暖通系统运行和测试期间，主要的测试数据包括为会议室和残疾人养老标间的舒适性参数和能耗参数两部分。

       详细测试数据如下：

       5.3 测试策略

       本项目设有能耗监测平台，监测平台通过设置各分项计量装置，采集不同用能设备的能耗数据，并设置环境传感器监测室内的各项舒适性指标（温度、相对湿度、PM_2.5 浓度、CO₂ 浓度、甲醛浓度等），监测数据上传至服务器存储，通过平台系统对各项指标进行综合判断，诊断能源状况。主要测试阶段如下表所示。

6 数据分析

       6.1 舒适性指标

       由图7可知，测试第一阶段，即2017.1.30～2018.2.1，系统未启动，测定的是室内在无采暖情况下的自然室温。由图可知，被动房内由于采用了较厚的保温、较好的外窗和更好气密性和断热桥做法，当室外最低温度均在-6℃以下时，室内温度也能保持在10℃以上。

       2017.2.2～2018.2.8测试阶段内，经过3天的加热，室内温度上升到18℃左右，达到舒适标准。期间2.2～2.4为风机盘管全部开启，室内温度达到舒适温度20℃后，打开新风机组，逐渐关闭所有风机盘管，测试新风机组的供暖能力。2.5～2.6测试时间内，为全新风运行，由室内温度比较结果可知，室内温度从20℃以上开始缓慢下降，这说明，在北京地区最冷月期间，完全靠新风采暖还不能完全满足室内20℃的舒适标准，需附加风盘等辅助采暖方式。

       同时，能耗平台测试的会议室温度一直比残疾人养老标间的温度高不到2℃，且会议室比标间温度上升的快，这主要是由于会议室里有2台电脑，1台电视，一直开启灯具照明，一直有2～3个人员，等，所以内部发热量比较大，温度和上升速度都比残疾人养老标间高。由此可知，如果本建筑完全投入使用，人员、灯光、设备等内部发热量的作用，其所需热负荷会继续降低，更加节能。

       设备开启测试期间，翠成D23无人使用，没有人员负荷，可能也是温度上升缓慢的原因。整个建筑都处于“冷”和“潮湿”状态。因此，一般建筑在投入使用的前两年，能耗一般高于稳定运行几年以后。

       图8为会议室和残疾人养老标间的室内外相对湿度对比。由图8可知，北京冬季，寒冷干燥，室外相对湿度均较低，测试期间最高值17.4%，低于最低的舒适标准30%。对于一般普通建筑来说，必须设置加湿措施。但对于被动房来说，测试期间，会议室和残疾人养老标间的相对湿度均保持在35%以上，均值能保持在55%，虽然没有加湿措施，但也非常舒适。这主要是由于被动房保温性好，窗户气密性高，整个建筑的气密性好（翠成D23气密性测试结果为正负压差50Pa时建筑换气次数为0.19次/h），使得室内水汽不会散失，同时受室外气候影响很小的原因。另一方面，被动房添加了高效带热回收的新风系统，且为全热交换，其全热交换效率较高，一定程度上保证了室内湿负荷的保持和不会散失。由此证明，被动房良好的气密性对室内相对湿度的保持发挥了重要的作用。

       同时，测试期间，所有的窗户均无结露和结霜现象，甚至连水汽也没有，这一方面是被动房高质量窗户的作用，另一方面也是被动房良好气密性的结果。

       测试期间，也有个别窗户边上冷风渗透比较严重，用手能感觉到有风，测试温度是12.4℃。说明有的窗户气密性没做好，应该是安装不仔细不规矩的问题。由此可知，高质量的被动窗和高质量的安装，对被动房至关重要。

       图9为室内外PM2.5对比结果。本项目新风系统带有过滤装置，PM2.5过滤效率≥90%，即使是雾霾天气也能保证室内良好的空气质量。一般认为室内空气应该达到的最宽松标准为PM2.5≦75µg/m3。由上图可知，测试期间天气晴好，其中，2.1、2.7和2.9三天室外PM2.5最高值达到了200，空气质量较差；其他几天PM2.5均为100以下。而测试期间的室内PM2.5均在50以下，室内空气质量均保持较好。由此可见，被动房良好的气密性，新风系统高效的除霾过滤能力，保证了被动房室内空气的清新性和高质量性。在北京等冬季雾霾严重的地区，高质量建造的高气密性的被动房，是有效解决室外空气污染的最佳途径，也是节能减排和从根本上改善空气品质的长久之计。

       6.2 能耗指标

       被动房的建造可以保证室内较高的舒适性，但建造被动房更重要的和最终的目标是达到低能耗和节能特性。测试期间也记录了翠成项目各个部分消耗的电量和总电量。翠成D23项目为全国首例同时获得德国被动房研究所（PHI）认证和德国能源署的高能效低能耗建筑标识的项目，同时还列入了住建部首批被动式超低能耗示范项目。按照德国被动房的标准，本项目对应的用电量为282.65（KWh/天）。由电量分析表可知，整个测试期间，其平均耗电量为209.65（KWh/天），完全满足被动房的要求，具有较好的节能性。但本测试阶段为全年最冷季供暖段，2.2～2.8测试时间内，室内温度保持为18℃，其平均耗电量为408.28（KWh/天），高于被动房的均值。分析原因主要有：一、新建建筑，粗装修，第一年采暖，建筑内湿度大，能耗消耗高；二、粗装修，没有人员负荷，灯光、设备负荷很少，内部发热低，能耗消耗大；三、冬季采暖季平均能耗高，属于正常现象，过渡季节和全年平均值肯定会降低。
由用电量比较图10可知，本项目耗电量主要是机房内的地源热泵机组和循环泵的电量，其他部分耗电量均较低。被动房内新风机组的单位风量耗功率应小于0.45W/(m³/h)，其他用电设备选型时，也应选择高效节能的设备。

7 结论

       翠成D23项目为全国首例同时获得德国被动房研究所（PHI）认证和德国能源署的高能效低能耗建筑标识的项目，同时还列入了住建部首批被动式超低能耗示范项目，具有较高的示范效用。冬季测试证明，被动房能够保证室内较高的舒适性、具有较强的治理室内空气污染和除霾特性，同时能够达到较高的节能性。以被动房为起点，建设更多更好的超低能耗建筑，推动我国建筑向更低的能耗目标迈进，达到我国长久的保护环境和节能减排的长远目标，需要已建成的实际项目的运行调试和测试数据的支撑和经验总结。

       通过实际测试，切身体会到被动房设计和理论计算固然重要，但高质量的施工和经过培训的高素质的施工队伍，也是建造被动房项目成败的关键。如何更好的建造更节能的被动房，施工的精细程度至关重要。

       同时，大力提倡行为节能和后期运行维护的高效合理性，即保证整个项目的设计、施工和运行维护全过程的全生命周期，是建筑节能发展的必然趋势。

参考文献

       [1]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[S].中华人民共和国国家标准.2012.
       [2] 德国被动房设计和施工指南[M].北京: 中国建筑工业出版社，2015.
       [3] 被动式超低能耗绿色建筑技术导则[S].中华人民共和国住房和城乡建设部．2015.
       [4] 果海凤，胡颐蘅，刘郁林，王国建.被动房新风设计及应用.建设科技，2015.19：30-33.

       备注：本文收录于第21届暖通空调制冷学术年会（2018年10月23～27日，中国·三门峡）论文集。版权归论文作者所有,任何形式转载请联系作者。