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神农湾酒店被动房设计初探

编者按:对被动房有所了解的人都知道,被动房是通过保温隔热、节能门窗、新风热回收等几大系统的共同作用,才达到了节能环保、舒适宜居的效果。然而被动房是不是就是几大系统的简单集成呢?答案显然不是!设计工作在里面起了至关重要的作用。伟大集团节能房股份有限公司接到神农湾国际假日养生酒店(简称神农湾酒店)的被动房改造项目后,以伟大被动房建筑设计研究院(株洲市城乡建筑设计院有限公司)院长刘冀宣为主的设计团队十多次深入现场,在能耗指标的确定、保温方案的选择、新风管道的布置以及建筑成本的控制等方面做了大量的设计工作,使该项目顺利完成,并即将投入运行。刘冀宣院长总结神农湾酒店的设计经验,完成了《神农湾酒店被动房设计初探》一文,并发表于2018年第二期《株洲勘察设计》。现将该文转载与此,与业界同仁共飨。经本人同意,本文略有删节。

神农湾酒店被动房设计初探

刘冀宣

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1. 前言

被动式超低能耗建筑简称被动房,源自德国,是当前国际上领先的低碳绿色节能建筑, 能使建筑室内环境达到“恒温、恒湿、恒氧,恒静、恒洁”的高舒适性,且节能率能达90%左右,是未来建筑发展的趋势。我院从2013年起与住建部科技推广中心及德国能源署合作,完成了中国夏热冬冷地区首个被动房住宅示范项目(株洲青龙湾德国之家)的设计,该项目于201610月通过了住建部科技推广中心及德国能源署专家组的严格检测验收,获得了被动房A级能耗标识认证。至今我们已完成了数个被动房项目的设计,涵盖了新建建筑和既有建筑改造,居住建筑和公共建筑等类型,在国内设计院中首屈一指。近年来我们通过学习、研究、探索、创新,科学运用被动房理念,应地制宜,积累了一些经验。为大力推广利国利民的被动房,特撰此文与大家分享位于株洲炎陵神农谷国家森林公园的被动房度假酒店的设计经验。

2.工程概况

本工程建设地点位于株洲炎陵县东北部神农谷国家森林公园景区入口的山谷里,原为三栋废弃十多年的烂尾楼,由湖南神农洞天旅游开发有限公司投资拟改建为景区高档度假酒店,总建筑面积为

7940.63,其中1#栋是三层主楼,包含餐厅、会议室、客房和酒吧等功能,2#3#栋两层全为酒店客房。由伟大集团节能房股份公司和株洲市城乡建筑设计院有限责任公司采取设计施工总承包方式参与建设。

其地理坐标为:北纬26°3600″,东经113°0345″。本区属中亚热带季风湿润气候区,海拔1000m以下中低山地气候年均温14.4℃,1月最低平均气温3.9℃,7月最热月平均气温23.8℃,极端最高气温34.5℃,极端低温为—9.0℃;年平均空气相对湿度为88%;区内日照少,气温低,云雾降水多,空气湿度大,风速小,具有典型的山地气候特征。

3.被动房设计思路和技术标准

炎陵虽然属于夏热冬冷地区,但项目位于常年气温偏低,湿度较大的山区。本项目属于酒店类公建,目前我国没有公建被动房的设计标准,也没有相应的实际案例可借鉴。在方案设计初期,我们通过研究讨论定下一个原则,即不机械照搬德国被动房的能耗指标标准,利用被动房的原理和理念,因地制宜,在满足建筑室内高舒适性和造价成本经济性的前提下,最大限度降低能耗。

3.1被动房室内环境要求

室内环境一年四季宜处舒适状态,应同时满足如下规定:

1)、室内温度保持在2026℃;

2)、室内相对湿度在4070%

3)、室内二氧化碳含量≤1000ppm

4)、门窗室内一侧无结露现象;

5)、室内PM2.515微克/立方米;

6)、气密性必须满足N500.6

7)、客房室内噪音小于≤35dB

3.2 项目技术方案比选及能耗控制性指标

基于气象资料及其他气候条件,拟定采暖计算期为1015日至次年41日,共计151天;制冷计算期为615日至91日,共计77天。采暖期室内设定温度为最低20℃,制冷期室内设定温度为最高26℃。

3.2非透明外围护结构保温方案

本项目为公共建筑,保温材料须采用A级防火材料。通过对外围护结构保温分别采用岩棉板、无机纤维喷涂和VIP真空板等三种A级防火等级保温材料从安全、经济、实用、可靠等方面的对比,决定采用无机纤维喷涂外墙外保温和屋顶XPS板外保温。对于外墙干挂金属构件的断热桥处理,尽量加大竖向主龙骨的间距,并采用落地端固定,减少与墙面的连接点,主龙骨与墙面之间做保温隔热垫片,以及其他断热桥处理措施。从表12列出的不同保温层厚度能耗分析的结果可知,传热系数从0.27 W/(mK)降到0.15 W/(mK)对能耗指标的影响并不显著,因此选定160MM厚无机纤维喷涂保温层,外墙传热系数K=0.27 W/(mK),在满足被动房能耗指标的前提下,可使建造成本更经济。无机纤维喷涂外墙外保温也是在国内外被动房项目上被首次运用。

1 .神农谷酒店1#栋不同墙体传热系数计算结果对比


K=0.15

K=020

K=027

热负荷,W/m2

7.68

8.13

8.64

冷负荷,W/m2

34.32

35.21

36.90

热需求,kWh/m2a

17.42

18.35

19.06

冷需求,kWh/m2a

12.14

13.75

15.29

2 神农谷酒店2#3#栋不同墙体传热系数计算结果对比


K=0.15

K=0.20

K=0.27

热负荷,W/m2

4.35

4.98

5.38

冷负荷,W/m2

18.96

20.14

21.65

热需求,kWh/m2a

7.24

8.59

9.53

冷需求,kWh/m2a

11.28

12.24

13.44

 

3.3透明外围护结构方案

    本项目透明外围护结构采用被动门窗或幕墙。因项目位于山谷中,周边有茂密的高大乔木林,全天日照时间较短,常年温度偏低,太阳辐射对透明外围护结构的影响较小,故不考虑太阳辐射隔热问题,无需加LOW-E膜,也不做外遮阳装置。采用三玻两中空普通玻璃,中空处充入惰性气体氩气,窗框采用铝包木型材,整窗传热系数U 值≤1.0W( K)

 

3.4神龙湾酒店被动式低能耗建筑新风系统方案

被动房新风系统主机采用模块式风冷热泵机组,末端采用风机盘管和全热回收新风机组。冷热源采用全热回收风冷热泵主机。采用热回收效率不小于75%的全热回收机组。酒店客房新风量按30m3/(h·人)设计,排风量为新风量的90~100%。新风系统及循环风系统设置过滤级别不低于G4的过滤器。

   室内风管内空气流速为2.0~3.0m/s,送风口、回风口风速为2.0~3.0m/s,新风系统向室内送风所形成的空气流速≤0.24m/s。利用主机冷源除湿能力,满足室内相对湿度≤70%的要求。

4.   被动式建筑增量成本分析

将原有设计方案与改为被动房设计后几项主要分项工程造价的分析对比,得出直接费增量成本为875/㎡,见表4

 4.被动式建筑增量成本直接费估算表

部位

面积(m2

原设计材料

传统节能材料总价(万元)

被动式建筑节能材料

被动式建筑节能材料总价(万元)

被动式建筑增量价(万元)

非透明围护结构

3983.314

50岩棉板

39.83

160厚无机纤维喷涂保温层

262.43

210.12

3515.2

50厚挤塑板

12.48

新风空调系统

7940.63

传统中央空调

257.90

被动式酒店新风系统

182.62

-71.28

透明围护结构


节能门窗

16675

被动式节能门窗

594.48

405.93



其他费用:

150

150

合计

694.77

增量成本直接费单位造价

875元/㎡

 

 

5.   能耗对比及经济性分析

将原设计方案与改为被动房后的能耗进行分析对比,从表5数据可知,最大冷热负荷,全年制冷制热耗电量等指标均比常规建筑有大幅度下降。全年能耗节约率为89.82%

假设当地电价为1/kwh,如果采用被动式节能建筑,整栋建筑全年仅暖通方面可省156.13万元电费。

增量成本投资回收周期:694.77万元÷156.13万元/=4.45

5.能耗对比分析表(按当量满负荷运行时间法)

建筑

面积m2

最大冷负荷w/m2

全年制冷耗电量指标kwh/m2

最大热负荷w/m2

全年制热耗电量指标kwh/m2

全年制冷制热耗电量指标kwh/m2

全年制冷制热耗电量kwh

能耗修正系数

全年实际制冷制热耗电量kwh

全年制冷制热耗电节约量kwh

参照酒店

7940.63

135

22.38

80

159.05

181.44

1448611.82

1.2

1738334.19


1#栋酒店

6821

36.9

6.12

8.64

17.178

23.30

158896.75

1.0

158896.75

1561284.94

2#栋酒店

581.6

21.65

4.98

5.38

10.63

15.61

6476.25

1.0

9076.25


3#栋酒店

581.6

21.65

4.98

5.38

10.63

15.61

6476.25

1.0

9076.25









合计



1561284.94

 

6.结论

从相关的气象资料和旅游分析资料可以得知,虽然神农谷舒适旅游期长达196天,但因山里平均气温偏低,平均空气湿度高达88%左右,目前只有条件简陋的民宿接待游客,其床褥潮湿,房间霉味弥漫,使人难以忍受。平时来旅游度假的人只在景区游览后当天即离开,很少有人愿意留下住宿的。只在旅游旺季的78月份或国庆节等黄金周才会出现一床难求的情况。平时虽然有些游客,但能住下来的寥寥无几。本项目如果按原有设计进行装修改造,虽能对住宿条件进行较好的改善,但中央空调的能耗很高,不能很好的解决湿冷的状况,没有从根本上满足室内高舒适性,也就很难满足全年候接待的要求。另外,长期高湿度环境下,建筑室内的装饰装修和物品,以及外墙干挂金属构件也会受到侵蚀,产生很高的维护维修成本。本项目按被动房的要求进行改造,将完全改变上述不良情况,可以满足无论什么季节,无论什么天气状况,都能为人们提供舒适宜人的室内环境。可以满足全年候旅游度假、休闲养生、会议商务等等方面的需求,彻底解决运行成本高,可增加反季节消费,能为酒店带来可观的经济效益和社会效益。

从以上能耗计算和成本分析可以得知,本项目采用被动房标准建设,在极大提高建筑质量品质和满足极高舒适度的情况下,可以比原有设计建筑的能耗大大降低,综合节能率达90%左右,其增量成本最长仅需四年多时间就可以通过节约的能耗费用收回。如果计算因做被动房而增加的客房率和其他收益,增量成本的回收周期将会更短。

     

 

 





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