项目解析 | 山东城建学院实验实训中心

项目概况

山东城市建设职业学院实验实训中心位于山东省济南市旅游路东首山东城市建设职业学院内。用地范围南北长约134米，东西宽约110米，在整个基地内规划建设两幢实训楼。

该实训楼分为南北两楼，两楼之间通过连廊连接，其中，南楼为被动式超低能耗绿色建筑，地上六层，地下一层，建筑高度23.95米，建筑面积21487.89平方米。北楼建筑面积约1万平方米。设计单位为中国建筑科学研究院有限公司和山东同圆设计集团，被动房技术咨询单位是德国能源署和住建部促进中心。项目从技术探索、示范推广、产业推动、政策标准四个方面进行示范和推广。

被动式建筑方案设计

被动式建筑设计应打破传统设计理念，注重气候、环境的引导设计，一体化设计原则，以及性能化设计原则，在最大限度降低能源消耗的前提下，营造舒适的室内环境。

建筑形体选择

在建筑形体方面，考虑城建学院校园整体风格趋向于规整、秩序、理性，体块感强烈，本项目设计时利用院、廊围合形成一组建筑，与校园整体形式和谐统一。在建筑形体选择简洁，有利于被动式建筑节点设计的同时，减小体型系数，整体建筑风格也体现其科技、性能导向的风格。

利用当地风环境

本项目为学校建筑，有效利用自然通风，改善室内外环境是建筑体型设计时就加以考虑。

夏季主导风向为西南风，对新建项目周边建筑共同建模，计算夏季室外风环境。为将夏季风引入中庭，提高南北楼的自然通风效果，同时减少西晒影响，在建筑西立面采用透空廊桥改善了中庭的风环境。主要房间均为南北开窗，通过采用中空中庭，减小南北方向建筑进深，注意采用南北对称的内隔断开启，营造良好的室内通风环境。

夏季室外风环境模拟计算

夏季室内自然通风模拟计算

自然采光

通过减少建筑进深，增加开敞空间和透明隔断，增加南北立面开窗，提高室内采光系数。应用参数化设计方法，通过模拟计算与形体设计的交互，实现设计优化。

室内自然采光模拟计算

立面形式的选择

立面形式的选择是综合建筑美学与建筑功能的优化考虑。考虑到被动式超低能耗建筑较厚的保温厚度，立面选用涂料的方式，以减少热桥，降低成本，简化施工。外窗采用细长竖直形式，在不同朝向选择了不同的窗墙比，兼顾了自然采光与减少传热。在表皮设计时，设计初期即考虑热桥处理。整体立面简洁、现代、体现出严谨和秩序的校园风格。

以能耗目标为导向的性能化设计

通过性能化设计方法优化围护结构设计参数，尽可能降低建筑能源需求。性能化设计方法贯穿了设计全过程。

外墙保温性能、屋面保温性能、外窗保温性能、外窗太阳光辐射透过性能、新风热回收效率、遮阳装置的参数选择不是孤立的，为了实现被动式超低能耗建筑的能耗目标，应采用模拟软件，进行不同组合的模拟计算，结合项目技术经济要求，选择适合项目的参数集。

参数选择与供冷供热量变化的关系

被动式超低能耗建筑节点设计

被动式超低能耗建筑设计借鉴德国被动房设计理念，强调无热桥设计和气密性设计原则。就笔者所知，无热桥设计原则在建筑热工规范中有比较完善的要求，气密性设计在我国现有设计规范图集中涉及的较少。

本项目的建筑节点设计借鉴了德方被动房项目设计经验，从以下几个方面提出了特殊的节点设计要求：

1）外窗安装时，采用外挂的方式，外保温压在窗框上，确保外保温层与窗框形成连续的保温层，实现外窗安装的无热桥设计，在窗洞口设置窗台板，保护保温层。

2）外墙保温应连续无热桥，采用断热桥锚栓，由于外墙外保温厚度较厚（EPS 250mm），保温层外使用涂料处理，并优选透气性能较好的涂料。

3）屋面保温应连续无热桥，屋面保温材料尽量选用高性能的保温材料，与墙体不同的是，屋面保温还特别需要注意防水和抗压性能，保温层排汽构造严格按照屋面技术规程设计，注意在保温层靠近室内侧设置隔汽层。

4）女儿墙等突出屋面的结构体的保温应与屋面、墙面连续，避免出现结构性热桥，设置金属盖板，以提高其耐久性，金属盖板与结构连接部位，采取相关措施，尽量避免热桥。

5）地上外墙保温靠近地面的部分，应采用耐腐蚀、防水性能较好的保温材料；地下室外墙保温与地上部分保温连续，地下室外墙保温延伸到地下冻土层以下，地下室外墙保温层内部和外部设置两道防水层，最外层防水延伸至地面以上500mm。内层防水延伸至与室外地面以上300mm；地下室内墙保温从顶板向下设置，完全覆盖地下室内墙。

6）管线穿外围护结构处，进行妥善的气密性封堵，应给出完整大样图和做法说明，明确气密性要求。

7）外挑结构尽量与主结构断开，由完整的保温层隔绝传热，当结构承重等条件限制，确实不能完全断开时，应用保温材料将外挑结构尽量包裹，应用热桥计算软件计算其影响。

8）在进行节点大样图设计时，明确气密层的设计要求，用红色粗线在图纸上标注出完整的气密层；大样图纸应按照1：10或1：5绘制，在图纸中标注出施工细节，确保其可实施性。

被动式超低能耗建筑机电系统

冷热源

采用风冷多联机热泵机组作为主要冷源，采用太阳能吸收式制冷机组与电制冷水冷冷水机组作为新风系统的辅助示范冷源。当太阳能充足时，优先使用太阳能吸收式机组为新风系统供冷，当太阳能不足时，使用电制冷机组为新风系统供冷。当负荷较小时，仅通过新风系统向室内供冷，当负荷较大时，新风系统和多联机系统同时向室内供冷。

可再生能源利用

为进一步降低建筑能耗，本项目设置了太阳能光热利用系统和太阳能光伏应用系统。太阳能光热利用系统采用中温太阳能真空集热器，设置于北侧屋面，出水温度上限为95℃，真空集热器收集的太阳能得热在冬季被用来加热新风，在夏季被用来驱动吸收式制冷机制取冷水用来冷却新风。除光热系统外，南侧屋面基本满布太阳能光伏装置，其产生的能源供全楼照明和暖通空调设备使用。

热回收新风系统

由于实训中心教师使用时间灵活，为避免新风系统一开全开，尽量降低新风送风的距离以减少输配能耗，采用了分散式的新风系统设计，在实训中心东南西北四角分别设置焓效率>70%的全热回收新风机组。

总结

山东城建学院被动式超低能耗实验实训中心项目是山东省首批被动式超低能耗示范项目中面积最大、功能最复杂的示范项目。本文对该项目的被动式超低能耗建筑设计方案进行了技术总结。

在进行项目建筑方案设计时，建筑师与工程师一起，从校园环境、建筑功能以及当地气候条件和自然资源条件出发，对建筑物体型选择、空间布局、立面选择等多方面进行基于数值模拟的定量分析，优化选择建筑方案。

在进行与被动式建筑能耗目标相关的建筑热工性能参数和其他参数选择时，采用性能化设计方法，以数据为指导，以能耗目标为约束，结合经济能力和当地产品供应情况，进行选择。

借鉴德国经验，强调无热桥设计和建筑气密性，加强建筑节点设计要求，实现更详细的被动式建筑节点设计。

考虑实训中心使用习惯，采用分散+集中式系统，利用可再生能源、高效热回收新风系统、对部分负荷和过渡季的运行从方案设计就加以考虑，降低运行能耗。

本项目的设计方案及相关分析标明，在寒冷气候区的类似公建项目，通过优化建筑方案设计、加强保温隔热气密性能、利用高效的暖通空调系统和可再生能源，可以在一定的增量成本之下，接近或达到德国被动房的供冷供热需求和冷热负荷的指标要求。

随着示范项目的进一步开展，项目设计团队将持续关注项目开展情况，进行进一步技术总结。