被动式超低能耗建筑设计的基础及应用 刘晓海

发表时间:2018/7/11   来源:《防护工程》2018年第6期   作者:刘晓海
[导读] 高效的外门窗系统;无热桥的设计理念与建筑节点构造;建筑整体良好的气密性;带有高效热回收新风的系统。
  摘要:被动式低能耗建筑作为更高节能性能建筑,是建筑节能的中短期目标,欧美许多国家都在积极制定超低能耗建筑发展目标和技术政策,建立符合本国特点的超低能耗建筑标准和相应的技术体系。欧盟规定:2020年欧盟27个国家将全部采用被动式建筑标准建设,所有新建建筑如不能达到被动的建筑标准,将不予发放施工建设许可证。在欧洲,超低能耗建筑正以8%的速度递增,被动式建筑正在成为未来绿色建筑的发展方向和必然趋势。
  关键词:被动式超低耗;建筑设计;设计应用
  我国在住建部的支持下,引进德国先进建筑节能技术,建设了河北秦皇岛在水一方、黑龙江哈尔滨溪树庭院、乌鲁木齐幸福堡、河北省建筑科技研究中心办公楼等被动式低能耗建筑。目前,在北京、河北、山东、福建、青海、湖南、江苏、辽宁、内蒙古、黑龙江等省市共有40个在建项目,包括居住、办公、学校、幼儿园、纪念馆、工业厂房等类型建筑。
  1、被动式超低耗建筑概念
  被动式建筑是指通过采用先进节能设计理念和施工技术使建筑围护结构达到最优化,极大限度地提高建筑的保温、隔热和气密性能,并通过新风系统的高效热(冷)回收装置将室内废气中的热(冷)量回收利用,从而显著降低建筑的采暖和制冷需求。被动式建筑还通过有效地利用自然通风、自然采光、太阳能辐射和室内非供暖热源得热实现室内温度、湿度、光环境,最大限度地降低对主动式机械采暖或制冷系统的依赖。
  被动式建筑室内环境的基本规定:
  室内温度宜为20?℃?~?26?℃,超出范围不宜>10%;
  相对湿度宜为30%?~60%;
  CO2浓度不宜>1000ppm;
  围护结构非透明部分内表面温度差≤?3?℃,内表面温度不低于室内温度3?℃;
  卧室、起居室≤?30dB(A),
  放置新风系统的设备用房≤35dB(A)。
  气密性,在室内外压差50Pa的条?件下,严寒地区n50?≤0.6h-1,寒冷地区n50?≤0.5h-1。
  2、被动式超低耗建筑的设计应用
  2.1外墙防热桥构造
  外墙宜采用重质建筑材料,并应采用模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统。保温材料采用改性的燃烧性能为B1级EPS板,即石墨聚苯板[按《建筑设计防火规范》GB50016-2014要求,保温板的燃烧性能不应低于B2级,导热系数≤0.033W/(m·K)]。根据气候特点、建筑体形系数、户型面积、居住人数等,保温层厚度一般在200~400mm,具体厚度需经热工及建筑能耗计算确定。保温板分两层错缝铺设,层与层之间严禁出现通缝,且第一层的厚度应与突出墙面的窗框齐平。转角为专用的转角板。同时,外保温系统还配备了各种配件,如窗口线条、滴水线条、伸缩缝线条、护角线条、断热桥锚栓、止水密封膏等,提高了外保温系统的保温、防水和柔性连接能力,保证了系统的耐久性、安全性和可靠性。
  由于外墙外保温采用了燃烧性能为B1级保温材料,则按照防火规范要求需设置防火隔离带。被动式建筑采用岩棉防火隔离带,300高,满粘且在每层窗口≤500处交圈设置。外墙或女儿墙与屋面连接处的保温层应连续[1]。
  2.2外窗防热桥构造
  外窗可采用塑料窗、木窗、断桥铝合金窗等。传统的外窗都安装在窗洞口内,热桥明显,防水和密封薄弱。

被动式建筑的外窗安装在外墙外侧,即窗框内表面紧贴结构墙外表面,并通过角钢固定在墙面上。外窗与结构墙之间缝隙采用密封材料密封严密。窗框的2/3被包裹在保温层内,并通过内外两层密封膜实现窗框与洞口间的气密,形成无热桥构造。外窗采用三玻两腔中空玻璃,空气间隔层厚度不小于9mm,玻璃为Low-e玻璃。Low-e玻璃是低辐射玻璃,是在玻璃表面镀一层膜(离线法生产的镀膜玻璃采用真空磁控溅射方法在玻璃表面镀一、二层膜或采用在线法生产的镀膜玻璃是采用的热喷涂生产工艺,或采用化学气相沉降方法在玻璃表面镀上半导体氧化物)。Low-e玻璃表面的辐射率低,能降低室内红外线的辐射量和太阳辐射能量的传递,从而维持室内温度,节省室内采暖和空调的费用。在严寒和寒冷地区,是在中空玻璃的内侧膜镀,既可使太阳辐射进入室内,避免热量损失。相反,在夏热冬暖地区,需隔热则将膜镀在中空玻璃的室外侧,阻止太阳辐射进入室内[2]。
  2.3屋面防热桥构造
  屋顶采用B1级300厚聚苯板保温,地下室顶板采用B1级200厚聚苯板保温。屋面保温层与女儿墙背面保温层无缝连接完整,且女儿墙背面保温层厚度与屋面保温层厚度一致。
  屋面防水层因连续铺设至女儿墙顶部,并采用金属盖板保护。
  2.4其他部位防热桥构造
  在外挑阳台与露台与建筑结构连接处、外窗与建筑结合出缝隙、空调支架、雨水管、太阳能热水器支架等处易产生热桥,应采取防热桥构造措施。
  保温层转角采用成型保温构件。保温层采用断热桥锚栓固定。
  地下室外墙和顶板、阳台、雨篷、散水、空调支架、水落管等也采用了无热桥构造。如地下室外墙内侧保温层应从顶板向下设置,长度与外墙外侧保温层延伸长度一致。无地下室时,地面保温宜与外墙保温连续。阳台,阳台板与主体结构断开,阳台板靠挑梁支撑,保温材料将梁包裹。空调支架、水落管均需先与基层墙体固定并留出外墙保温层厚度,而不是在外保温做好后再安装[3]。
  2.5加强建筑密闭性
  建筑气密性能对于实现超低能耗目标非常重要。良好的气密性可以减少冬季冷风渗透,降低夏季非受控通风导致的供冷需求增加,避免湿气侵入造成的建筑发霉、结露和损坏,减少室外噪声和空气污染等不良因素对室内环境的影响,提高居住者的生活品质。
  被动式低能耗建筑的气密层,是指无缝的可阻止气体渗漏的围护层,并不是有某种特殊材料形成,而是由具有气密性的围护结构自然构成的。气密层应连续并包围整个外围护结构。
  应选择适用的气密性材料构成层,常见的可构成气密层材料包括一定厚度的抹灰层、硬质材料板(如密度板)气密性薄膜等。孔眼薄膜、保温材料、软木纤维板、刨花板、砌块墙体等不适于用做气密层?。
  被动式低能耗建筑应具有包绕整个采暖体积的密闭层,每一居住单元应具有包绕整个采暖体积的连续完整的气密层。不同材料构成的气密层的连接处,应妥善处理,以保证气密层的完整性。构件穿透保温层时,必须进行密封处理,可采用密封带将缝隙填实。
  门窗与墙体交接处采用专用密封胶带密封。室内侧采用防水隔气膜,室外侧采用防水透气膜。
  结构墙体空隙内用发泡剂封堵后,内侧用用水泥砂槳封堵,外侧用抗裂砂浆封堵。电线管、开关、插座用石膏封堵。
  各种管线均采用密封处理。电线入户管线内采用密封胶密封,穿楼板、外墙、屋面的排气道、排水立管周围采用密封处理。
  2.6通风热回收系统
  由于被动式建筑气密性较高,为达到人均30m3/h的卫生要求,往往需要通过机械式手段引入新风,而冬季通过换气造成的热损失不容忽视。为解决由于换气引起的热损失,新风换气装置必须达到≥75%的热回收率。新风装置在卧室、起居室内设进风口,在厨房、卫生间设出风口,通过热交换器实现回风与新风的换热,达到预热新风的目的。
  结语:
  我国地域辽阔,不同的气候区、不同的建筑类型、用能系统、室内环境存在较大的差异。被动式低能耗建筑设计的关键技术高性能的外墙外保温系统;高效的外门窗系统;无热桥的设计理念与建筑节点构造;建筑整体良好的气密性;带有高效热回收新风的系统。
  参考文献:
  [1]欧阳苹.探讨被动式超低能耗建筑设计基础与应用[J].建材与装饰,2017,(40):85-86.
  [2]蔡颖煌.被动式超低能耗建筑设计分析[J].福建质量管理,2017,(11):112.
  [3]张舜.被动式超低能耗建筑设计分析[J].建材与装饰,2017,(47):104-105.
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