李紀(jì)偉，郭娟利，張苓芝

（1.河北大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北 保定 071002；2.天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津 30072；3.北京天鴻圓方建筑有限責(zé)任公司，北京 100062）

1 研究背景

隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，為了應(yīng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題，裝配式建筑和被動(dòng)式超低能耗建筑成為我國(guó)建筑行業(yè)的主要發(fā)展方向。我國(guó)最新頒布的“十三五”規(guī)劃將“綠色建筑和建筑工業(yè)化”作為重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)進(jìn)行研究[1]，同時(shí)，住建部也提出了要在全國(guó)不同氣候分區(qū)積極開(kāi)展被動(dòng)超低能耗建筑建設(shè)示范活動(dòng)的要求[2]，這也對(duì)裝配式建筑的節(jié)能問(wèn)題提出了新的要求。目前，裝配式建筑和被動(dòng)超低能耗建筑一般是分開(kāi)進(jìn)行研究，但是作為未來(lái)的發(fā)展方向，二者必將進(jìn)行結(jié)合，形成被動(dòng)超低能耗裝配式建筑。我國(guó)裝配式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)大多采用現(xiàn)行的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，適用性較差，很難滿足未來(lái)發(fā)展的需求，需要對(duì)裝配式建筑進(jìn)行被動(dòng)超低能耗方面的研究，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑節(jié)能的重點(diǎn)，因此有必要對(duì)被動(dòng)超低能耗裝配式建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。

2 被動(dòng)式超低能耗建筑特點(diǎn)分析

被動(dòng)式超低能耗建筑是由瑞典隆德大學(xué)的Bo Adamson教授和德國(guó)被動(dòng)建筑研究所的Wolfgang Feist博士共同提出的一種建筑理念。其主要目標(biāo)是通過(guò)使用被動(dòng)技術(shù)，依靠太陽(yáng)能、人體熱量、電氣熱量、自然通風(fēng)技術(shù)等使建筑不依靠采暖和制冷設(shè)備，將室內(nèi)溫度控制在20～26℃之間[3]。被動(dòng)超低能耗建筑主要在地域氣候環(huán)境處理、圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱系統(tǒng)、門(mén)窗系統(tǒng)、新風(fēng)熱回收系統(tǒng)以及無(wú)熱橋設(shè)計(jì)和氣密性方面與傳統(tǒng)建筑由較大的區(qū)別[4]。

2.1 地域氣候條件

地域氣候條件是限制建筑形式與構(gòu)造方式的重要條件，而相對(duì)于傳統(tǒng)建筑而言，被動(dòng)超低能耗建筑需要對(duì)地域氣候條件進(jìn)行更為細(xì)致和嚴(yán)格的氣候條件分析，這是由于被動(dòng)超低能耗建筑主要依靠被動(dòng)技術(shù)手段而非人工技術(shù)對(duì)建筑內(nèi)部的物理環(huán)境進(jìn)行控制，達(dá)到人體舒適度需求，地域條件的不同會(huì)限制不同被動(dòng)技術(shù)措施的使用。因此，需要對(duì)地域氣候條件進(jìn)行詳細(xì)分析，使室內(nèi)微氣候達(dá)到相應(yīng)的要求。

2.2 高性能外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫技術(shù)

被動(dòng)超低能耗建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱系統(tǒng)要比傳統(tǒng)建筑要求更高，在使用EPS作為保溫材料時(shí)，保溫層厚度能夠達(dá)到200～300mm，而傳統(tǒng)建筑通常只有50～100mm[5]。這種厚度的保溫層為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的難度，尤其是裝配式建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊裝，如何能夠保護(hù)好保溫層是一個(gè)較難解決的問(wèn)題。

2.3 高效節(jié)能的門(mén)窗系統(tǒng)

傳統(tǒng)門(mén)窗系統(tǒng)通常采用雙玻塑鋼窗或斷橋鋁合金窗，傳熱系數(shù)通常約為1.6W/(m2·K)，而被動(dòng)超低能耗建筑的門(mén)窗傳熱系數(shù)通常要求不高于0.8W/(m2·K)[6]，傳統(tǒng)門(mén)窗技術(shù)很難達(dá)到這個(gè)要求。因此，目前一般選用三玻兩腔或四玻三腔的塑鋼門(mén)窗或木框門(mén)窗，玻璃中間填充惰性氣體，框材腔體中間填充保溫材料，通過(guò)這種復(fù)雜的技術(shù)手段達(dá)到減少能耗流失的要求。

2.4 無(wú)熱橋的構(gòu)造設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)建筑中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱橋是一個(gè)較難解決的技術(shù)問(wèn)題，熱橋會(huì)帶來(lái)熱量的流失甚至產(chǎn)生結(jié)露造成墻體發(fā)霉，對(duì)建筑造成損害，不利于人體健康。研究表明熱橋部位單位面積的熱損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他部位，因此超低能耗建筑要求做到圍護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)熱橋。

2.5 氣密性要求

超低能耗建筑對(duì)于建筑的氣密性也遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)建筑，氣密性主要是指來(lái)自于建筑門(mén)窗縫隙、圍護(hù)結(jié)構(gòu)孔洞的空氣滲透。建筑門(mén)窗的氣密性分為8級(jí)，主要通過(guò)單位時(shí)間單位縫隙的空氣滲透量來(lái)決定，等級(jí)越高空氣滲透量越少。傳統(tǒng)建筑達(dá)到4級(jí)左右就可以了，而超低能耗建筑的氣密等級(jí)要求達(dá)到7級(jí)以上。

3 裝配式建筑特點(diǎn)及要求

裝配式建筑是指主要結(jié)構(gòu)件和部品在工廠中完成生產(chǎn)，運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)直接拼裝建造的建筑類(lèi)型。裝配式建筑不進(jìn)行或很少進(jìn)行濕作業(yè)，具有工業(yè)化程度高、施工程序少、建造速度快、環(huán)境污染小等特點(diǎn)。裝配式建筑主要的部品和構(gòu)件是在工廠生產(chǎn)完成的，主要包括：梁、柱、樓板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，外墻、門(mén)窗等圍護(hù)構(gòu)件，隔墻、陽(yáng)臺(tái)、空調(diào)板等輔助構(gòu)件，這些構(gòu)件在工廠中生產(chǎn)完成能夠保證質(zhì)量和減少誤差。施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配作業(yè)，需要大量裝配機(jī)械，現(xiàn)澆作業(yè)大量減少，施工人員大幅減少，施工環(huán)境能夠得到較好的改善。在進(jìn)行主體施工時(shí)，裝修工程也可以同步完成，極大的縮短了建設(shè)周期，更容易通過(guò)數(shù)字化進(jìn)行管理，所有的構(gòu)配件信息都能夠較好的進(jìn)行數(shù)字化，提高生產(chǎn)效率，成本會(huì)隨著規(guī)?；a(chǎn)逐步降低。

4 超低能耗裝配式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)方法與原則

根據(jù)超低能耗建筑的特點(diǎn)和裝配式建筑自身的特點(diǎn)和要求，可以總結(jié)出超低能耗建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)的具體方法和原則。

4.1 地域氣候要求

由于我國(guó)地域遼闊，氣候分區(qū)較多，不同的氣候分區(qū)對(duì)于建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)要求各有不同。綜合考慮地區(qū)氣候是節(jié)能潛力最高的方法，我國(guó)一個(gè)有5個(gè)氣候分區(qū)，在進(jìn)行被動(dòng)超低能耗裝配式建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)需要充分進(jìn)行考慮。根據(jù)氣候條件設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式，在炎熱地區(qū)構(gòu)造形式應(yīng)該以隔熱為主，而在寒冷地區(qū)構(gòu)造形式應(yīng)該以保溫為主。

4.2 便捷性要求

盡管超低能耗裝配式建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造比傳統(tǒng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造更為復(fù)雜，但是仍然需要遵循便捷性原則。保溫層、門(mén)窗等附屬構(gòu)件要與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行便捷的連接，這對(duì)構(gòu)造設(shè)計(jì)提出了較高的要求。在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮保溫材料和門(mén)窗材料的易損壞性，減少安裝步驟，避免安裝過(guò)程中的損壞。

4.3 氣密性要求

由于裝配式建筑多由現(xiàn)場(chǎng)組裝而成，縫隙較多，容易影響建筑整體的氣密性，因此，在超低能耗裝配式建筑設(shè)計(jì)的初期就應(yīng)該確定氣密層構(gòu)造設(shè)計(jì)方案。氣密性構(gòu)造層很難通過(guò)預(yù)制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)裝配來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮這個(gè)因素，對(duì)外墻與樓面、門(mén)窗與外墻、外墻與屋面直接進(jìn)行無(wú)斷點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)行密封處理，減少管線穿孔，形成完整的氣密性設(shè)計(jì)方案。

4.4 熱橋構(gòu)造處理

在進(jìn)行熱橋部位構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)需要先利用PHPP設(shè)計(jì)軟件，對(duì)建筑的熱平衡進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算中需要充分考慮熱橋效應(yīng)。裝配式建筑的熱橋部位主要集中在不同部件相互連接的部位，如窗口、墻角、屋脊、檐口等部位。在這些部位要進(jìn)行重點(diǎn)處理，如對(duì)窗口的處理方法是將窗戶安裝在保溫材料上部，窗框的外面要完整的包裹保溫材料，這樣才能達(dá)到避免熱橋的目的。對(duì)于其他熱橋部位，則需要通過(guò)加強(qiáng)保溫，減少外部附加構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.5 門(mén)窗構(gòu)造設(shè)計(jì)

超低能耗建筑的門(mén)窗要選擇傳熱系數(shù)低的門(mén)窗，玻璃一般選擇Low-e玻璃，窗框在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行多腔體設(shè)計(jì)，與墻體連接時(shí)尤其注意熱橋處理，預(yù)埋件應(yīng)采用非金屬構(gòu)件，安裝位置需要進(jìn)行計(jì)算確定。

4.6 圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層構(gòu)造設(shè)計(jì)

保溫材料一般結(jié)構(gòu)比較酥松，而且超低能耗建筑的保溫層較厚，碰撞后容易損壞，因此在裝配式建筑設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)進(jìn)行考慮?？紤]到吊裝的特點(diǎn)和要求，保溫材料外部應(yīng)該設(shè)置保護(hù)層，保護(hù)層能承受吊裝時(shí)碰撞帶來(lái)的沖擊，保溫層內(nèi)部應(yīng)預(yù)埋掛件，便于與結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行安裝，掛件應(yīng)采用防熱橋處理，減少建成后的熱量損失。

5 結(jié)語(yǔ)

超低能耗裝配式建筑是建筑產(chǎn)業(yè)未來(lái)的一個(gè)重要方向，但是在發(fā)展過(guò)程有很多亟待解決的問(wèn)題，本文通過(guò)分析超低能耗建筑的特點(diǎn)結(jié)合裝配式建筑的需求總結(jié)了超低能耗裝配式建筑在圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)的原則與方法，為超低能耗裝配式建筑設(shè)計(jì)提供了一定的理論支持，但是未來(lái)仍然需要大量的理論研究和實(shí)踐才能真正推進(jìn)這類(lèi)建筑的發(fā)展。