王瑩珺 WANG Yingjun

0 引言

被動(dòng)式建筑是指將采光或通風(fēng)等各種被動(dòng)式的節(jié)能技術(shù)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)高效節(jié)能技術(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)而建造的低能耗建筑。在改善室內(nèi)環(huán)境舒適度的同時(shí)，可大幅減少建筑物的使用能耗，降低對主動(dòng)機(jī)械式采暖與制冷系統(tǒng)的依賴性。

自2009年起，住建部與德國能源署合作的中德被動(dòng)式低能耗建筑示范項(xiàng)目中，以河北與山東發(fā)展勢頭最為迅猛，示范項(xiàng)目約占總量的70%以上。從河北省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳獲悉，河北省多項(xiàng)措施并舉，引領(lǐng)了被動(dòng)式超低能耗向規(guī)模化發(fā)展。截至2018年9月，全省累計(jì)建設(shè)超低能耗建筑項(xiàng)目67個(gè)，建筑面積316.62萬m2。其中，竣工22個(gè)，建筑面積55.52萬m2；在建45個(gè)，建筑面積261.1萬m2，竣工和在建被動(dòng)式超低能耗建筑面積均居全國首位?！侗粍?dòng)式超低能耗公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB 13(J)/T 263—2018）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的頒布，標(biāo)志著我國被動(dòng)式超低能耗建筑發(fā)展逐漸趨于規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，對被動(dòng)式超低能耗建筑的發(fā)展起到了重大的推動(dòng)作用。

與傳統(tǒng)建筑相比，被動(dòng)式超低能耗建筑具備5個(gè)關(guān)鍵要素，分別為保溫、門窗、氣密性、無熱橋、新風(fēng)系統(tǒng)。其中，無熱橋設(shè)計(jì)最大限度地阻斷了建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)部位集中熱流的傳導(dǎo)效應(yīng)，是被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文將以石家莊某高校的一棟辦公樓為例進(jìn)行介紹。

1 工程概況

石家莊某高校辦公樓總建筑面積為880m2，占地面積390m2，建筑層數(shù)為3層，高10.50m；場地整體容積率為1.0，綠地率為36.09%，已滿足公建綠色建筑設(shè)計(jì)評價(jià)一星級要求。下文將重點(diǎn)介紹該辦公樓筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)“無熱橋”要素的節(jié)能設(shè)計(jì)原則與要點(diǎn)。

2 主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)的無熱橋設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 外墻

河北省石家莊市建筑所屬氣候分區(qū)為寒冷B區(qū)，規(guī)范要求的外墻平均傳熱系數(shù)為0.10～0.25 W/(m2K)[1]，外墻首選淺色重質(zhì)材料，不宜選用表觀密度小于500kg/m3的加氣混凝土砌塊、空心砌塊和其他輕質(zhì)砌塊做框架結(jié)構(gòu)填充墻。

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用連續(xù)完整鋪設(shè)的外保溫系統(tǒng)，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性熱橋，優(yōu)選燃燒性能為B1級的模塑聚苯板（EPS薄抹灰板）外保溫系統(tǒng)。EPS薄抹灰板是由紅外吸收劑合成的材料，有利于熱輻射的吸收與反射，其導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.039～0.042W/(mK)，有效提高了保溫材料的保溫隔熱性能，降低了保溫層厚度，且強(qiáng)度也能滿足相關(guān)力學(xué)要求。寒冷地區(qū)的被動(dòng)式超低能耗建筑保溫層厚度通常為200～250mm，建議分兩層錯(cuò)縫鋪貼，且層間不能出現(xiàn)通縫：第一層采用點(diǎn)框法，第二層采用滿粘法，并在墻角處采用成型的保溫構(gòu)件進(jìn)行防護(hù)。

外墻外保溫在錨栓連接處采用阻斷熱橋的構(gòu)造措施，并在穿透構(gòu)件與保溫層間隙采取保溫密封措施。金屬螺釘錨栓采用不銹鋼材質(zhì)或防腐處理的金屬材料，金屬連接件遵循吸熱面大、散熱面小的原則。膨脹管頂部帶圓盤，與塑料釘?shù)闹谱鞑牧暇捎镁垡蚁㏄E、聚丙烯等熱塑性樹脂材料。錨栓的錨固深度≥35mm，頂部塑料圓盤的直徑≥60mm。在錨固件安裝前，要預(yù)先在孔洞中注入聚氨酯發(fā)泡劑，隨后立即安裝。構(gòu)造詳圖如圖1所示。

圖1 外墻保溫材料與構(gòu)造圖

表1 防水隔汽膜和防水透氣膜性能指標(biāo)

在外墻不同材料交接處設(shè)置防水隔汽膜和防水透氣膜。其中，防水隔汽膜用于室內(nèi)一側(cè)，防水透氣膜用于室外一側(cè)，兩者皆需滿足表1相關(guān)規(guī)定[1]。防水隔汽層一般采用冷自黏彈性體改性瀝青隔汽卷材，其上表面為一層耐酸堿、耐腐蝕的鋁膜。耐水汽滲透性等效空氣層厚度Sd值在1 000m 以上。

2.2 樓板

河北地標(biāo)要求采暖空間的被動(dòng)區(qū)與非被動(dòng)區(qū)樓板的傳熱系數(shù)應(yīng)≤0.5W/(m2K)，被動(dòng)區(qū)與不供暖的非被動(dòng)區(qū)樓板傳熱系數(shù)≤0.5W/(m2K)，溫差折減系數(shù)為0.2。

（1）首層樓板地板處理干凈，抹灰密封。要先鋪設(shè)防潮密封層，再鋪設(shè)保溫板，保溫板上覆蓋PE薄膜，并澆筑60mm 細(xì)石混凝土保護(hù)層，最后鋪設(shè)地板面層。首層地板通常采用防水抗壓性能較好的保溫板，樓面保溫層厚度宜＞30mm；且當(dāng)厚度＞60mm時(shí)，宜分兩層錯(cuò)縫鋪裝。如要鋪設(shè)管道，地面管線要鋪設(shè)在第二層保溫板中，具有良好的隔音絕熱作用，縫隙處用膠粉聚苯顆粒保溫砂漿進(jìn)行密封。首層樓板與隔墻交接處的保溫做法見圖2。

（2）非首層地樓板結(jié)構(gòu)層表面應(yīng)設(shè)置厚底≥50mm的減振隔聲墊，上延至踢腳線高度處。隔聲墊的使用優(yōu)化了空氣隔聲性能和樓板的撞擊隔聲性能。

2.3 其他懸挑構(gòu)件

圖2 首層樓板與隔墻交接處保溫做法

本項(xiàng)目懸挑構(gòu)件主要為雨棚頂和懸挑樓板，要求傳熱系數(shù)為0.10～0.25W/(m2K)。雨棚減少熱橋的最有效辦法就是將主體結(jié)構(gòu)與雨棚板斷開，并在斷開處空隙填充保溫材料。挑梁支撐起雨棚板，并用保溫材料將挑梁整體包裹起來以阻斷熱橋（圖3）。懸挑樓板則用兩層石墨聚苯板雙層錯(cuò)位鋪設(shè)，并用專業(yè)斷熱橋塑料錨栓固定；在轉(zhuǎn)角處搭接層接耐堿玻璃網(wǎng)格布，并在室內(nèi)鋪磚地面下層鋪設(shè)氣密層，有效隔絕潮氣向室內(nèi)蔓延（圖4）。

應(yīng)避免在外墻上固定導(dǎo)軌、龍骨或支架等可能導(dǎo)致熱橋的構(gòu)件。必須安裝支架時(shí)，為保證外保溫系統(tǒng)的完整性與密封性，要事先預(yù)留金屬預(yù)埋件的安裝部位，不能直接穿透保溫層。金屬窗臺(tái)板與外墻保溫系統(tǒng)之間的接縫采用20mm 預(yù)壓膨脹密封帶進(jìn)行密封，燃燒性能等級為B1級；10℃（平均溫度）條件下，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.045W/(mK)，用保溫層完全包裹金屬構(gòu)件。

圖3 雨棚與主體結(jié)構(gòu)斷開構(gòu)造圖

圖4 懸挑樓板構(gòu)造圖

2.4 屋面

由于屋面熱損失相對較大，因此被動(dòng)式超低能耗建筑屋面的保溫層厚度要比外墻更厚。本項(xiàng)目屋面平均傳熱系數(shù)要求為0.15～0.25 W/(m2K)，屋面保溫層與外墻保溫層一樣，要連續(xù)鋪設(shè)，且通常采用抗壓性能和防水性能都較好的保溫板；同時(shí)，在保溫板上下層各做一道防水，在靠近室內(nèi)房間的一側(cè)設(shè)置防水隔汽層，在靠近室外的一側(cè)設(shè)置防水透氣層。底層防水層采用改性瀝青自黏防水卷材，抗撕拉聚酯玻纖加強(qiáng)胎基，下表面為改性瀝青自黏膠，上表面為PE保護(hù)膜及搭接邊自黏保護(hù)膜；面層防水層采用質(zhì)量好的彈性改性瀝青防水材料，不含膠粉，使用高強(qiáng)度聚酯胎基浸透優(yōu)質(zhì)SBS改性瀝青土層，在上表面附著彩色板巖顆粒。兩種不同的防水層結(jié)合使用，有效提高了保溫系統(tǒng)的耐久性能。

對于女兒墻等突出屋面的結(jié)構(gòu)體，其保溫層也必須連續(xù)鋪設(shè)，內(nèi)外側(cè)都要用防水層和保溫層包裹，不僅保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)，也減少了錨固件熱橋的產(chǎn)生，從而減少溫度變化引起的應(yīng)力破壞，防止裂縫產(chǎn)生[2]。在女兒墻保溫系統(tǒng)上面安裝金屬蓋板以抵抗外力撞擊，且金屬蓋板向內(nèi)側(cè)傾斜，便于雨水導(dǎo)流。兩側(cè)向下蓋住部分保溫層，其向下延伸長度不少于150mm；設(shè)置滴水槽，保證保溫層干燥，以提高屋面系統(tǒng)的耐候性（圖5）。

對于管道穿屋面的部位，要采取防結(jié)露措施（圖6）。屋面雨水管盡量設(shè)置在建筑外保溫的外側(cè)，若必須設(shè)置在室內(nèi)時(shí)，要對雨水管做保溫防水處理：①出屋面管道需做保溫至頂部；②防水隔汽層從結(jié)構(gòu)樓板向上包裹住管道，上翻的高度不低于100mm；③隔汽層外覆蓋保溫板，保溫板外側(cè)則是防水層；④在管道貫穿處，保溫層與氣密層包裹整個(gè)結(jié)構(gòu)（圖7）。

2.5 地面

圖5 帶女兒墻的實(shí)心結(jié)構(gòu)平屋面構(gòu)造圖

圖6 管道出屋面構(gòu)造圖

圖7 雨水收集口構(gòu)造圖

本項(xiàng)目地面平均傳熱系數(shù)要求為0.15～0.35W/(m2K)。在貫通被動(dòng)區(qū)域與非被動(dòng)區(qū)域的結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采取無熱橋措施。本項(xiàng)目無地下室，外墻處的保溫層要向下延伸至石家莊市最大凍土層深度560mm以下。地面保溫層在近土壤一側(cè)要設(shè)置防水隔汽膜。距外墻300m處，設(shè)置豎向擋板或其他裝置，并用沙土回填，上面鋪設(shè)礫石、鵝卵石做散水，可將雨水有效導(dǎo)入土壤并防止雨水外濺，同時(shí)增強(qiáng)了散水的美觀性。

2.6 外門窗

門窗損失的能耗一般占建筑總能耗的1/3以上。門窗作為防止冷熱橋的薄弱環(huán)節(jié)，需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)，要從門窗的傳熱系數(shù)、間隔條的導(dǎo)熱系數(shù)、氣密性等多方面綜合考慮。外門窗透明部分的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能要符合表2要求。

（1）被動(dòng)式窗戶一般采用Low-E三玻兩腔中空玻璃，玻璃間填充惰性氣體（Ar或Kr）或采用復(fù)合真空玻璃；窗框采用5～6mm寬的木框或PVC塑料型材，并填充高效發(fā)泡芯材進(jìn)行保溫。玻璃間隔條采用耐候型的暖邊條，可采用中密度硅泡沫材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.17W/(mK)；或者采用35%玻纖增強(qiáng)丙烯腈與苯乙烯聚合物材料，導(dǎo)熱系數(shù)為0.14 W/(mK)，不再使用橡膠條或鋁合金間隔條。

（2）窗框與洞口間的縫隙要填充自黏性膨脹密封條，外墻和窗框連接處采用防水透汽膜與防水隔汽膜構(gòu)成的防水密封系統(tǒng)，在室內(nèi)一側(cè)設(shè)置防水隔氣密封布，在室外一側(cè)設(shè)置防水透氣密封布。防水密封布與外門窗框及基層墻體的粘接應(yīng)平整密實(shí)、寬度均勻、斷開位置應(yīng)搭接。防水密封布與窗框的粘接寬度不小于20mm，與窗洞口的粘接寬度不小于40mm；且窗框四角處的防水密封材料如果要搭接，搭接長度不小于20mm。以上措施直接強(qiáng)化了密封與防水性能。

（3）直接接觸氣密封布的地方需做平整處理，凹凸不平處要首先使用密制膠和膏體材料填充找平，其余縫隙使用預(yù)壓自膨脹密封帶填充。

（4）被動(dòng)式窗戶安裝在外墻外側(cè)，依靠左右兩側(cè)的角鋼固定，錨固件暗含隔熱墊片以降低金屬固定件熱橋（圖8）。窗框整體67%的面積由保溫層包裹，最多留出10～15mm的窗框可視寬度，形成無熱橋構(gòu)造。在門窗洞口四周的保溫板上沿45°方向斜向鋪設(shè)400mm×200mm 的增強(qiáng)網(wǎng)，并置于大面積玻纖網(wǎng)內(nèi)側(cè)[3]。

表2 外門窗熱工性能要求

圖8 窗防熱橋構(gòu)造圖

（5）在窗框底部或窗框外側(cè)固定金屬窗臺(tái)板并找坡，金屬板厚度不小于1mm。涂刷耐腐蝕抗老化高性能的涂料，涂膜厚度正面≥25mm，背面≥15mm。窗臺(tái)板不應(yīng)銹蝕，切口部位不得裸露于室外。窗臺(tái)板與窗洞口四周的保溫板要進(jìn)行密封交圈，且必須在窗臺(tái)板兩側(cè)與下部用填塞預(yù)壓膨脹密封帶和發(fā)泡聚氨酯；窗臺(tái)板還要設(shè)置滴水線以避免受雨水浸泡。

（6）外門應(yīng)具備保溫、氣密、防火、防盜四大功能，其安裝方式與外窗要求基本一致。建筑主要出入口處應(yīng)設(shè)置門斗，其他外門宜設(shè)置門斗或采取其他減少冷風(fēng)滲透的措施。

3 結(jié)語

近年來，我國對被動(dòng)式低能耗建筑非常重視，在不斷的研究與實(shí)踐匯總中積累了一定的成果。《被動(dòng)式超低能耗公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB13(J)/T 263—2018）通過借鑒和吸收國際成功經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合寒冷地區(qū)的氣候特性，以明確的能耗指標(biāo)作為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)了建筑的技術(shù)性能，規(guī)定了不同于傳統(tǒng)節(jié)能建筑的被動(dòng)式房屋關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的要求，保證技術(shù)路線的經(jīng)濟(jì)性與合理性，并規(guī)范了河北省被動(dòng)式低能耗建筑的設(shè)計(jì)與施工。采用被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)化的技術(shù)方針，確保良好的室內(nèi)環(huán)境，減少能源的消耗。被動(dòng)式超低能耗無熱橋設(shè)計(jì)不僅有效杜絕了能量流失，降低建筑能耗，而且提高了室內(nèi)溫度的均衡性，防止室內(nèi)結(jié)露發(fā)霉現(xiàn)象的產(chǎn)生[4]。無熱橋設(shè)計(jì)對于提升建筑能效及改善室內(nèi)環(huán)境舒適度方面發(fā)揮著重要作用，已成為建筑行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)問題。