吳自敏，范 苑，楊小威，高永利，黎加純

(1.廣東博意建筑設(shè)計院有限公司，廣東 佛山 528000； 2.中建科技集團有限公司，北京 100070)

住宅方案設(shè)計具有標準化程度高、不同地產(chǎn)間共性多的特點，梳理被動式建筑技術(shù)對住宅方案設(shè)計的影響具有現(xiàn)實意義。本文在總結(jié)某地產(chǎn)若干被動式超低能耗建筑住宅方案設(shè)計的調(diào)整經(jīng)驗后，從促進被動式建筑技術(shù)與產(chǎn)品耦合的角度，歸納方案設(shè)計階段調(diào)整經(jīng)驗。

1 被動式區(qū)域劃分

住宅套內(nèi)、交通核心筒(含地下部分)、屋面電梯機房宜劃為被動式區(qū)域，屋面風(fēng)機房不宜劃為被動式區(qū)域，主要從以下方面進行考慮：①住宅套內(nèi)為被動式區(qū)域由項目建設(shè)目標決定；②將交通核心筒劃為被動式區(qū)域是從降低圍護結(jié)構(gòu)保溫工程實施難度考慮，在保溫形式上規(guī)避外墻內(nèi)保溫形式；被動式超低能耗建筑因熱橋參與能耗計算，對熱橋控制要求更加嚴格，內(nèi)保溫形式在熱橋控制中存在先天性不足，且內(nèi)保溫層占據(jù)大量公共區(qū)域室內(nèi)空間，對使用產(chǎn)生一定影響；③屋面電梯機房劃為被動式區(qū)域是因電梯機房與電梯井因軌道呈連通狀態(tài)，機房與電梯井間不能形成連續(xù)氣密層；④屋面風(fēng)機房不宜劃為被動式區(qū)域是從部品件產(chǎn)品考慮，根據(jù)防火規(guī)范要求，風(fēng)機房外門需采用甲級防火門，目前沒有同時滿足甲級防火要求和低傳熱系數(shù)要求的外門。

2 標準層設(shè)計

2.1 建筑平面宜平整

被動式超低能耗建筑應(yīng)增加外墻外保溫層厚度，從產(chǎn)品角度上看，在現(xiàn)有建筑面積計算規(guī)則下，外墻保溫層面積占比提升，業(yè)主得房率相對降低。從節(jié)能角度上看，凹凸多增大了建筑體型系數(shù)，不利于節(jié)能，對凹凸程度的控制宜遵循當?shù)毓?jié)能標準。

2.2 取消分體式空調(diào)外機機位

被動式超低能耗建筑的采暖和制冷負荷遠低于普通建筑，空調(diào)設(shè)備裝機容量小，套內(nèi)僅需1臺空調(diào)設(shè)備，可取消分體式空調(diào)外機機位，增加設(shè)備平臺。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)機組置于廚房吊頂內(nèi)

空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)機組運行過程中存在一定噪聲，宜遠離噪聲敏感房間，再綜合考慮各房間功能和裝修特點，將空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)機組置于廚房吊頂內(nèi)。目前國內(nèi)被動式超低能耗建筑住宅普遍采用此布置方案。

2.4 不宜設(shè)置小窗

1)小窗采光和通風(fēng)功能有所降低 被動式超低能耗建筑采用的高性能外窗窗框高度大于普通節(jié)能外窗，玻璃面積占比減小。部品件標準化程度高的地產(chǎn)中，小窗窗框與大窗相同，玻璃面積占比減小比例更大，采光能力下降。以600mm×600mm外窗為例，窗框高為50mm的普通節(jié)能外窗玻窗比為70%，窗框高為75mm的高性能外窗玻窗比為56%，采光性能大大降低。如果設(shè)置成開啟形式，小窗可開啟面積比例低于普通節(jié)能外窗，通風(fēng)功能降低。

2)小窗單位面積成本均攤更高 外窗成本來自部品件成本和安裝成本。部品件成本中，高性能外窗因窗戶玻璃配置和整窗氣密性的提升，型材壁厚及五金性能有較大提升，高性能外窗窗框成本遠高于普通節(jié)能外窗，是外窗成本的主項。小窗單位面積窗框用量高于大窗，部品件成本均攤更高。安裝成本中，小窗周長與面積比值更大，單位面積輔材用量要求多，安裝成本均攤高。外窗安裝節(jié)點如圖1所示，圖中防水隔汽膜、防水透氣膜屬于高價值輔材，小窗單位面積用量多會導(dǎo)致安裝成本偏高。

圖1 外窗安裝節(jié)點

2.5 廚房和衛(wèi)生間宜毗鄰布置

超低能耗建筑室內(nèi)采用有組織的新風(fēng)設(shè)計。新風(fēng)通過送風(fēng)管分配至各功能房間，在氣流組織分區(qū)上，衛(wèi)生間屬于回風(fēng)區(qū)，臥室和客廳等功能房間屬于送風(fēng)區(qū)。當送風(fēng)管與回風(fēng)管交叉時會進一步壓縮室內(nèi)凈高，對產(chǎn)品產(chǎn)生不利影響。廚房與衛(wèi)生間毗鄰布置可減少送風(fēng)管和回風(fēng)管交叉現(xiàn)象。

2.6 廚房設(shè)計

1)廚房尺寸 廚房尺寸需根據(jù)實際情況進行調(diào)整，以滿足新風(fēng)系統(tǒng)進出風(fēng)管布置和外墻開孔時的結(jié)構(gòu)安全要求。新風(fēng)系統(tǒng)進出風(fēng)管的間距和朝向?qū)N房尺寸存在影響。以某項目為例，普通住宅廚房模塊標準凈使用尺寸為2 300mm×2 000mm，為滿足新風(fēng)系統(tǒng)出外墻管開孔要求，廚房進深增加200mm，調(diào)整后凈使用尺寸為2 300mm×2 200mm，調(diào)整前后尺寸如圖2所示。

圖2 廚房尺寸

2)廚房布置調(diào)整 廚房煙道和廢水管井不宜同時布置于外墻側(cè)。住宅廚房布置緊湊，廚房煙道和管井同時布置于外墻側(cè)會增加與新風(fēng)系統(tǒng)進排風(fēng)管的沖突。煙道和管井尺寸較大，同時布置于外墻側(cè)會占據(jù)更多外墻空間，新風(fēng)系統(tǒng)進排風(fēng)管在廚房外墻進出可能加大煙道和管井的沖突。普通住宅廚房布置和為滿足新風(fēng)系統(tǒng)進排風(fēng)管進出外墻布置方案如圖3所示。

圖3 廚房布置

3)廚房廢水管井尺寸 廚房廢水管井尺寸應(yīng)根據(jù)廢水管增加保溫層和冷凝水管集約布置于廢水管井中進行擴大。被動式超低能耗建筑廚房廢水管需進行保溫處理，以降低廢水管與室內(nèi)的熱傳導(dǎo)作用。由于新風(fēng)系統(tǒng)室內(nèi)機組設(shè)置在廚房吊頂，為集約布置且減少冷凝水管穿外墻時導(dǎo)致的氣密性損失和熱橋現(xiàn)象，故將冷凝水管布置于廢水管井中。因廢水管須進行保溫處理和增加冷凝水管，廢水管井尺寸需進行相應(yīng)擴大。同理，衛(wèi)生間污水管井尺寸也需考慮管道保溫的影響。

4)廚房外墻結(jié)構(gòu) 新風(fēng)系統(tǒng)室內(nèi)機組布置于廚房吊頂，是目前被動式超低能耗建筑成熟的布置方案，廚房外墻除布置補風(fēng)管開洞外，還需布置新風(fēng)系統(tǒng)進排風(fēng)管和冷媒管開洞。被動式超低能耗建筑道因需控制穿外墻管與墻體間的傳熱，故需對穿外墻管道與墻體間進行保溫處理，開孔孔徑大，對結(jié)構(gòu)影響大。管道穿外墻節(jié)點構(gòu)造如圖4所示，可以看出，受管道保溫影響，外墻開孔孔徑大于普通建筑。因剪力墻邊緣構(gòu)件及梁對開洞尺寸限制大，為便于廚房外墻部位穿管，宜減少剪力墻布置，特別是邊緣約束構(gòu)件。新風(fēng)系統(tǒng)進排風(fēng)管穿外墻開孔標高位于吊頂內(nèi)，易與梁發(fā)生沖突，因此，廚房外墻梁宜采用上反梁設(shè)計。普通住宅和調(diào)整后外墻結(jié)構(gòu)類型及分布如圖5所示。

圖4 管道穿外墻節(jié)點構(gòu)造

圖5 外墻結(jié)構(gòu)類型及分布

3 地下部分設(shè)計

3.1 考慮保溫對車位寬度的影響

對于設(shè)地下車庫的住宅，地下交通核心筒屬于被動式區(qū)域，核心筒與地下車庫間的分隔墻需設(shè)置較厚的保溫層，以降低核心筒與車庫間的熱傳導(dǎo)作用。保溫層壓縮與之毗鄰的車位寬度，對車位寬度的壓縮程度與保溫材料種類相關(guān)。目前適合地下交通核心筒的保溫材料為巖棉板、泡沫玻璃和真空絕熱板A級不燃材料，導(dǎo)熱系數(shù)及保溫厚度如表1所示。真空絕熱板保溫所需厚度最小，但保溫系統(tǒng)綜合成本相對更高。當巖棉板或泡沫玻璃擠占車位寬度，無法滿足JGJ 100—2015《車庫建筑設(shè)計規(guī)范》最小停車位寬度時，可局部使用真空絕熱板為分隔墻保溫材料，保證車位布置。

表1 不同保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)及對應(yīng)保溫厚度

3.2 不宜設(shè)置人防區(qū)域

核心筒與人防工程分隔墻需設(shè)置較厚的保溫層。從經(jīng)濟角度考慮，交通核心筒與地下人防工程分隔墻保溫層壓縮人防功能房間凈使用面積和凈使用尺寸。從技術(shù)角度考慮，地下人防工程圍護結(jié)構(gòu)與交通核心筒相交墻體增多，導(dǎo)致分隔墻保溫層無法連續(xù)而存在較多結(jié)構(gòu)性熱橋，增加熱橋處理量，且處理后對使用存在不利影響。某被動式超低能耗住宅地下部分保溫分布位置如圖6所示，結(jié)構(gòu)性熱橋處理如圖7所示，可以看出，交通核心筒墻體保溫擠占人防功能房間凈面積和凈尺寸，結(jié)構(gòu)性熱橋處理偏多。

圖6 地下部分保溫分布位置

圖7 結(jié)構(gòu)性熱橋處理示意

4 屋面部分設(shè)計

屋面樓梯間屬于被動式區(qū)域，當斜梯與機房外墻有結(jié)構(gòu)性連接時，需降低熱橋設(shè)計，即樓梯整體或樓梯平臺包覆較厚的保溫層，影響樓梯正常使用，建議單獨設(shè)置通向電梯機房的樓梯。被動式超低能耗建筑屋面為正置式屋面，采用金屬樓梯能降低樓梯質(zhì)量，減小樓梯對屋面保溫的壓縮破壞及防水層破壞。

5 外立面設(shè)計

5.1 外墻部位宜減少裝飾性構(gòu)件和局部外凸設(shè)計

從固定位置上看，裝飾性構(gòu)件分為通過支架系統(tǒng)固定于墻體和粘貼于保溫層上的構(gòu)件。固定于墻體上的裝飾性構(gòu)件中，支架系統(tǒng)會形成點狀熱橋，穿破保溫防水層(實際為面層抗裂砂漿)，需進行降低熱橋效應(yīng)的專項設(shè)計和防水設(shè)計。細部設(shè)計對施工工藝和過程質(zhì)量管控提出更高要求，實施過程中易效果不佳，頻發(fā)質(zhì)量問題。粘貼于保溫層上的裝飾性構(gòu)件因保溫層厚度大，粘貼裝飾性構(gòu)件時易出現(xiàn)保溫材料內(nèi)聚破壞。

通過墻體外凸實現(xiàn)的局部外凸造型設(shè)計，因外墻為塊狀保溫材料，外凸部位的塊狀保溫材料會出現(xiàn)局部黏結(jié)面積不足的現(xiàn)象，外凸造型還增加小尺寸保溫材料使用量，增大外飾面開裂風(fēng)險。

5.2 屋面部位宜減少異形混凝土設(shè)計

普通住宅的熱橋控制程度小，異形混凝土部位采用保溫砂漿便可滿足控制要求，非定型的保溫砂漿能保留異形混凝土外形輪廓，不影響裝飾效果。被動式超低能耗建筑熱橋控制程度高，異形混凝土部位需采用與外墻同類型、同厚度的保溫材料，但將產(chǎn)生以下不足：①保溫材料為塊狀，具有一定裝飾效果的異形混凝土粘貼保溫層后，原有裝飾效果消失；②塊狀保溫材料粘貼時需有平整基層，異形件不利于保溫材料的粘貼。異形混凝土的裝飾功能可通過幕墻等形式實現(xiàn)。某項目同一型號住宅屋面造型如圖8所示。為保持整個項目立面統(tǒng)一，被動式超低能耗建筑采用幕墻形式，實現(xiàn)與普通住宅相似的造型效果。

圖8 屋面造型

6 結(jié)語

建筑是技術(shù)的載體，技術(shù)通過設(shè)計作用于建筑。本文在總結(jié)若干被動式超低能耗建筑住宅項目經(jīng)驗的基礎(chǔ)后，從地產(chǎn)角度出發(fā)，從利于被動式超低能耗建筑技術(shù)落地的方向，對建筑方案設(shè)計提出調(diào)整建議，涵蓋被動式區(qū)域劃分，并按不同部位分別提出調(diào)整建議。