寒冷地區(qū)被動式超低能耗居住建筑工程實踐

1?項目概況該示范項目位于山東省聊城市，地下兩層儲藏室，地上17層住宅，建筑高度為51.30?m，總建筑面積約13?500?㎡。聊城具有顯著的季節(jié)變化和季風(fēng)氣候特征，屬于建筑氣候分區(qū)中的寒冷B區(qū)。2?高保溫隔熱性能被動式超低能耗建筑采用以能耗為控制指標(biāo)的性能化設(shè)計方法，最大限度地減少建筑的能源消耗，其核心要素是高保溫隔熱性能、高氣密性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和高效熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)。除了夏熱冬暖地區(qū)，屋頂保溫厚度、外墻保溫厚度對能耗影響分別占70?%和10?%，應(yīng)優(yōu)先考慮。山東省被動式超低能耗居住建筑相關(guān)的能耗數(shù)據(jù)表明，采暖期能耗主要集中在圍護(hù)結(jié)構(gòu)，占比約89?%。經(jīng)模擬計算，聊城市示范項目采暖期圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗18.59?kWh/（㎡?·?a），通風(fēng)能耗1.72?kWh/（㎡·a），圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗占比約92?%。以聊城市示范項目為例，僅對外墻和外門窗的傳熱系數(shù)修改，其余工況不變，能耗模擬數(shù)據(jù)的變化明顯。由此可見，高保溫隔熱性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)對降低能耗指標(biāo)的作用顯著。熱橋?qū)ㄖ骄鶄鳠嵯禂?shù)影響明顯，被動式超低能耗建筑應(yīng)嚴(yán)格控制熱橋的產(chǎn)生?；诖耍某鞘惺痉俄椖勘貙幼裱w包裹的原則，連續(xù)完整、無間隙，結(jié)合實際施工情況，還采取了延長保溫層、填塞保溫材料、阻斷熱橋等措施。在外墻、屋頂?shù)臒針虿课环謩e采用相同厚度的保溫措施，避免結(jié)構(gòu)性熱橋。保溫系統(tǒng)采用阻斷熱橋的固定件，降低系統(tǒng)性熱橋的影響。地下室為非空調(diào)房間，采取保溫層沿墻體向下延長的措施。管道穿外圍護(hù)結(jié)構(gòu)部位預(yù)留套管，并填塞保溫材料。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)固定支架時采用阻斷熱橋的措施（圖1）。（a）

（b）（c）

（d）（e）

（f）圖1?外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的阻斷熱橋措施示意（a）女兒墻；（b）外窗；（c）雨篷；（d）設(shè)備基礎(chǔ)；（e）出屋面管；（f）室外空調(diào)支架普通節(jié)能建筑空調(diào)能耗中大約20?%~50?%由玻璃門窗等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)消耗。山東省被動式超低能耗居住建筑相關(guān)的能耗數(shù)據(jù)表明，制冷期能耗主要集中在外門窗，占比約83%（表1）。由此可見，外門窗是被動式超低能耗建筑的關(guān)鍵部件。表1?制冷期能耗參數(shù)kWh/（㎡·a）外門窗對玻璃和窗框要求都很高，不僅要滿足傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)要求，還要滿足得熱系數(shù)和采光系數(shù)要求。玻璃的配置應(yīng)考慮層數(shù)、鍍膜、填充氣體和邊部密封等措施，窗框應(yīng)采用塑料、木材、鋁木復(fù)合等保溫性能較好的型材。外門窗采用Low–E玻璃時，應(yīng)對傳熱系數(shù)和太陽得熱系數(shù)綜合考慮，不應(yīng)盲目降低傳熱系數(shù)而忽略太陽得熱系數(shù)。鍍膜層數(shù)越多，傳熱系數(shù)會越小，但是同時太陽得熱系數(shù)也越小，會影響冬季太陽熱能的利用。聊城市示范項目的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計見表2。表2?圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計基于控制能耗的考慮，外門窗要求夏季遮陽系數(shù)小，遮擋陽光直射，降低空調(diào)能耗；冬季太陽得熱系數(shù)大，獲得太陽輻射，降低采暖能耗。但是外窗太陽得熱系數(shù)和外窗遮陽系數(shù)存在明確的正比關(guān)系，不能同時滿足冬夏兩季的要求，采取遮陽設(shè)施可以很好地解決這一矛盾。根據(jù)歐洲遮陽組織（TheEuropeanSolarShadingOrganization）的實驗數(shù)據(jù)顯示：采用建筑遮陽設(shè)施能夠有效降低建筑能耗，冬季采暖能耗降低10?%，夏季制冷能耗降低25?%。在相同的條件下，外遮陽系統(tǒng)有約15?%的熱量進(jìn)入室內(nèi)，內(nèi)遮陽系統(tǒng)則有近50?%的熱量進(jìn)入室內(nèi)?；诖?，建筑遮陽設(shè)施主要采用外遮陽設(shè)施。與固定外遮陽設(shè)施相比，可調(diào)節(jié)外遮陽設(shè)施可以更好地兼顧夏季遮陽和冬季太陽輻射得熱需求，宜優(yōu)先采用。當(dāng)然，也可以結(jié)合設(shè)計方案采用建筑自遮陽，但是建筑自遮陽需要形體有較大變化才能實現(xiàn)，存在一定的局限性。低層、多層建筑及高層建筑的底層部分還可采用種植高大落葉喬木實現(xiàn)建筑遮陽，更自然環(huán)保。3?高氣密性能在普通節(jié)能建筑中，門窗縫隙的冷風(fēng)滲透會產(chǎn)生大量的能耗。相關(guān)研究表明，空氣滲透引起的熱損失占建筑熱負(fù)荷的25?%~50?%。提高氣密性對減少供暖能耗有明顯的作用。山東省冬季室外平均風(fēng)速都比較高，普通節(jié)能建筑冷風(fēng)滲透的風(fēng)速并不低，導(dǎo)致室內(nèi)存在冷風(fēng)吹的不舒適感，溫度不均衡，對室內(nèi)的熱環(huán)境影響顯著（表3、表4）。由此可見，高氣密性的圍護(hù)結(jié)構(gòu)非常重要。表3?溫度參數(shù)℃表4?風(fēng)速參數(shù)m/s氣密性的設(shè)計包括氣密層和外門窗兩個要素。氣密層應(yīng)連續(xù)包裹整個外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，外門窗應(yīng)采用氣密性等級高的產(chǎn)品。氣密層主要采用一定厚度的抹灰層、氣密性套環(huán)以及氣密性薄膜，門窗洞口、電氣接線盒、管線貫穿處等關(guān)鍵節(jié)點應(yīng)進(jìn)行重點處理。抹灰層對于提高建筑的密封性非常重要，抹灰厚度不小于15?mm，氣密單元的屋面板、外墻、樓板、門窗洞口均要進(jìn)行無斷點的抹灰處理。填充砌塊與主體結(jié)構(gòu)交界處的抹灰，由于基體材料不同，線性收縮也不同，容易開裂，應(yīng)鋪設(shè)耐堿玻纖網(wǎng)格布增強拉結(jié)。室內(nèi)電氣接線盒安裝時，先用粘接砂漿填充孔位，再將線盒底座擠壓入孔洞，然后用密封膠填充線纜周邊空隙。管線貫穿處采用PU發(fā)泡膠填縫，并用專用膠將管道的密封套環(huán)粘在洞口四周，密封后做氣密層。聊城市示范項目按戶型設(shè)置氣密單元，將氣密層和保溫層分開處理，能夠簡化設(shè)計，降低施工難度。4?高效新風(fēng)熱回收被動式超低能耗建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的氣密性，能夠有效減少空氣滲透產(chǎn)生的能耗，但也使室內(nèi)出現(xiàn)污染物濃度過高，必須由機械系統(tǒng)提供一定的新風(fēng)。與傳統(tǒng)通風(fēng)方式相比，帶高效熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)可節(jié)省空調(diào)新風(fēng)負(fù)荷64?%以上。以聊城市示范項目為例，僅對新風(fēng)系統(tǒng)是否熱回收修改，其余工況不變，能耗模擬數(shù)據(jù)的變化明顯（圖2）。圖2?熱回收與建筑能耗的關(guān)系由此可見，高效熱回收新風(fēng)系統(tǒng)是被動式超低能耗建筑不可缺少的組成部分。高效新風(fēng)熱回收系統(tǒng)回收排風(fēng)能量增加了熱回收裝置，會增加風(fēng)機能耗，因此需要綜合考慮系統(tǒng)的回收能量和增加的風(fēng)機能耗。當(dāng)室內(nèi)外溫差較小時，可能出現(xiàn)回收能量小于風(fēng)機能耗的情況，所以在過渡季節(jié)應(yīng)采用旁通模式，經(jīng)過過濾的新風(fēng)通過旁通管直接進(jìn)入室內(nèi)。當(dāng)然，涼爽的夏季夜晚也可以使用。室內(nèi)氣流組織采用下送風(fēng)方式易產(chǎn)生吹風(fēng)感，采用上送風(fēng)方式易形成渦流死區(qū)，側(cè)上送風(fēng)更接近自然通風(fēng)，可保持室內(nèi)氣流貫通。通過共用風(fēng)管將空調(diào)風(fēng)與新風(fēng)通過主要居住房間的側(cè)上方送風(fēng)口送到各個房間，在房間門下方預(yù)留20?mm縫隙用于回風(fēng)，在餐廳和客廳設(shè)置集中回風(fēng)口，使室內(nèi)形成“上送下回”的環(huán)形氣流。廚房采用帶有止回裝置的抽油煙機，在外墻設(shè)置專用補風(fēng)器，與抽油煙機聯(lián)動，同時啟停。衛(wèi)生間采用帶有止回裝置的機械排風(fēng)系統(tǒng)，門下方預(yù)留20?mm回風(fēng)縫隙。聊城市示范項目采用專用能源環(huán)境機組，室內(nèi)機放置在陽臺，室外機放置在鄰近空調(diào)板上。機組同時輸送新風(fēng)，進(jìn)行送回風(fēng)熱交換及室外空氣凈化，過濾器對于不小于0.5?μm的細(xì)顆粒物的一次通過計數(shù)效率高于80?%。5?施工與檢測被動式超低能耗建筑對施工的工序和質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求，施工工藝也更加復(fù)雜，需要更精細(xì)的施工。施工工序應(yīng)為：主體結(jié)構(gòu)、門窗工程、氣密層、保溫工程、室內(nèi)裝修。施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行選材、施工，并制訂專項施工組織方案。施工前應(yīng)組織理論學(xué)習(xí)，建造樣板間專項展示施工節(jié)點，明確各道工序做法。各系統(tǒng)中材料應(yīng)兼容匹配，配套材料由供應(yīng)廠商統(tǒng)一提供，尤其是外門窗密封系統(tǒng)，防水隔氣膜、防水透氣膜和密封膠相容性差，容易導(dǎo)致熱橋和氣密性問題。被動式超低能耗建筑外門窗應(yīng)緊貼外墻外側(cè)外掛安裝，在室內(nèi)外兩側(cè)進(jìn)行防水膜施工，將室內(nèi)側(cè)防水隔氣膜與窗體四周進(jìn)行緊密粘貼，滾壓嚴(yán)密后，固定外門窗，最后粘貼室外側(cè)防水透氣膜。洞口的側(cè)面及室外側(cè)200?mm范圍內(nèi)，表面應(yīng)光滑平整，可以采用高標(biāo)號水泥抹面?；趯?jīng)濟(jì)性和施工平整度考慮，保溫層通常按雙層設(shè)置。雙層錯縫粘貼，避免通縫產(chǎn)生的熱橋。第一層保溫板采用點框法粘貼，其厚度與外門窗凸出墻面的厚度一致，第二層保溫板采用滿粘法。室內(nèi)電氣接線盒、管線貫穿處針對氣密性要求選擇相應(yīng)的材料密實處理。被動式超低能耗建筑施工過程中有大量的熱橋控制措施和氣密性控制措施，這些措施與傳統(tǒng)工藝差異很大。傳統(tǒng)建筑施工企業(yè)質(zhì)量控制相對粗放，容易出現(xiàn)問題，應(yīng)對這些部位重點進(jìn)行檢測。熱橋控制的檢測采用熱成像法，氣密性控制的檢測采用鼓風(fēng)門法。經(jīng)檢測，氣密性控制措施符合要求；墻體和門窗的熱橋控制措施符合要求，無熱工缺陷，屋面細(xì)部存在一定的問題。機房外墻在出屋面的部位存在溫度突升現(xiàn)象，說明機房外墻與屋面交接處出現(xiàn)保溫通縫，雨水口處存在溫度突升現(xiàn)象，說明水落口找坡層保溫厚度不足，結(jié)構(gòu)性熱橋影響嚴(yán)重。通過在板縫間填塞切割好的保溫條和聚氨酯發(fā)泡封堵，修復(fù)后合格。室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量經(jīng)檢測，溫度、CO2濃度、PM?2.5濃度、噪聲均符合要求，但是室內(nèi)噪聲存在一定的改進(jìn)空間（表5、表6）。通過表6可以看出，客廳噪聲明顯高于主臥和書房，原因是機組到主臥和書房距離大，噪聲沿風(fēng)管衰減明顯。通過在機組內(nèi)部敷設(shè)25?mm吸聲玻璃棉和在通風(fēng)管道穿墻處填塞玻璃棉，使客廳室內(nèi)噪聲降至32?dB，可得到一定優(yōu)化。表5?室內(nèi)環(huán)境檢測數(shù)據(jù)表6?室內(nèi)噪聲檢測數(shù)據(jù)（夜間）dB（A）經(jīng)過回訪，在被動式超低能耗居住建筑使用過程中，出現(xiàn)過室內(nèi)溫度不舒適、用戶電費過高等問題，分析原因，除去初期入住率低外，用戶的一些生活方式和行為習(xí)慣需要注意。比如，在制冷季和采暖季不應(yīng)開窗通風(fēng)，在過渡季和室外條件適宜的夏季夜里鼓勵自然通風(fēng)，達(dá)到降低能耗的目的；室內(nèi)家具布置考慮自然通風(fēng)的要求，有利于形成穿堂風(fēng)；室內(nèi)鋪設(shè)地毯時留出門下縫隙