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的性能化設計方法，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、高氣密性能的圍護結構和高效熱回收的新風系統(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?%，應優(yōu)先考慮。山東省被動式超低能耗居住建筑相關的能耗數據表明，采暖期能耗主要集中在圍護結構，占比約89?%。經模擬計算，聊城市示范項目采暖期圍護結構能耗18.59?kWh/（㎡?·?a），通風能耗1.72?kWh/（㎡·a），圍護結構能耗占比約92?%。以聊城市示范項目為例，僅對外墻和外門窗的傳熱系數修改，其余工況不變，能耗模擬數據的變化明顯。由此可見，高保溫隔熱性能的圍護結構對降低能耗指標的作用顯著。熱橋對建筑平均傳熱系數影響明顯，被動式超低能耗建筑應嚴格控制熱橋的產生。基于此，聊城市示范項目保溫層遵循整體包裹的原則，連續(xù)完整、無間隙，結合實際施工情況，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、屋頂的熱橋部位分別采用相同厚度的保溫措施，避免結構性熱橋。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。地下室為非空調房間，采取保溫層沿墻體向下延長的措施。管道穿外圍護結構部位預留套管，并填塞保溫材料。外圍護結構固定支架時采用阻斷熱橋的措施（圖1）。（a）

（b）（c）

（d）（e）

（f）圖1?外圍護結構采用的阻斷熱橋措施示意（a）女兒墻；（b）外窗；（c）雨篷；（d）設備基礎；（e）出屋面管；（f）室外空調支架普通節(jié)能建筑空調能耗中大約20?%~50?%由玻璃門窗等外圍護結構消耗。山東省被動式超低能耗居住建筑相關的能耗數據表明，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鍵部件。表1?制冷期能耗參數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和遮陽系數要求，還要滿足得熱系數和采光系數要求。玻璃的配置應考慮層數、鍍膜、填充氣體和邊部密封等措施，窗框應采用塑料、木材、鋁木復合等保溫性能較好的型材。外門窗采用Low–E玻璃時，應對傳熱系數和太陽得熱系數綜合考慮，不應盲目降低傳熱系數而忽略太陽得熱系數。鍍膜層數越多，傳熱系數會越小，但是同時太陽得熱系數也越小，會影響冬季太陽熱能的利用。聊城市示范項目的圍護結構熱工設計見表2。表2?圍護結構熱工設計基于控制能耗的考慮，外門窗要求夏季遮陽系數小，遮擋陽光直射，降低空調能耗；冬季太陽得熱系數大，獲得太陽輻射，降低采暖能耗。但是外窗太陽得熱系數和外窗遮陽系數存在明確的正比關系，不能同時滿足冬夏兩季的要求，采取遮陽設施可以很好地解決這一矛盾。根據歐洲遮陽組織（TheEuropeanSolarShadingOrganization）的實驗數據顯示：采用建筑遮陽設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?%的熱量進入室內，內遮陽系統(tǒng)則有近50?%的熱量進入室內?；诖?，建筑遮陽設施主要采用外遮陽設施。與固定外遮陽設施相比，可調節(jié)外遮陽設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。當然，也可以結合設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，門窗縫隙的冷風滲透會產生大量的能耗。相關研究表明，空氣滲透引起的熱損失占建筑熱負荷的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速都比較高，普通節(jié)能建筑冷風滲透的風速并不低，導致室內存在冷風吹的不舒適感，溫度不均衡，對室內的熱環(huán)境影響顯著（表3、表4）。由此可見，高氣密性的圍護結構非常重要。表3?溫度參數℃表4?風速參數m/s氣密性的設計包括氣密層和外門窗兩個要素。氣密層應連續(xù)包裹整個外圍護結構內側，外門窗應采用氣密性等級高的產品。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、管線貫穿處等關鍵節(jié)點應進行重點處理。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、門窗洞口均要進行無斷點的抹灰處理。填充砌塊與主體結構交界處的抹灰，由于基體材料不同，線性收縮也不同，容易開裂，應鋪設耐堿玻纖網格布增強拉結。室內電氣接線盒安裝時，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置氣密單元，將氣密層和保溫層分開處理，能夠簡化設計，降低施工難度。4?高效新風熱回收被動式超低能耗建筑圍護結構具有良好的氣密性，能夠有效減少空氣滲透產生的能耗，但也使室內出現(xiàn)污染物濃度過高，必須由機械系統(tǒng)提供一定的新風。與傳統(tǒng)通風方式相比，帶高效熱回收的新風系統(tǒng)可節(jié)省空調新風負荷64?%以上。以聊城市示范項目為例，僅對新風系統(tǒng)是否熱回收修改，其余工況不變，能耗模擬數據的變化明顯（圖2）。圖2?熱回收與建筑能耗的關系由此可見，高效熱回收新風系統(tǒng)是被動式超低能耗建筑不可缺少的組成部分。高效新風熱回收系統(tǒng)回收排風能量增加了熱回收裝置，會增加風機能耗，因此需要綜合考慮系統(tǒng)的回收能量和增加的風機能耗。當室內外溫差較小時，可能出現(xiàn)回收能量小于風機能耗的情況，所以在過渡季節(jié)應采用旁通模式，經過過濾的新風通過旁通管直接進入室內。當然，涼爽的夏季夜晚也可以使用。室內氣流組織采用下送風方式易產生吹風感，采用上送風方式易形成渦流死區(qū)，側上送風更接近自然通風，可保持室內氣流貫通。通過共用風管將空調風與新風通過主要居住房間的側上方送風口送到各個房間，在房間門下方預留20?mm縫隙用于回風，在餐廳和客廳設置集中回風口，使室內形成“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，在外墻設置專用補風器，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系統(tǒng)，門下方預留20?mm回風縫隙。聊城市示范項目采用專用能源環(huán)境機組，室內機放置在陽臺，室外機放置在鄰近空調板上。機組同時輸送新風，進行送回風熱交換及室外空氣凈化，過濾器對于不小于0.5?μm的細顆粒物的一次通過計數效率高于80?%。5?施工與檢測被動式超低能耗建筑對施工的工序和質量有著嚴格的要求，施工工藝也更加復雜，需要更精細的施工。施工工序應為：主體結構、門窗工程、氣密層、保溫工程、室內裝修。施工單位應嚴格按照圖紙進行選材、施工，并制訂專項施工組織方案。施工前應組織理論學習，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)中材料應兼容匹配，配套材料由供應廠商統(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，容易導致熱橋和氣密性問題。被動式超低能耗建筑外門窗應緊貼外墻外側外掛安裝，在室內外兩側進行防水膜施工，將室內側防水隔氣膜與窗體四周進行緊密粘貼，滾壓嚴密后，固定外門窗，最后粘貼室外側防水透氣膜。洞口的側面及室外側200?mm范圍內，表面應光滑平整，可以采用高標號水泥抹面?；趯洕院褪┕て秸瓤紤]，保溫層通常按雙層設置。雙層錯縫粘貼，避免通縫產生的熱橋。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。室內電氣接線盒、管線貫穿處針對氣密性要求選擇相應的材料密實處理。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)質量控制相對粗放，容易出現(xiàn)問題，應對這些部位重點進行檢測。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門法。經檢測，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，結構性熱橋影響嚴重。通過在板縫間填塞切割好的保溫條和聚氨酯發(fā)泡封堵，修復后合格。室內環(huán)境質量經檢測，溫度、CO2濃度、PM?2.5濃度、噪聲均符合要求，但是室內噪聲存在一定的改進空間（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，噪聲沿風管衰減明顯。通過在機組內部敷設25?mm吸聲玻璃棉和在通風管道穿墻處填塞玻璃棉，使客廳室內噪聲降至32?dB，可得到一定優(yōu)化。表5?室內環(huán)境檢測數據表6?室內噪聲檢測數據（夜間）dB（A）經過回訪，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慣需要注意。比如，在制冷季和采暖季不應開窗通風，在過渡季和室外條件適宜的夏季夜里鼓勵自然通風，達到降低能耗的目的；室內家具布置考慮自然通風的要求，有利于形成穿堂風；室內鋪設地毯時留出門下縫隙