超低能耗被動式建筑施工關鍵技術*

武廷超

(北京住總第六開發(fā)建設有限公司，北京 100050)

1 工程概況

超低能耗被動式建筑是基于被動式技術設計和建造的節(jié)能建筑物，不需要使用傳統(tǒng)建筑的空調和暖氣設備，依靠自身優(yōu)越的保溫性及氣密性，將自然通風、自然采光、太陽能輻射和室內非供暖熱源的熱等各種被動式節(jié)能手段與建筑圍護結構高效節(jié)能技術相結合建造而成。超低能耗被動式建筑具有宜居、健康、舒適、綠色節(jié)能等特點。

天津大自然廣場工程位于天津市武清區(qū)，由4棟建筑物組成，其中2號樓為超低能耗被動式建筑。2號樓示范面積7 900m2，包括地上12層及地下樓層、電梯、核心筒，每層建筑面積約650m2，共有客房127套。外檐采用全石材幕墻結構，石材展開面積5 409m2。

2號樓外檐采用以下技術措施：①使用導熱系數(shù)≤0.035W/(m·K)的巖棉；屋頂聚苯乙烯隔熱保溫板增厚到350mm，其導熱系數(shù)≤0.030W/(m·K)；玻璃傳熱系數(shù)(歐洲玻璃組件的傳熱系數(shù)，表示由于玻璃熱傳遞和室內外溫差形成的空氣到空氣的傳熱量)≤0.50W/(m2·K) ；太陽得熱系數(shù)為0.53。②新風機能效比>3.5，風機盤管能效比>3.5，氣密性N50<0.4。③公稱直徑<100mm的管道保溫厚度為50mm，公稱直徑>100mm的管道保溫厚度為70mm。④光伏板數(shù)量增至536塊。上述措施滿足德國Premium級被動房技術要求，通過優(yōu)化設計、精心施工，最終獲得了德國Premium級被動房認證。

2 被動房等級特點與設計要求

德國被動房研究所(passive house institute，簡稱PHI)是由沃爾夫岡·費斯特博士領導的獨立研究機構，首個被動房項目由該研究所于1990年在德國建設。達到Premium級的被動房，其采暖、制冷、照明、熱水、家用電器及設備輔助用電等耗費的能量須經(jīng)統(tǒng)籌考慮，進行總體優(yōu)化，低至一定水平，并通過太陽能光伏、光熱及地源熱泵等手段盡可能多地獲得大自然的能源饋贈。

PHI被動房標準等級包括Classic，Plus，Premium，3個等級對建筑認證需達到的要求依次提高。常說的被動房一般指Classic級，要求建筑可再生一次能耗每年≤60kWh/m2，而對其產能無要求。Plus級被動房標準為動態(tài)指標，一般情況下要求建筑年可再生一次能耗<60kWh/m2，同時年產能需達到對應消耗數(shù)值。Premium級被動房標準對動態(tài)指標的要求更高，一般情況下要求建筑年可再生一次能耗<45kWh/m2，同時年產能需達到對應消耗數(shù)值，如果能耗>45kWh/m2，即使產能再高，也無法達到Premium級。

3 Premium級被動房設計與施工

3.1 系統(tǒng)優(yōu)化設計

1)新風系統(tǒng)優(yōu)化 原設計圖紙為豎井統(tǒng)一排風，為減少豎井統(tǒng)一排風造成的能耗增加，提高被動房保溫氣密性，取消排風豎井，采用層層排風的做法。衛(wèi)生間不設獨立排風豎井，與新風進行熱交換，統(tǒng)一排出。

2)幕墻系統(tǒng)優(yōu)化 吊架需包裹保溫材料后與管道接觸；幕墻節(jié)點由900余塊優(yōu)化至287塊，降低熱橋損失。埋板與外墻之間安裝1塊50mm厚硬質增強玻璃纖維板，并與埋板連接牢固，剔鑿主體結構凹凸不平的位置，剔鑿處通過角磨機磨平。

3)保溫系統(tǒng)優(yōu)化 對于無法避免的結構熱橋節(jié)點，通過延長被動房與非被動房區(qū)交界處保溫路徑長度降低熱橋傳導數(shù)值。

3.2 保溫系統(tǒng)

3.2.1性能參數(shù)

為達到Premium級認證要求，設計過程中對外墻、屋頂、地下室頂板、被動房與非被動房間隔墻保溫材料、性能指標參數(shù)進行優(yōu)化，如表1所示。

表1 Premium級圍護結構技術參數(shù)

3.2.2關鍵技術

保溫系統(tǒng)設計理念為建筑全包裹，個別斷開部位需采用增加保溫做法、增加傳導路徑的方式降低傳導損失，實現(xiàn)保溫效果。本工程保溫系統(tǒng)設置部位包括屋面、外墻、地下非采暖房間頂板、與土接觸地下室外墻、屋頂與室外接觸的結構等。

1)地上外墻采用300mm厚巖棉板保溫層，傳熱系數(shù)為0.11W/(m2·K)，與30mm厚石材幕墻粘錨結合，每m2有9根錨栓，保溫板與基層的有效黏結面積率>80%，分層錯縫粘貼，采用被動房專用保溫錨栓固定，并用發(fā)泡膠封堵密實。

2)屋面采用350mm厚擠塑聚苯板保溫層，傳熱系數(shù)為0.08W/(m2·K)，屋面防水隔汽層施工完成后，在其上多層錯縫敷設350mm厚擠塑聚苯板；女兒墻位于屋面保溫部位，每隔2 500mm預留洞口并填塞與屋面保溫同厚度的擠塑聚苯板。

3)地下非采暖空間頂棚、梁四周均粘貼300mm厚巖棉保溫層，傳熱系數(shù)為0.11W/(m2·K)，采用雙層150mm厚巖棉板粘錨結合分層錨固法施工。底層巖棉板采用專用黏結砂漿粘貼，使用普通錨栓固定。面層巖棉板采用錯縫空鋪的方式，使用專用斷橋錨栓連接固定。

4)與土壤接觸的地下室外墻、室外地坪以下外墻粘貼250mm厚擠塑聚苯板保溫層，選用5層50mm厚擠塑聚苯板分層錯縫粘貼施工工藝，為避免破壞外墻防水層，無法采用粘錨結合的方式，黏結劑選用專用黏結砂漿。

3.3 門窗系統(tǒng)

3.3.1性能參數(shù)

為達到Premium級認證要求，設計過程中對外窗框料、玻璃、暖邊材料等技術參數(shù)進行優(yōu)化，其中，外窗框料熱透射系數(shù)≤0.73W/(m2·K)，寬度≤0.128m，暖邊材料熱橋≤0.036W/(m·K)，窗框安裝熱橋≤0.040W/(m·K)，玻璃熱透射系數(shù)≤0.50W/(m2·K) ，太陽得熱系數(shù)為0.53。

3.3.2關鍵技術

被動窗采用外掛方式安裝在外墻側，由L形金屬連接件及木墊塊托件與結構進行斷橋連接固定，連接件與外墻之間增加5mm厚保溫隔熱墊塊，用于阻斷熱橋，減少熱量損失。室內側防水隔汽膜自帶粘貼膠帶側與窗體四周進行緊密粘貼，角部需預留足夠的轉角空間，對接處疊加量≥50mm，以確保密閉性，使用專用工具將膠帶處滾壓嚴密，防水隔汽膜粘貼牢固，不許有斷點、起鼓、脫膠等現(xiàn)象。

室外側防水透氣膜自帶膠層側粘貼在窗體四周的木材框體上，另一端通過專用黏結劑固定，防水雨布需粘貼牢固，保證水密性及氣密性。

外門窗安裝工程驗收合格后，外門窗室外側采用防火布進行成品保護，內側防水隔汽膜和外側防水透氣膜表面均采用5mm厚抗裂砂漿進行刮抹保護，防止后續(xù)施工破壞型材、玻璃等。

3.4 新風系統(tǒng)

3.4.1性能參數(shù)

為達到Premium級認證要求，設計過程中對選用新風機組顯熱回收效率、濕度熱回收效率、COP等性能指標參數(shù)進行優(yōu)化，其中顯熱回收效率≥82%，濕度熱回收效率≥0%，設置旁通、防凍保護措施，能效比≥3.5，單位風量電耗≤0.45Wh/m3。

3.4.2關鍵技術

本工程空調房間均采用新風系統(tǒng)與風機盤管。新風系統(tǒng)以豎向按層、橫向按防火分區(qū)為原則進行劃分，建筑每層設新風機房，共12臺新風機組，層層取風。采用超薄吊頂新風機，標準層風量為1 400m3/h，首層風量為2 000m3/h，機組安裝高效全熱回收器，熱交換效率為90%，PM2.5過濾效率為90%。管道保溫采用橡膠發(fā)泡管殼保溫材料。

3.5 光伏系統(tǒng)

3.5.1性能參數(shù)

為達到Premium級認證要求，設計過程中對光伏設備數(shù)量、安裝位置、方法等指標參數(shù)進行優(yōu)化，如表2所示。

表2 光伏系統(tǒng)技術參數(shù)

3.5.2關鍵技術

本項目屋頂為平面屋頂，光伏系統(tǒng)采用基礎式安裝系統(tǒng)，底部框架使用優(yōu)質光伏支架，預埋螺栓固定。太陽能組件型號為YL270P-29b，共563塊，配置1臺30kW和2臺50kW光伏并網(wǎng)逆變器、配電箱和通信模塊，系統(tǒng)總容量為130kW，太陽能組件發(fā)出的直流電經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟?，?jīng)配電箱后直接并入用戶側380V低壓電網(wǎng)。配電箱內置斷路器、防雷器及電能計量表，發(fā)電系統(tǒng)產生的電量通過電能計量表后送入電網(wǎng)，產生賣電收益。

3.6 中深層地巖換熱聯(lián)供系統(tǒng)

3.6.1性能參數(shù)

2號樓地源熱泵系統(tǒng)設計120個豎孔換熱器，開孔直徑150mm，孔深140m，孔間距4.5m。每個豎孔中安裝4根長140m HDPE100管，組成雙U形管結構，可滿足2號樓冷熱源和生活熱水供應。地源熱泵空調系統(tǒng)主要施工工序均需在地面下操作完成，整個地埋管系統(tǒng)屬于永久性隱蔽工程。

3.6.2關鍵技術

1)地埋管系統(tǒng)施工工序主要包括鉆孔、垂直PE管連接與試驗、下管、灌漿、水平溝槽開挖、水平PE管敷設及與垂直PE管連接與試壓、溝槽回填、地埋管系統(tǒng)試壓、地源熱泵系統(tǒng)試運行等。

2)地埋管換熱器系統(tǒng)常年處在地下土壤里，地基可能會發(fā)生不均勻沉降。室外直埋水平埋管敷設前，在溝槽內鋪設100～200mm厚砂墊層，水平埋管管頂采用厚度≥200mm的砂覆蓋層，其上采用土壤回填夯實，以減小水平埋管系統(tǒng)受地上建筑物因發(fā)生垂直或不均勻沉降造成的破壞。

3)管道穿墻采用安裝套管密封。為保護管道靠近墻的供回管線支架免受空洞造成的土壤沉降差影響，回填前須在墻體外表面采用冷作用瀝青材料填縫，使其密封防水。

3.7 斷熱橋施工

被動房對斷橋要求高，外墻連墻件、外檐石材龍骨、穿墻管、設備吊桿等須進行斷熱橋處理，導熱系數(shù)≤0.24W/(m·K)。被動房區(qū)域給水、中水、熱水、空調供水、回水、冷凝水、消防水、噴淋及風管按管井區(qū)分全部進行保溫施工，導熱系數(shù)≤0.035W/(m·K)，減少被動房區(qū)域的冷熱源損失。

1)雨水管固定件、出墻管 管道處阻斷熱橋應將管道臨時固定于墻體預留孔洞或套管內，管道應位于孔洞中央。管道與孔洞或套管間填充發(fā)泡聚氨酯。待發(fā)泡聚氨酯干燥后，將凸出于基層墻體表面的發(fā)泡聚氨酯切除，粘貼防水透氣膜。當管道為圓形時，應將防水透氣膜裁成小段后粘貼，每段防水透氣膜應先與管道粘貼壓實、再與墻體粘貼壓實，拐角處不應留孔隙，2段防水透氣膜的最小拼接寬度應≥10mm。防水透氣膜應覆蓋管道四周的保溫層，與管道和室內墻體基面的有效黏結寬度應≥30mm。當管道為矩形時，防水透氣膜應繞管道一周，管道四角處防水透氣膜應搭接，搭接長度應≥20mm。防水透氣膜與管道和基層墻體的有效粘貼寬度均應≥30mm，粘貼應平整密實、寬度均勻、不留孔隙。

2)外窗連墻件 按照窗體邊線，確定窗體固定所需的鍍鋅角鋼安裝位置。采用沖擊鉆進行預打孔，孔深需滿足膨脹螺栓安裝要求，且需≥100mm。采用膨脹螺栓將鍍鋅角鋼固定在洞口外墻，鋼件與結構外墻間需采用橡膠墊片進行防熱橋處理。

3)管道保溫 管道保溫采用橡膠發(fā)泡管殼保溫材料。水管保溫前應除銹并清潔表面，涂刷2道防銹漆?？照{冷水供回水管與其支架之間設置與保溫層厚度相同并經(jīng)防腐處理的高密度墊塊。

3.8 氣密性施工

氣密性是被動房的關鍵指標之一，接縫處理是影響氣密性的主要因素，因此須在門窗與結構交界位置、二次結構與結構交界位置、穿墻孔洞封堵位置、穿墻管線位置等進行氣密性處理。

1)外窗 室外側粘貼防水透氣膜，室內側粘貼防水隔汽膜。室內側防水隔汽膜自帶粘貼膠帶側與窗體四周緊密粘貼，角部需預留足夠的轉角空間，對接處搭接長度≥50mm。室外側防水透氣膜自帶膠層側粘貼在窗體四周的木材框體上，另一端通過專用黏結劑固定。防水雨布須粘貼牢固，不許有斷點。

2)隔墻 外墻每個房間內的混凝土梁與混凝土柱交界處、加氣塊填充墻與內隔墻交界處、混凝土柱與加氣塊填充墻交界處、混凝土坎臺與樓板之間、混凝土梁與加氣塊填充墻交界處粘貼防水隔汽膜，并用工具自起始端滑動壓至末端，防水隔汽膜應與基層粘貼緊密，不留孔隙。所用工具不得有尖角，避免破壞防水隔汽膜。粘貼長度超出交界處的距離應≥50mm，交界處兩側的粘貼寬度均應≥30mm。防水隔汽膜粘貼完成后，應進行室內抹灰，抹灰層應覆蓋防水隔汽膜和填充墻，抹灰厚度應≥15mm。

3)螺栓孔 粘貼防水隔汽膜前宜去除螺栓孔內的塑料管并填充水泥砂漿，待水泥砂漿完全干燥，清理基面后在外墻內側粘貼防水隔汽膜，在外墻外側粘貼防水透氣膜進行密封。防水隔汽膜完全覆蓋螺栓孔，不留孔隙。

4)穿墻管道 粘貼防水膜前，清潔管道及墻體基面，管道周圍起固定和斷橋作用的發(fā)泡聚氨酯應已干燥，并已清理平整。防水隔汽膜應粘貼在外墻內側，粘貼時繞管道一周，搭接長度應≥20mm。防水隔汽膜與管道和墻體基面的粘貼寬度均應≥30mm，粘貼應平整密實、寬度均勻、不留孔隙。防水透氣膜應粘貼在外墻外側，粘貼時繞管道一周，搭接長度應≥20mm。防水透氣膜與管道和墻體基面的粘貼寬度均應≥30mm，粘貼應平整密實、寬度均勻、不留孔隙。

5)透氣管 屋面衛(wèi)生間透氣管伸出屋面，套管與管道進行絕熱氣密處理，粘貼防水隔汽膜前，清潔管道及屋面板下側基面，管道周圍起固定和斷橋作用的發(fā)泡聚氨酯應已干燥，并已清理平整。應將防水隔汽膜裁成小段后粘貼，每段防水隔汽膜應先與管道粘貼壓實、再與保溫材料和混凝土基層粘貼壓實，拐角處應不留孔隙，2段防水隔汽膜的拼接寬度應≥10mm。防水隔汽膜應覆蓋管道四周的保溫層，與管道和墻體基面的有效黏結長度均應≥30mm。

4 結語

經(jīng)計算，本工程全年節(jié)省電費約24.45萬元，供暖+制冷+生活熱水能耗費用約為21萬元/年，而傳統(tǒng)建筑約為39萬元/年，具有較好的經(jīng)濟效益。大面積石材幕墻結構中幕墻埋板與外墻之間采用斷熱橋處理技術，使用硬質增強玻璃纖維板作為斷熱橋材料，較好地滿足了幕墻結構安全及被動房斷熱橋指標要求，具有推廣價值，使被動房石材外檐做法更成熟，被動房外延效果更美觀。通過優(yōu)化使用部件及加工節(jié)點處理，使整窗傳熱系數(shù)、太陽得熱系數(shù)大幅度降低，提高了整窗氣密性、水密性、抗風壓性。