被动式超低能耗建筑综合施工技术研究

2022-11-08伍焕恒

中国建筑金属结构 2022年10期

伍焕恒

0 引言

随着人们对居住环境的要求逐渐提高，需要在满足建筑功能及质量的条件下，实现建筑的环保要求，使能源耗用量降低。目前，我国已经针对建筑节能设计制定了《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）、《近零能耗建筑技术标准》（GB/T51350）等技术标准，这些技术标准可以为我国开展超低能耗建筑的设计和施工提供依据。被动式超低能耗建筑不仅能满足当前人们的要求，还符合上述技术标准，现已经被政府部门和居民所关注，且符合国家节能减耗的要求。目前，被动式超低能耗建筑被国内研究人员广泛关注，宋晓刚（2022）等研究人员对此类建筑的推广发展策略进行了研究，采用PEST 分析法对此类建筑的宏观发展环境进行了分析，并从微观环境分析了该建筑产业发展面临的制约因素；黄榕汀（2022）对新风换气系统、太阳能空调系统以及外围保温隔热系统等技术进行研究。说明当前研究在技术应用与推广方面均有所涉及，但缺乏具体的实例研究，本文结合具体实例对此类建筑的综合施工技术进行研究，具有一定的价值。

1 被动式超低能耗建筑的概念及分类

1.1 被动式超低能耗建筑的概念

被动式超低能耗建筑是指仅采用新风系统的热补偿或后冷却来达到热舒适，不需要额外使用空气再循环的一类低能环保建筑。该建筑标准达到了世界级节能范畴，且能够满足人们的居住环境需求，利用较低的能耗满足人们对居住环境舒适性的需求。随着国家节能环保要求的提出，被动式超低能耗建筑已不仅仅局限于公共建筑，而逐渐开始向房地产住宅方面延伸。对于改善人们生活条件和生活成本具有一定意义。

1.2 被动式超低能耗建筑的分类

总体来讲，可将此类建筑划分为三大类，即零能耗、近零能耗以及超低能耗三类建筑。前两种分别属于高级和中级表现形式，而超低能耗建筑属于初级形式。本文主要针对超低能耗建筑进行研究探讨。此类建筑的衡量标准有两类，第一类为能源消耗情况以及气密性指标；第二类为室内居住环境指标。前者主要观察能源消耗情况以及气密性情况，具体如表1 所示。

表1 能源消耗情况以及气密性指标

而后者主要观察冬季和夏季室内的相对温度、湿度、噪声、新风量、二氧化碳浓度、温度不保证率以及非透明围护结构内部的表面温差，具体内容如表2 所示。

表2 室内居住环境指标

此类建筑与常规建筑对比而言，其能耗量可节约75%，基于此类建筑可满足人们的居住环境以及能耗节约的需求，所以被动式超低能耗建筑是今后建筑业发展的一大趋势。

2 被动式超低能耗建筑的综合施工技术分析

此类建筑施工内容主要包括新风装置的安装、保温系统的设置施工、被动式建筑的外窗安装、气密性施工、遮阳系统施工以及其他创新技术应用。

2.1 新风装置安装技术

新风装置的主要功能是实现热回收、通风、调节空气以及过滤，新风量若能达到充足的状态，业主居住环境的舒适度便能够有效提升。该装置之中需要对热交换芯体进行安装，该芯体能够有效回收浊气之中的潜在热量和显性热量，从而避免房屋内部温度流失，既能够排除室内浊气，又能够将热能保留。与此同时，还可将高效化过滤器安置在送风端，从而能够将室内空气中包含的大分子颗粒以及PM2.5 过滤掉，其过滤效率能够超过99%，从而使室内的空气更加清洁。新风装置安装时应该注意：

（1）在对新风装置进行设计时，应该依照新风机型号来确定安装位置；

（2）新风装置安装的位置不要对室内装修外观的美观性造成影响，并且要避免阳光暴晒以及雨淋；

（3）在对新风装置安装位置选择时，应该保证安装区域可承受新风机重量，切勿将其安装于空心板墙体上面，以免发生脱落；

（4）所选安装位置应该保证后期便于风管安装，同时还要留有适当的维保空间；

（5）所选安装位置应与热光灯或是其他热源留有适当距离，不可直接与之接触，在对墙体钻孔时，钻孔处应该与门窗、房梁结构保持一定距离，避免钢结构或是承重结构受到破坏；

（6）在对外墙钻孔时，应该确保外墙钻孔高度比内墙钻孔高度低，以免出现雨水倒灌问题；

（7）新风机机体固定所开的螺栓孔一定要比螺栓直径大，一般情况下需要大于1～2mm。

2.2 保温系统采用的施工技术

此类建筑保温系统一般是通过外围护结构来实现保温的，该保温系统的确定主要以施工所在地气候条件为依据，结合能耗标准对保温层厚度进行计算，并据此掌握外围护所发挥的隔热保暖效果，保温系统外围护结构通常设置在房屋四周墙壁、屋面和屋顶，常见的保温系统即EPS 保温系统（如图1 所示）。

图1 EPS 保温系统示意图

该系统在开展施工时，应先检查工程主体，保证门窗以及外墙均已完成安装，墙面必须满足抹灰标准及要求，并且施工所在地的周边环境温度与墙面温度之间的差值应高于5℃，施工时风力等级必须在4 级以内；施工前必须充分准备各类施工材料和工具，常用的材料包括胶浆、聚苯乙烯板、网格布以及砂浆等，常用的工具包括电动搅拌器以及剪刀等。具体的施工工艺流程如图2 所示。

图2 保温系统施工工艺流程图

在开展实际施工时，外墙施工所用聚苯乙烯板敷设时，应该采取双层错缝的方式进行敷设，并且各层均需要加岩棉，此做法目的是防火，而屋面需要选择厚挤塑基苯乙烯板施工。

2.3 被动式超低能耗建筑外窗安装技术

此类建筑外窗安装时，一般选用铝包木外窗，此类外窗可有效保留木窗性质以及功能，并且可将实木以及铝合金通过机械加工打造窗框，具备优秀的隔热保温性能，能够避免室内温度散失，且隔音降噪效果良好。这种外窗的玻璃为双Low-E 玻璃，两层玻璃间通过暖边条实现有效密封，通过实际测量得知，此类外窗的热传递系数能够达到0.94W/（m·K），可对太阳能进行吸收，并且还能够对不同波长光线选择性透过。在安装外窗前，需要先测量窗洞规格，了解窗洞能否满足安装要求。之后需要在窗洞外侧一周标志控制线，标识符号为“+”，沿控制线对窗户固定使用的镀锌件进行固定；然后在固定件上安装外窗，安装时须保证位置准确无误，同时还要将窗框初步固定于窗洞固定件上面。底部固定完成后，需要进行上部固定，同时还要对外窗安装位置的准确程度进行检验；最后需要沿着窗洞两侧控制线标志的“+”符号对固定件进行安装，然后对固定件校核，以保证窗框连接达到紧固的要求。

2.4 针对建筑气密性采取的施工技术

此类建筑的气密性非常重要，能够有效避免冷热气体形成的对流，从而控制热量损失。气密性施工的位置应该在门窗洞口与外门窗的间隙、电线和、围护洞口以及管线贯穿等位置，这些位置比较容易出现气密性问题，同时应该对各围护结构交接位置、围护结构与设备交接位置的气密性进行施工处理，透气密层管线需要通过预埋穿线的方式进行处理。在对外窗进行安装时，窗框与洞口间易出现缝隙，需要使用发泡剂处理，窗框与外墙之间的连接位置还需要使用防水隔气膜以及透气膜进行处理，形成密封的防水系统，室内需使用防水隔气胶带进行处理，室外则使用防水透气胶带处理，从而使门窗气密性得到有效强化。穿墙管线需要按照管线直径规格使用防水套管，并且还需使用发泡剂对套管与管道之间形成的间隙进行填充，发泡剂干透之后，还需采用网格布和抗裂砂浆将其抹平，并在内外两侧做防水密封处理，从而保证缝隙消失。

2.5 遮阳系统施工技术

在此类建筑施工中，为了达到遮阳效果，通常是通过百叶窗或卷帘的方式来实现的。冬季时，采用这种方式能够避免建筑物内部热量外散，夏季时，能够有效减少室外太阳辐射光线进入到室内，保证遮阳系统施工的效果，可减少供热供冷所耗用的能耗。遮阳系统通常安装于窗外。遮阳系统的施工工艺流程如图3 所示。

图3 遮阳系统施工工艺流程图

2.6 被动式超低能耗建筑的创新施工技术

随着科技的不断发展，被动式超低能耗建筑的施工技术也取得了一定创新。当前针对此类建筑采取的创新施工技术种类比较多，且用于各个方面。例如，三维加工技术可应用于双曲铝塑板加工，这种铝塑板可用于外立面的造型施工，具有耐腐蚀、防潮防火、隔热降噪等特性，并且通过三维加工技术可使该材料外观更加精美，加工操作也比较简易，施工时若与BIM技术、全站仪结合应用，还可提升安装精度，使此类建筑外观更加精美；GRG 装饰技术也成为玻璃纤维强化石膏构件装饰技术，该构件所用材料比较特殊，所形成的造型具有较强的随意性，可彰显建筑物的个性，该构件装饰使用后，可有效抵御开裂、破损等情况，并且表面具有线条自然、细腻光滑的特点，可实现室内外装修装饰风格一致；环氧磨石漆施工技术主要应用于地面施工，属于一种无缝一体化复合型装饰材料，并且可以与各种颜色的石英砂随意搭配，形成各种各样的彩色图案，其材料具有防火防水、耐腐蚀、耐磨、防滑等突出特性，且柔韧性、耐油性、附着力等性能优良，比较适用于被动式超低能耗建筑装饰之中；楠竹碳化竹板装饰技术应用于此类建筑装饰之中，可利用碳化后的楠竹优点提升装饰材料的耐磨、抗折、抗拉、抗压等特性，并且该材料的热传递比较快，具有冬暖夏凉的特点，可以预防虫蛀、霉变，且不干裂、不易折断、不变形。在装饰时需要使用无毒害、高质量浇水胶合，从而减少甲醛释放量，提升装饰效果。

3 案例分析

3.1 工程概况

某住宅区是广东省中山市市区的被动式低能耗示范小区，该小区依照被动房标准开展了设计工作，住宅结构方面，地上结构共有5 层，地下结构共有2 层，建筑占地面积可达到1 032m，总体建筑面积可达到6 038m，在地下结构中，1 层占地面积为998m，2 层与1 层占地面积相同，为地下车库，该建筑项目的功能确定为住宅，建筑体型系数达到0.27，符合被动房建筑相关设计标准和要求，其采暖需热量在10kW·h/（m·a）范围内，有效制冷在15kW·h/（m·a）范围内，该项目设计的东、西、南、北窗墙比各为7.56%、7.56%、36.27%、24.98%。该项目从设计到施工严格依据被动式建筑的相关要求和标准开展，尤其是在被动式建筑气密性指标方面得到了有效处理，使建筑的外围结构具备良好的密封性，并使冷热负荷得以降低，与常规建筑对比而言，其能耗能够降低75%左右。

3.2 技术应用及应用效果

3.2.1 外遮阳技术应用及效果

该建筑遮阳安装于透明幕墙以及建筑外窗部位，对太阳辐射具有遮挡作用，在夏季能够有效遮挡太阳辐射热量，冬季能够有效避免热量从窗户位置流失，所以该外遮阳技术能够降低建筑能耗，节约空调用电，据单月统计，该遮阳技术可节约25%的空调用电，并且能够将窗户的保温性能提升1 倍左右，节约采暖能耗达到10%。此外，还具有防眩目、环保等功能和效果。

3.2.2 冷梁联合独立新风技术的应用及效果

该项目使用了冷梁设备，该设备具有无噪声、无冷风感、吹风感等特点，采用的新风系统属于新型开放式排气通风设备，可保证室内空气品质。该系统由新风管道、机组、风口、净化模块以及热交换模块构成，可实现全热交换，夏季时，新风会通过回风获取冷量，从而降低室内温度，并且通过回风将新风水蒸气带走，使室内湿度降低，而冬季的实际工况恰与夏季相反。该项目的新风机组是从德国引进，换热效率为85%，可保证室内PM10、PM2.5 以及二氧化碳浓度保持在欧洲标准范围之内，并且在运行中不会产生细菌、甲醛等有害物质，保证了使用者的健康。

此外，该项目还采用了上述技术分析中的保温技术、外窗安装技术等，均发挥了良好的应用效果。