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能建筑物，不需要使用傳統建筑的空調和暖氣設備，依靠自身優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能手段與建筑圍護結構高效節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、綠色節能等特點。

天津大自然廣場工程位于天津市武清區，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≤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≤0.030W/(m·K)；玻璃傳熱系數(歐洲玻璃組件的傳熱系數，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統籌考慮，進行總體優化，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值。Premium級被動房標準對動態指標的要求更高，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 系統優化設計

1)新風系統優化 原設計圖紙為豎井統一排風，為減少豎井統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。衛生間不設獨立排風豎井，與新風進行熱交換，統一排出。

2)幕墻系統優化 吊架需包裹保溫材料后與管道接觸；幕墻節點由900余塊優化至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)保溫系統優化 對于無法避免的結構熱橋節點，通過延長被動房與非被動房區交界處保溫路徑長度降低熱橋傳導數值。

3.2 保溫系統

3.2.1性能參數

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、性能指標參數進行優化，如表1所示。

表1 Premium級圍護結構技術參數

3.2.2關鍵技術

保溫系統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，實現保溫效果。本工程保溫系統設置部位包括屋面、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

3.3.1性能參數

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進行優化，其中，外窗框料熱透射系數≤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≤0.50W/(m2·K) ，太陽得熱系數為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，防止后續施工破壞型材、玻璃等。

3.4 新風系統

3.4.1性能參數

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等性能指標參數進行優化，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與風機盤管。新風系統以豎向按層、橫向按防火分區為原則進行劃分，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泡管殼保溫材料。

3.5 光伏系統

3.5.1性能參數

為達到Premium級認證要求，設計過程中對光伏設備數量、安裝位置、方法等指標參數進行優化，如表2所示。

表2 光伏系統技術參數

3.5.2關鍵技術

本項目屋頂為平面屋頂，光伏系統采用基礎式安裝系統，底部框架使用優質光伏支架，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光伏并網逆變器、配電箱和通信模塊，系統總容量為130kW，太陽能組件發出的直流電經逆變器逆變為交流電，經配電箱后直接并入用戶側380V低壓電網。配電箱內置斷路器、防雷器及電能計量表，發電系統產生的電量通過電能計量表后送入電網，產生賣電收益。

3.6 中深層地巖換熱聯供系統

3.6.1性能參數

2號樓地源熱泵系統設計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。地源熱泵空調系統主要施工工序均需在地面下操作完成，整個地埋管系統屬于永久性隱蔽工程。

3.6.2關鍵技術

1)地埋管系統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、地埋管系統試壓、地源熱泵系統試運行等。

2)地埋管換熱器系統常年處在地下土壤里，地基可能會發生不均勻沉降。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受地上建筑物因發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≤0.24W/(m·K)。被動房區域給水、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分全部進行保溫施工，導熱系數≤0.035W/(m·K)，減少被動房區域的冷熱源損失。

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泡聚氨酯。待發泡聚氨酯干燥后，將凸出于基層墻體表面的發泡聚氨酯切除，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。空調冷水供回水管與其支架之間設置與保溫層厚度相同并經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

經計算，本工程全年節省電費約24.45萬元，供暖+制冷+生活熱水能耗費用約為21萬元/年，而傳統建筑約為39萬元/年，具有較好的經濟效益。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。通過優化使用部件及加工節點處理，使整窗傳熱系數、太陽得熱系數大幅度降低，提高了整窗氣密性、水密性、抗風壓性。