被动式建筑
-
被动式建筑精细化施工监造101问2017/09/18
-
建学第一期“国际被动式建筑设计师培训班“简介及体会——朱晓丽 2017/09/15
< 1 >
建学第一期“国际被动式建筑设计师培训班“简介及体会——朱晓丽
朱晓丽
被动式超低能耗建筑，上世纪90年代诞生于欧洲，目前已发展为全球发达国家的节能宠儿，现已大踏步地推开国门，来到中国。被动房建造过程，意味着房屋粗放式建造方式被精细化建造方式所替代。
被动房，不就是节能吗？不就是外墙保温加太阳能加地热吗？这关结构工程师什么事呢？这是许多人心中的疑问。 其实，在被动房设计和建造的全过程中，每个环节都需结构工程师参与，不可或缺。
在被动房的建设全过程中，结构工程师除了具备设计主体结构的专业知识和经验外，还应具备哪些被动房相关的专业知识，才能胜任其工作呢?这就要求结构工程师首先要了解被动房的节能特点及技术控制点，具备足够的被动房方面的专业知识储备，才能胜任相应的工作需要。
下面就被动房建设（设计、施工）各阶段分别阐述结构工程师在被动房精准设计，精心施工中的重要作用。
一、方案设计阶段
在方案阶段，普通建筑只要求结构工程师考虑上部结构的结构形式及结构主材，结构形式是框架结构还是砌体结构呢，结构主材是采用木、钢、砖的呢，还是采用钢筋混凝土的呢，但无需考虑房屋的基础形式是天然浅基础，还是桩基。因为在此阶段，基础形式的不同，对建筑师和暖通工程师来说，根本与他们没有关系。但被动式建筑就大大不一样了，被动房一体化设计要求结构工程师早期参与建筑设计。在方案阶段，就需要将基础方案与供暖方案融合，对是否利用地热应该做出决定。 结构师需要事先了解工程地质条件，初步确定基础方案，使供暖方案能与基础方案有机结合。在项目的后期出现的许多状况，往往是方案阶段设计考虑不周造成的。
2010年上海世博会城市最佳实践区内的汉堡之家，就是一个很好的案例。由于地面35米以下才是可承重的坚硬土层，故桩端需落至这一较深土层作为持力层，这正好给利用地热较好地结合。基础共有100根钢筋混凝土桩，其中利用了42根桩，在桩身中贯穿管道系统. 【1】将其与地下管网连接，以采集地热。各层楼的采暖和制冷主要依靠各楼层的楼板埋管系统。【2】
二、施工图设计阶段
施工图设计阶段，如何避免结构性热桥，是结构工程师需考虑的设计重点。什么是结构性热桥？就是由于梁、柱、板等结构构件穿入保温层而造成保温层减薄或不连续所形成的热桥。这种热桥能量损失较大，可能会造成结露、发霉现象。
外凸阳台，普通建筑设计时常用悬挑结构。而在被动式建筑中，结构工程师应该意识到，外凸阳台的结构构件（线性热桥）会穿透保温层，是结构热桥的部位，是明显的热桥薄弱环节，应该在设计中尽可能避免。
欧洲国家被动房设计中，往往采用无热桥的阳台专用构件。该构件由高性能的保温材料和高强度水泥板构成，通过高强度钢筋联结安装在室内地板与阳台板之间，从而有效阻断阳台热桥。阳台的设计应遵循了“最节能”原则。阳台与建筑连接部分越长越易导热，德国用阻断热桥方式连接。由于目前无法完全引进该产品和施工工艺，且考虑到国内建筑设计规范的限制，目前国内已建被动房项目采用了一些折中的构造设计。如被动房项目秦皇岛“在水一方”C区，阳台板与主体结构断开，中间缝隙填充保温板填满阻断热桥，阳台板靠挑梁支撑，保温材料将挑梁整体包裹。而建学公司的国际合作项目—河北涿州新华玻璃幕墙公司办公楼的宿舍外凸阳台，则设计为独立的钢结构，在外立面（外保温）的前面，成功完成此处无热桥设计。
由于建筑结构原因，在合理造价范围无法完全避免热桥，此时应告知建筑师，需在其他部位增加保温厚度予以弥补。
结构断桥的应用在国外低层被动式建筑中是一种常用的手法，但这种处理手法与我国现行的结构规范尚有冲突，有待进一步研究及实践。
此外，外墙材料的选择也很需慎重，框架结构、剪力墙结构的外墙填充墙，需选用热惰性、气密性等综合性能较好的砌体，不宜选用密度小于500kg/m3的加气混凝土砌块、普通单排孔或双排孔砌块和其它轻质的或大空洞的砌块。
三、建造阶段参与项目管理
目前国家关于被动房的施工和验收标准还未出台，许多监理单位、施工单位对被动房材料、施工工法、最终应达到的成果要求不了解、不熟悉。这就更需要有被动房设计及被动房项目管理方面有成功经验的设计公司，在被动房建造的全过程中提供尽可能多的技术支持。
被动房的建造过程就是设计图纸正确落实的过程，施工单位必须编写建设工序。因为对于某些工法中，施工顺序起决定性作用。例如，在实心墙体内侧，抹灰层作为气密层必须一直连续做到楼板上，而这只有在做地坪前才有可能。因为被动房用材与普通房有很大差异，故施工方法也有很大差异，再加上施工要求比普通房更细致、更严格。如外墙保温板施工时，施工人员必须按照正确的施工工艺和顺序排板，计算和布置锚栓、连接、锚固板材，避免出现通缝、裂缝或板材之间缝隙过大等质量问题。
设计公司委派现场参与土建建造全过程的通常是结构工程师。参考国内外的技术资料，结构工程师在参与项目管理时，具体可结合维护结构保温、气密性、无热桥施工、噪音消除等方面进行质量控制，确保被动房建成后检测结果达到图纸要求。
3.1 围护结构保温
3.1.1 非透明外围护结构
非透明外围护结构，即屋面、外墙、地面或不采暖地下室的顶板。
保温层应连续完整，严禁出现结构性热桥，应采用外保温系，外保温系统的连接锚栓应采取阻断热桥措施。外保温体系应该干净均匀的黏贴在平整的基墙上。禁止在保温层内出现4mm以上的缝隙。因为穿透性的接缝非常容易引起结露，对建筑造成伤害。保温层如有较大空腔，应及时采用保温材料封堵，可用保温板塞缝，或用发泡胶封堵。保温材料需充分遮挡，防止水、水泥、砂浆对保温性能的影响，如玻璃棉吸水则丧失保温性能。
外墙外保温材料，地上通常采用EPS板、地下通常采用XPS板。保温板厚度大于200mm时，应分两层错缝铺装，层与层之间严禁出现通缝。第一层保温板铺装完成后的厚度应与突出墙面的窗框的厚度一致。【3】外墙保温板为双层时，板上下左右优先采用榫槽连接方式；内、外层上下左右板块均错缝粘贴，以达到更好的保温密封效果。【5】
楼面保温材料的厚度宜大于30mm,厚度超过60mm的保温板宜分两层错缝铺装。构件穿透保温层时，必须进行密封处理，可采用预压膨胀密封胶带将缝隙填实。楼板、墙体中的洞口，必须用10mm以上的水泥砂浆保护层覆盖。【2】
3.1.2 透明外围护结构
透明外围护结构，即外墙门窗。
3.1.2.1 原材料检查：
（1）、检查外墙门窗气密等级、水密等级、和抗风性能、外门窗规格、分格形式及玻璃规格。
（2）、检查外门窗的玻璃是透明材料Low-E中空玻璃还是真空玻璃，玻璃的传热系数U值，玻璃的太阳能得热系数g值，外门窗框型材是木材的或塑料的，其传热系数K值，外门窗的玻璃间隔条，耐久性良好的暖边间隔条。外门窗的传热系数K值。
（3）、外门窗至少应采用三道耐久性良好的密封材料密封，每扇窗至少两个锁点。【2】
3.1.2.2 安装构造：
（1）、被动房窗户是安装在主体外墙外侧，以实现更好的隔热效果。外窗借助于角钢或小钢板固定，整个窗框的2/3被包裹在保温层里，形成无热桥的构造。
（2）、检查实际供应的暖边间隔条的窗与洞口间采用隔热处理连接件; 窗户两侧和上部的窗框应尽可能多地用保温材料覆盖。除预留纱窗、遮阳装置等设施的安装空间外，外窗洞口保温板的第二层宜尽量覆盖窗框。
3.1.2.3 检查外墙门窗洞口密封材料的连接：
（1）薄膜一边有效地粘结在门窗框上（或副框上），另一边通过兼容性强的专用胶粘剂粘结在墙体上，薄膜应褶皱地（非紧绷状态）覆盖在墙体和门窗框上，薄膜之间的搭接宽度应不少于15mm;
（2）外墙门窗洞口处，门窗框与外墙表面，外墙窗与洞口间隙采用自粘性的预压膨胀密封带，在门窗框出厂前就预先粘好，预压膨胀密封带应与窗框同时安装，膨胀后的预压密封带应将门窗框与外墙之间的缝隙填实。
（3）窗框与外墙连接处采用防水膜密封系统。室内侧采用防水隔汽密封布，室外侧使用防水透气密封布。这类密封布应具有不变形、抗氧化、延展性好、不透水、寿命长等特点。密封布含自粘胶带，能有效粘接在窗框或副框上，再通过专用粘结剂粘结在墙体上。窗台设置金属挡水板。窗台板应有滴水线构造。窗台板的作用是保护保温层不受紫外线照射老化材料，而不是普通的铝合金间隔条。
（4）外窗安装后应与外墙保温层在同一垂直面，导流雨水，避免雨水侵蚀和破坏保温层，保持窗台的干净整洁。窗框与保温系统间安装塑料连接线条。这是一种由密封条和网格布构成的材料，安装后实现柔性防水连接，保证构造无裂纹。
（5）外窗洞口上边沿部位安装塑料滴水线条。这种塑料线条带加强网布和滴水线条，可以减少外墙立面污水流入屋檐部位或流到外窗表面。
3.2 气密性
最常见缺陷是外部构件气密性节点处理不正确。因为我们不希望出现空气交换量不断波动，空气流动方向不断变化。寒冷的冬季，进风量加大，换气次数会增加，才能使新风系统保证新鲜空气的供应，保证房屋的湿度平衡。按设计好的施工工序施工非常重要，参与各工种：抹灰、木结构安装、窗户安装，必须向后续工种交待次序的重要性。
施工质量控制关键点：
（1）、砌体和混凝土砌块等实心墙的内侧抹灰粉刷，必须一直做到混凝土楼板，然后再做地坪；木结构盖板接缝必须用密封胶带完全盖住，然后再做内装修；木结构建筑，要在建筑构件内装修层的背后，使用一层薄膜仔细地贴在外部构件的接缝上。
（2）、门窗的气密性，首先要求洞口尺寸准确，对洞口、墙面进行修整，洞口偏差控制在±5mm，外墙面垂直、平整度控制在0~5mm，然后再安装门窗。门窗框边与墙之间嵌入膨胀胶条，门窗与墙之间内外贴一道防水密封布，确保密闭防水效果。
（3）外墙穿墙管孔、模板拉杆孔，用聚氨酯发泡胶填充密实，然后内外刮抗裂砂浆并压入网格布。对卫生间、厨房通风道、排水管穿楼板处进行发泡填塞密实处理，对通风道的通风口边缘用胶密封。连通室外的强、弱电线管进行打胶封闭，墙面下线管、线盒先刮石膏，再加入线管、线盒。外墙插座最好采用气密性空墙插座盒。
（4）构件管线、套管（如电线套管）穿透墙体气密层时必须进行密封处理。处理方法如下：
a.位于现浇混凝土墙体上的开关、插座线盒，应直接预埋浇筑；
b.位于砌体墙体上的开关、插座线盒，应在砌筑墙体时预留孔位，安装线盒时应先用石膏灰 浆封堵孔位，再将线盒底座嵌入孔位内，使其密封；
c.在墙体内预埋套管时，接口处应使用专用密封胶带密封，与线盒接口处同时用石膏灰浆封堵密实；
d.套管内穿线完毕后，应使用密封胶封堵开关、插座等的管口。
3.3 无热桥施工
检查窗户节点是否与设计一致；窗户是否位于保温层内，卷帘安装是否能完全防止结露。墙脚与底板的热桥效应。灯具等安装是否采用热断桥锚固件。安装锚固件之前，应先在保温板由钻头形成的孔洞内注入聚氨酯发泡剂，然后安装锚固件。验收时采用红外成像法克帮助发现薄弱环节。
3.4 管道关键节点构造
楼内管道应包覆保温材料。通风管道包裹保温材料后的传热系数是否符合设计要求，下水管道应包覆20mm厚的保温隔声垫。楼板结构层表面应设置厚度不小于50mm的隔声垫。
金属管道与安装卡件之间应用隔声垫隔开。
3.5 新风系统
检查新风主机、新风风管连接的噪音隔离，防止固体传声。检查过滤器，检查新风吸入口、排风口。
四、结语
被动房质量保证的前提是精准设计，精心施工。结构工程师在被动房建设的各个阶段，即方案设计阶段、施工图设计阶段、被动房建造阶段，都必须参与进来。结构工程师不可或缺的专业知识是被动房多级质量保证体系的重要要素之一。
参考文献：
【1】《汉堡之家—隐形能源建筑》
【2】《2010上海世博会汉堡之家 HAMBURG HOUSE,EXP2010 SHANGHAI》《世界建筑》2010/02
【3】河北省工程建设标准《被动式低能耗居住建筑节能设计标准 DB13(J)/T177-2015》
【4】《德国被动房设计和施工指南》[德] 贝特霍尔德·考夫曼 [德[ 沃尔夫冈 ·费斯特 著 徐智勇 译 中国建筑工业出版社
【5】《被动房“绿色”引擎》 中国建材报 2015-12-2
详细>>