河北省被动式超低能耗无热桥节能设计

王莹珺 WANG Yingjun

0 引言

被动式建筑是指将采光或通风等各种被动式的节能技术与围护结构高效节能技术结合设计而建造的低能耗建筑。在改善室内环境舒适度的同时，可大幅减少建筑物的使用能耗，降低对主动机械式采暖与制冷系统的依赖性。

自2009年起，住建部与德国能源署合作的中德被动式低能耗建筑示范项目中，以河北与山东发展势头最为迅猛，示范项目约占总量的70%以上。从河北省住房和城乡建设厅获悉，河北省多项措施并举，引领了被动式超低能耗向规模化发展。截至2018年9月，全省累计建设超低能耗建筑项目67个，建筑面积316.62万m2。其中，竣工22个，建筑面积55.52万m2；在建45个，建筑面积261.1万m2，竣工和在建被动式超低能耗建筑面积均居全国首位。《被动式超低能耗公共建筑节能设计标准》（DB 13(J)/T 263—2018）等相关标准的颁布，标志着我国被动式超低能耗建筑发展逐渐趋于规范化、标准化，对被动式超低能耗建筑的发展起到了重大的推动作用。

与传统建筑相比，被动式超低能耗建筑具备5个关键要素，分别为保温、门窗、气密性、无热桥、新风系统。其中，无热桥设计最大限度地阻断了建筑外围护结构节点部位集中热流的传导效应，是被动式超低能耗建筑设计中至关重要的一个环节。本文将以石家庄某高校的一栋办公楼为例进行介绍。

1 工程概况

石家庄某高校办公楼总建筑面积为880m2，占地面积390m2，建筑层数为3层，高10.50m；场地整体容积率为1.0，绿地率为36.09%，已满足公建绿色建筑设计评价一星级要求。下文将重点介绍该办公楼筑围护结构“无热桥”要素的节能设计原则与要点。

2 主要围护结构的无热桥设计与应用

2.1 外墙

河北省石家庄市建筑所属气候分区为寒冷B区，规范要求的外墙平均传热系数为0.10～0.25 W/(m2K)[1]，外墙首选浅色重质材料，不宜选用表观密度小于500kg/m3的加气混凝土砌块、空心砌块和其他轻质砌块做框架结构填充墙。

外围护结构采用连续完整铺设的外保温系统，避免出现结构性热桥，优选燃烧性能为B1级的模塑聚苯板（EPS薄抹灰板）外保温系统。EPS薄抹灰板是由红外吸收剂合成的材料，有利于热辐射的吸收与反射，其导热系数仅为0.039～0.042W/(mK)，有效提高了保温材料的保温隔热性能，降低了保温层厚度，且强度也能满足相关力学要求。寒冷地区的被动式超低能耗建筑保温层厚度通常为200～250mm，建议分两层错缝铺贴，且层间不能出现通缝：第一层采用点框法，第二层采用满粘法，并在墙角处采用成型的保温构件进行防护。

外墙外保温在锚栓连接处采用阻断热桥的构造措施，并在穿透构件与保温层间隙采取保温密封措施。金属螺钉锚栓采用不锈钢材质或防腐处理的金属材料，金属连接件遵循吸热面大、散热面小的原则。膨胀管顶部带圆盘，与塑料钉的制作材料均采用聚乙烯PE、聚丙烯等热塑性树脂材料。锚栓的锚固深度≥35mm，顶部塑料圆盘的直径≥60mm。在锚固件安装前，要预先在孔洞中注入聚氨酯发泡剂，随后立即安装。构造详图如图1所示。

图1 外墙保温材料与构造图

表1 防水隔汽膜和防水透气膜性能指标

在外墙不同材料交接处设置防水隔汽膜和防水透气膜。其中，防水隔汽膜用于室内一侧，防水透气膜用于室外一侧，两者皆需满足表1相关规定[1]。防水隔汽层一般采用冷自黏弹性体改性沥青隔汽卷材，其上表面为一层耐酸碱、耐腐蚀的铝膜。耐水汽渗透性等效空气层厚度Sd值在1 000m 以上。

2.2 楼板

河北地标要求采暖空间的被动区与非被动区楼板的传热系数应≤0.5W/(m2K)，被动区与不供暖的非被动区楼板传热系数≤0.5W/(m2K)，温差折减系数为0.2。

（1）首层楼板地板处理干净，抹灰密封。要先铺设防潮密封层，再铺设保温板，保温板上覆盖PE薄膜，并浇筑60mm 细石混凝土保护层，最后铺设地板面层。首层地板通常采用防水抗压性能较好的保温板，楼面保温层厚度宜＞30mm；且当厚度＞60mm时，宜分两层错缝铺装。如要铺设管道，地面管线要铺设在第二层保温板中，具有良好的隔音绝热作用，缝隙处用胶粉聚苯颗粒保温砂浆进行密封。首层楼板与隔墙交接处的保温做法见图2。

（2）非首层地楼板结构层表面应设置厚底≥50mm的减振隔声垫，上延至踢脚线高度处。隔声垫的使用优化了空气隔声性能和楼板的撞击隔声性能。

2.3 其他悬挑构件

图2 首层楼板与隔墙交接处保温做法

本项目悬挑构件主要为雨棚顶和悬挑楼板，要求传热系数为0.10～0.25W/(m2K)。雨棚减少热桥的最有效办法就是将主体结构与雨棚板断开，并在断开处空隙填充保温材料。挑梁支撑起雨棚板，并用保温材料将挑梁整体包裹起来以阻断热桥（图3）。悬挑楼板则用两层石墨聚苯板双层错位铺设，并用专业断热桥塑料锚栓固定；在转角处搭接层接耐碱玻璃网格布，并在室内铺砖地面下层铺设气密层，有效隔绝潮气向室内蔓延（图4）。

应避免在外墙上固定导轨、龙骨或支架等可能导致热桥的构件。必须安装支架时，为保证外保温系统的完整性与密封性，要事先预留金属预埋件的安装部位，不能直接穿透保温层。金属窗台板与外墙保温系统之间的接缝采用20mm 预压膨胀密封带进行密封，燃烧性能等级为B1级；10℃（平均温度）条件下，导热系数≤0.045W/(mK)，用保温层完全包裹金属构件。

图3 雨棚与主体结构断开构造图

图4 悬挑楼板构造图

2.4 屋面

由于屋面热损失相对较大，因此被动式超低能耗建筑屋面的保温层厚度要比外墙更厚。本项目屋面平均传热系数要求为0.15～0.25 W/(m2K)，屋面保温层与外墙保温层一样，要连续铺设，且通常采用抗压性能和防水性能都较好的保温板；同时，在保温板上下层各做一道防水，在靠近室内房间的一侧设置防水隔汽层，在靠近室外的一侧设置防水透气层。底层防水层采用改性沥青自黏防水卷材，抗撕拉聚酯玻纤加强胎基，下表面为改性沥青自黏胶，上表面为PE保护膜及搭接边自黏保护膜；面层防水层采用质量好的弹性改性沥青防水材料，不含胶粉，使用高强度聚酯胎基浸透优质SBS改性沥青土层，在上表面附着彩色板岩颗粒。两种不同的防水层结合使用，有效提高了保温系统的耐久性能。

对于女儿墙等突出屋面的结构体，其保温层也必须连续铺设，内外侧都要用防水层和保温层包裹，不仅保护了主体结构，也减少了锚固件热桥的产生，从而减少温度变化引起的应力破坏，防止裂缝产生[2]。在女儿墙保温系统上面安装金属盖板以抵抗外力撞击，且金属盖板向内侧倾斜，便于雨水导流。两侧向下盖住部分保温层，其向下延伸长度不少于150mm；设置滴水槽，保证保温层干燥，以提高屋面系统的耐候性（图5）。

对于管道穿屋面的部位，要采取防结露措施（图6）。屋面雨水管尽量设置在建筑外保温的外侧，若必须设置在室内时，要对雨水管做保温防水处理：①出屋面管道需做保温至顶部；②防水隔汽层从结构楼板向上包裹住管道，上翻的高度不低于100mm；③隔汽层外覆盖保温板，保温板外侧则是防水层；④在管道贯穿处，保温层与气密层包裹整个结构（图7）。

2.5 地面

图5 带女儿墙的实心结构平屋面构造图

图6 管道出屋面构造图

图7 雨水收集口构造图

本项目地面平均传热系数要求为0.15～0.35W/(m2K)。在贯通被动区域与非被动区域的结构构件应采取无热桥措施。本项目无地下室，外墙处的保温层要向下延伸至石家庄市最大冻土层深度560mm以下。地面保温层在近土壤一侧要设置防水隔汽膜。距外墙300m处，设置竖向挡板或其他装置，并用沙土回填，上面铺设砾石、鹅卵石做散水，可将雨水有效导入土壤并防止雨水外溅，同时增强了散水的美观性。

2.6 外门窗

门窗损失的能耗一般占建筑总能耗的1/3以上。门窗作为防止冷热桥的薄弱环节，需要重点设计，要从门窗的传热系数、间隔条的导热系数、气密性等多方面综合考虑。外门窗透明部分的围护结构热工性能要符合表2要求。

（1）被动式窗户一般采用Low-E三玻两腔中空玻璃，玻璃间填充惰性气体（Ar或Kr）或采用复合真空玻璃；窗框采用5～6mm宽的木框或PVC塑料型材，并填充高效发泡芯材进行保温。玻璃间隔条采用耐候型的暖边条，可采用中密度硅泡沫材料，其导热系数为0.17W/(mK)；或者采用35%玻纤增强丙烯腈与苯乙烯聚合物材料，导热系数为0.14 W/(mK)，不再使用橡胶条或铝合金间隔条。

（2）窗框与洞口间的缝隙要填充自黏性膨胀密封条，外墙和窗框连接处采用防水透汽膜与防水隔汽膜构成的防水密封系统，在室内一侧设置防水隔气密封布，在室外一侧设置防水透气密封布。防水密封布与外门窗框及基层墙体的粘接应平整密实、宽度均匀、断开位置应搭接。防水密封布与窗框的粘接宽度不小于20mm，与窗洞口的粘接宽度不小于40mm；且窗框四角处的防水密封材料如果要搭接，搭接长度不小于20mm。以上措施直接强化了密封与防水性能。

（3）直接接触气密封布的地方需做平整处理，凹凸不平处要首先使用密制胶和膏体材料填充找平，其余缝隙使用预压自膨胀密封带填充。

（4）被动式窗户安装在外墙外侧，依靠左右两侧的角钢固定，锚固件暗含隔热垫片以降低金属固定件热桥（图8）。窗框整体67%的面积由保温层包裹，最多留出10～15mm的窗框可视宽度，形成无热桥构造。在门窗洞口四周的保温板上沿45°方向斜向铺设400mm×200mm 的增强网，并置于大面积玻纤网内侧[3]。

表2 外门窗热工性能要求

图8 窗防热桥构造图

（5）在窗框底部或窗框外侧固定金属窗台板并找坡，金属板厚度不小于1mm。涂刷耐腐蚀抗老化高性能的涂料，涂膜厚度正面≥25mm，背面≥15mm。窗台板不应锈蚀，切口部位不得裸露于室外。窗台板与窗洞口四周的保温板要进行密封交圈，且必须在窗台板两侧与下部用填塞预压膨胀密封带和发泡聚氨酯；窗台板还要设置滴水线以避免受雨水浸泡。

（6）外门应具备保温、气密、防火、防盗四大功能，其安装方式与外窗要求基本一致。建筑主要出入口处应设置门斗，其他外门宜设置门斗或采取其他减少冷风渗透的措施。

3 结语

近年来，我国对被动式低能耗建筑非常重视，在不断的研究与实践汇总中积累了一定的成果。《被动式超低能耗公共建筑节能设计标准》（DB13(J)/T 263—2018）通过借鉴和吸收国际成功经验，并结合寒冷地区的气候特性，以明确的能耗指标作为目标，强调了建筑的技术性能，规定了不同于传统节能建筑的被动式房屋关键节点构造的要求，保证技术路线的经济性与合理性，并规范了河北省被动式低能耗建筑的设计与施工。采用被动优先、主动优化的技术方针，确保良好的室内环境，减少能源的消耗。被动式超低能耗无热桥设计不仅有效杜绝了能量流失，降低建筑能耗，而且提高了室内温度的均衡性，防止室内结露发霉现象的产生[4]。无热桥设计对于提升建筑能效及改善室内环境舒适度方面发挥着重要作用，已成为建筑行业发展的重点问题。