超低能耗被动式建筑施工关键技术*

武廷超

(北京住总第六开发建设有限公司，北京 100050)

1 工程概况

超低能耗被动式建筑是基于被动式技术设计和建造的节能建筑物，不需要使用传统建筑的空调和暖气设备，依靠自身优越的保温性及气密性，将自然通风、自然采光、太阳能辐射和室内非供暖热源的热等各种被动式节能手段与建筑围护结构高效节能技术相结合建造而成。超低能耗被动式建筑具有宜居、健康、舒适、绿色节能等特点。

天津大自然广场工程位于天津市武清区，由4栋建筑物组成，其中2号楼为超低能耗被动式建筑。2号楼示范面积7 900m2，包括地上12层及地下楼层、电梯、核心筒，每层建筑面积约650m2，共有客房127套。外檐采用全石材幕墙结构，石材展开面积5 409m2。

2号楼外檐采用以下技术措施：①使用导热系数≤0.035W/(m·K)的岩棉；屋顶聚苯乙烯隔热保温板增厚到350mm，其导热系数≤0.030W/(m·K)；玻璃传热系数(欧洲玻璃组件的传热系数，表示由于玻璃热传递和室内外温差形成的空气到空气的传热量)≤0.50W/(m2·K) ；太阳得热系数为0.53。②新风机能效比>3.5，风机盘管能效比>3.5，气密性N50<0.4。③公称直径<100mm的管道保温厚度为50mm，公称直径>100mm的管道保温厚度为70mm。④光伏板数量增至536块。上述措施满足德国Premium级被动房技术要求，通过优化设计、精心施工，最终获得了德国Premium级被动房认证。

2 被动房等级特点与设计要求

德国被动房研究所(passive house institute，简称PHI)是由沃尔夫冈·费斯特博士领导的独立研究机构，首个被动房项目由该研究所于1990年在德国建设。达到Premium级的被动房，其采暖、制冷、照明、热水、家用电器及设备辅助用电等耗费的能量须经统筹考虑，进行总体优化，低至一定水平，并通过太阳能光伏、光热及地源热泵等手段尽可能多地获得大自然的能源馈赠。

PHI被动房标准等级包括Classic，Plus，Premium，3个等级对建筑认证需达到的要求依次提高。常说的被动房一般指Classic级，要求建筑可再生一次能耗每年≤60kWh/m2，而对其产能无要求。Plus级被动房标准为动态指标，一般情况下要求建筑年可再生一次能耗<60kWh/m2，同时年产能需达到对应消耗数值。Premium级被动房标准对动态指标的要求更高，一般情况下要求建筑年可再生一次能耗<45kWh/m2，同时年产能需达到对应消耗数值，如果能耗>45kWh/m2，即使产能再高，也无法达到Premium级。

3 Premium级被动房设计与施工

3.1 系统优化设计

1)新风系统优化 原设计图纸为竖井统一排风，为减少竖井统一排风造成的能耗增加，提高被动房保温气密性，取消排风竖井，采用层层排风的做法。卫生间不设独立排风竖井，与新风进行热交换，统一排出。

2)幕墙系统优化 吊架需包裹保温材料后与管道接触；幕墙节点由900余块优化至287块，降低热桥损失。埋板与外墙之间安装1块50mm厚硬质增强玻璃纤维板，并与埋板连接牢固，剔凿主体结构凹凸不平的位置，剔凿处通过角磨机磨平。

3)保温系统优化 对于无法避免的结构热桥节点，通过延长被动房与非被动房区交界处保温路径长度降低热桥传导数值。

3.2 保温系统

3.2.1性能参数

为达到Premium级认证要求，设计过程中对外墙、屋顶、地下室顶板、被动房与非被动房间隔墙保温材料、性能指标参数进行优化，如表1所示。

表1 Premium级围护结构技术参数

3.2.2关键技术

保温系统设计理念为建筑全包裹，个别断开部位需采用增加保温做法、增加传导路径的方式降低传导损失，实现保温效果。本工程保温系统设置部位包括屋面、外墙、地下非采暖房间顶板、与土接触地下室外墙、屋顶与室外接触的结构等。

1)地上外墙采用300mm厚岩棉板保温层，传热系数为0.11W/(m2·K)，与30mm厚石材幕墙粘锚结合，每m2有9根锚栓，保温板与基层的有效黏结面积率>80%，分层错缝粘贴，采用被动房专用保温锚栓固定，并用发泡胶封堵密实。

2)屋面采用350mm厚挤塑聚苯板保温层，传热系数为0.08W/(m2·K)，屋面防水隔汽层施工完成后，在其上多层错缝敷设350mm厚挤塑聚苯板；女儿墙位于屋面保温部位，每隔2 500mm预留洞口并填塞与屋面保温同厚度的挤塑聚苯板。

3)地下非采暖空间顶棚、梁四周均粘贴300mm厚岩棉保温层，传热系数为0.11W/(m2·K)，采用双层150mm厚岩棉板粘锚结合分层锚固法施工。底层岩棉板采用专用黏结砂浆粘贴，使用普通锚栓固定。面层岩棉板采用错缝空铺的方式，使用专用断桥锚栓连接固定。

4)与土壤接触的地下室外墙、室外地坪以下外墙粘贴250mm厚挤塑聚苯板保温层，选用5层50mm厚挤塑聚苯板分层错缝粘贴施工工艺，为避免破坏外墙防水层，无法采用粘锚结合的方式，黏结剂选用专用黏结砂浆。

3.3 门窗系统

3.3.1性能参数

为达到Premium级认证要求，设计过程中对外窗框料、玻璃、暖边材料等技术参数进行优化，其中，外窗框料热透射系数≤0.73W/(m2·K)，宽度≤0.128m，暖边材料热桥≤0.036W/(m·K)，窗框安装热桥≤0.040W/(m·K)，玻璃热透射系数≤0.50W/(m2·K) ，太阳得热系数为0.53。

3.3.2关键技术

被动窗采用外挂方式安装在外墙侧，由L形金属连接件及木垫块托件与结构进行断桥连接固定，连接件与外墙之间增加5mm厚保温隔热垫块，用于阻断热桥，减少热量损失。室内侧防水隔汽膜自带粘贴胶带侧与窗体四周进行紧密粘贴，角部需预留足够的转角空间，对接处叠加量≥50mm，以确保密闭性，使用专用工具将胶带处滚压严密，防水隔汽膜粘贴牢固，不许有断点、起鼓、脱胶等现象。

室外侧防水透气膜自带胶层侧粘贴在窗体四周的木材框体上，另一端通过专用黏结剂固定，防水雨布需粘贴牢固，保证水密性及气密性。

外门窗安装工程验收合格后，外门窗室外侧采用防火布进行成品保护，内侧防水隔汽膜和外侧防水透气膜表面均采用5mm厚抗裂砂浆进行刮抹保护，防止后续施工破坏型材、玻璃等。

3.4 新风系统

3.4.1性能参数

为达到Premium级认证要求，设计过程中对选用新风机组显热回收效率、湿度热回收效率、COP等性能指标参数进行优化，其中显热回收效率≥82%，湿度热回收效率≥0%，设置旁通、防冻保护措施，能效比≥3.5，单位风量电耗≤0.45Wh/m3。

3.4.2关键技术

本工程空调房间均采用新风系统与风机盘管。新风系统以竖向按层、横向按防火分区为原则进行划分，建筑每层设新风机房，共12台新风机组，层层取风。采用超薄吊顶新风机，标准层风量为1 400m3/h，首层风量为2 000m3/h，机组安装高效全热回收器，热交换效率为90%，PM2.5过滤效率为90%。管道保温采用橡胶发泡管壳保温材料。

3.5 光伏系统

3.5.1性能参数

为达到Premium级认证要求，设计过程中对光伏设备数量、安装位置、方法等指标参数进行优化，如表2所示。

表2 光伏系统技术参数

3.5.2关键技术

本项目屋顶为平面屋顶，光伏系统采用基础式安装系统，底部框架使用优质光伏支架，预埋螺栓固定。太阳能组件型号为YL270P-29b，共563块，配置1台30kW和2台50kW光伏并网逆变器、配电箱和通信模块，系统总容量为130kW，太阳能组件发出的直流电经逆变器逆变为交流电，经配电箱后直接并入用户侧380V低压电网。配电箱内置断路器、防雷器及电能计量表，发电系统产生的电量通过电能计量表后送入电网，产生卖电收益。

3.6 中深层地岩换热联供系统

3.6.1性能参数

2号楼地源热泵系统设计120个竖孔换热器，开孔直径150mm，孔深140m，孔间距4.5m。每个竖孔中安装4根长140m HDPE100管，组成双U形管结构，可满足2号楼冷热源和生活热水供应。地源热泵空调系统主要施工工序均需在地面下操作完成，整个地埋管系统属于永久性隐蔽工程。

3.6.2关键技术

1)地埋管系统施工工序主要包括钻孔、垂直PE管连接与试验、下管、灌浆、水平沟槽开挖、水平PE管敷设及与垂直PE管连接与试压、沟槽回填、地埋管系统试压、地源热泵系统试运行等。

2)地埋管换热器系统常年处在地下土壤里，地基可能会发生不均匀沉降。室外直埋水平埋管敷设前，在沟槽内铺设100～200mm厚砂垫层，水平埋管管顶采用厚度≥200mm的砂覆盖层，其上采用土壤回填夯实，以减小水平埋管系统受地上建筑物因发生垂直或不均匀沉降造成的破坏。

3)管道穿墙采用安装套管密封。为保护管道靠近墙的供回管线支架免受空洞造成的土壤沉降差影响，回填前须在墙体外表面采用冷作用沥青材料填缝，使其密封防水。

3.7 断热桥施工

被动房对断桥要求高，外墙连墙件、外檐石材龙骨、穿墙管、设备吊杆等须进行断热桥处理，导热系数≤0.24W/(m·K)。被动房区域给水、中水、热水、空调供水、回水、冷凝水、消防水、喷淋及风管按管井区分全部进行保温施工，导热系数≤0.035W/(m·K)，减少被动房区域的冷热源损失。

1)雨水管固定件、出墙管 管道处阻断热桥应将管道临时固定于墙体预留孔洞或套管内，管道应位于孔洞中央。管道与孔洞或套管间填充发泡聚氨酯。待发泡聚氨酯干燥后，将凸出于基层墙体表面的发泡聚氨酯切除，粘贴防水透气膜。当管道为圆形时，应将防水透气膜裁成小段后粘贴，每段防水透气膜应先与管道粘贴压实、再与墙体粘贴压实，拐角处不应留孔隙，2段防水透气膜的最小拼接宽度应≥10mm。防水透气膜应覆盖管道四周的保温层，与管道和室内墙体基面的有效黏结宽度应≥30mm。当管道为矩形时，防水透气膜应绕管道一周，管道四角处防水透气膜应搭接，搭接长度应≥20mm。防水透气膜与管道和基层墙体的有效粘贴宽度均应≥30mm，粘贴应平整密实、宽度均匀、不留孔隙。

2)外窗连墙件 按照窗体边线，确定窗体固定所需的镀锌角钢安装位置。采用冲击钻进行预打孔，孔深需满足膨胀螺栓安装要求，且需≥100mm。采用膨胀螺栓将镀锌角钢固定在洞口外墙，钢件与结构外墙间需采用橡胶垫片进行防热桥处理。

3)管道保温 管道保温采用橡胶发泡管壳保温材料。水管保温前应除锈并清洁表面，涂刷2道防锈漆。空调冷水供回水管与其支架之间设置与保温层厚度相同并经防腐处理的高密度垫块。

3.8 气密性施工

气密性是被动房的关键指标之一，接缝处理是影响气密性的主要因素，因此须在门窗与结构交界位置、二次结构与结构交界位置、穿墙孔洞封堵位置、穿墙管线位置等进行气密性处理。

1)外窗 室外侧粘贴防水透气膜，室内侧粘贴防水隔汽膜。室内侧防水隔汽膜自带粘贴胶带侧与窗体四周紧密粘贴，角部需预留足够的转角空间，对接处搭接长度≥50mm。室外侧防水透气膜自带胶层侧粘贴在窗体四周的木材框体上，另一端通过专用黏结剂固定。防水雨布须粘贴牢固，不许有断点。

2)隔墙 外墙每个房间内的混凝土梁与混凝土柱交界处、加气块填充墙与内隔墙交界处、混凝土柱与加气块填充墙交界处、混凝土坎台与楼板之间、混凝土梁与加气块填充墙交界处粘贴防水隔汽膜，并用工具自起始端滑动压至末端，防水隔汽膜应与基层粘贴紧密，不留孔隙。所用工具不得有尖角，避免破坏防水隔汽膜。粘贴长度超出交界处的距离应≥50mm，交界处两侧的粘贴宽度均应≥30mm。防水隔汽膜粘贴完成后，应进行室内抹灰，抹灰层应覆盖防水隔汽膜和填充墙，抹灰厚度应≥15mm。

3)螺栓孔 粘贴防水隔汽膜前宜去除螺栓孔内的塑料管并填充水泥砂浆，待水泥砂浆完全干燥，清理基面后在外墙内侧粘贴防水隔汽膜，在外墙外侧粘贴防水透气膜进行密封。防水隔汽膜完全覆盖螺栓孔，不留孔隙。

4)穿墙管道 粘贴防水膜前，清洁管道及墙体基面，管道周围起固定和断桥作用的发泡聚氨酯应已干燥，并已清理平整。防水隔汽膜应粘贴在外墙内侧，粘贴时绕管道一周，搭接长度应≥20mm。防水隔汽膜与管道和墙体基面的粘贴宽度均应≥30mm，粘贴应平整密实、宽度均匀、不留孔隙。防水透气膜应粘贴在外墙外侧，粘贴时绕管道一周，搭接长度应≥20mm。防水透气膜与管道和墙体基面的粘贴宽度均应≥30mm，粘贴应平整密实、宽度均匀、不留孔隙。

5)透气管 屋面卫生间透气管伸出屋面，套管与管道进行绝热气密处理，粘贴防水隔汽膜前，清洁管道及屋面板下侧基面，管道周围起固定和断桥作用的发泡聚氨酯应已干燥，并已清理平整。应将防水隔汽膜裁成小段后粘贴，每段防水隔汽膜应先与管道粘贴压实、再与保温材料和混凝土基层粘贴压实，拐角处应不留孔隙，2段防水隔汽膜的拼接宽度应≥10mm。防水隔汽膜应覆盖管道四周的保温层，与管道和墙体基面的有效黏结长度均应≥30mm。

4 结语

经计算，本工程全年节省电费约24.45万元，供暖+制冷+生活热水能耗费用约为21万元/年，而传统建筑约为39万元/年，具有较好的经济效益。大面积石材幕墙结构中幕墙埋板与外墙之间采用断热桥处理技术，使用硬质增强玻璃纤维板作为断热桥材料，较好地满足了幕墙结构安全及被动房断热桥指标要求，具有推广价值，使被动房石材外檐做法更成熟，被动房外延效果更美观。通过优化使用部件及加工节点处理，使整窗传热系数、太阳得热系数大幅度降低，提高了整窗气密性、水密性、抗风压性。