佩克（Peikko）：2023超低能耗建筑外墻和陽臺連接系統(tǒng)白皮書

超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)””黨的二十大報告指出，實現(xiàn)碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，要積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和。逐步轉(zhuǎn)向碳排放總量和強度“雙控”制度。推動能源清潔低碳高效利用，黨的二十大報告指出，實現(xiàn)碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，要積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和。逐步轉(zhuǎn)向碳排放總量和強度“雙控”制度。推動能源清潔低碳高效利用，級綠色建筑、既有建筑節(jié)能和綠色化改造項目等高質(zhì)量發(fā)展，打造低碳節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展、宜居宜業(yè)的美好環(huán)境已成為社會共識。超低能耗建筑作為一種兼具超高能效和環(huán)境舒適的建筑，自引入我國后受到各界廣泛關(guān)注，發(fā)展規(guī)模逐漸擴大，其優(yōu)勢也逐步凸顯。我國北方地區(qū)冬季需進行采暖，加劇了霧霾、沙塵等環(huán)境污染問題，而超低能耗建筑幾乎不用進行主動供暖，就可以維持建筑的舒適度，極大緩解了因供暖帶來的環(huán)境壓力；探索適宜南方氣候特征的超低能耗建筑，則能夠進一步降低建筑的制冷能耗?！冻湍芎慕ㄖ鈮完柵_保溫系統(tǒng)白皮書》分析總結(jié)了我國對于超低能耗建筑的推廣、實踐經(jīng)驗和發(fā)展趨勢，以及超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)的技術(shù)要點和做法；提煉分享了國內(nèi)外低能耗建筑領(lǐng)域前沿技術(shù)的應用情況；著重結(jié)合上海市相關(guān)發(fā)展經(jīng)驗，歸納概括了對推動我國超低能耗建筑可持續(xù)發(fā)展的啟示。超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書01200002超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書關(guān)于佩克佩克集團是致力于提供薄樓層結(jié)構(gòu)、裝配式及現(xiàn)澆連接技術(shù)的全球領(lǐng)先品牌，同時是倡導可持續(xù)建造的全球領(lǐng)起，佩克所有的連接技術(shù)都致力于使設計和建造過程更快方案在建筑全生命周期踐行低碳建。超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書03目錄CONTENTS061.1基本定義中國超低能耗建筑發(fā)展簡史關(guān)于外圍護結(jié)構(gòu)的具體要求 建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫性能要求外圍護結(jié)構(gòu)材料導熱系數(shù)外圍護結(jié)構(gòu)冷熱橋傳熱分析建筑外圍護結(jié)構(gòu)安全性能要求預制外圍護結(jié)構(gòu)墻板設計預制外圍護接縫及節(jié)點做法4.1預制夾心保溫外墻4.1.1預制夾心保溫墻的結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢4.1.2預制夾心保溫墻在超低能耗建筑中的應用4.2隔熱陽臺4.2.3懸挑陽臺連接系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢375.1國外低能耗建筑項目概況395.2國內(nèi)低能耗建筑項目概況04超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書能耗建筑的定義當前行業(yè)中關(guān)于超低能耗建筑的類似定義較多，為使相關(guān)概念更明晰，白皮書整理了幾個名詞含義，并對其總結(jié)了核心共同點。Chapter1超低能耗建筑的定義Chapter1耗建筑通過保溫隔熱性能和氣密性能更高的圍護結(jié)構(gòu)，采用高效新風熱回收技術(shù)，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供舒適室內(nèi)環(huán)境并能滿足綠色建筑基本要求的建筑。其供暖、空調(diào)與照明能耗應較2016年建筑節(jié)能設計標準降低50%以上。近零能耗建筑“近零能耗建筑”(NearlyZeroEnergyBuilding)一詞源于歐盟。其定義是適應氣候特征和自然條件，通過被動式技術(shù)手段，最大幅度降低建筑供暖供冷需求，最大幅度提高能源設備與系統(tǒng)效率，利用可再生能源，優(yōu)化能源系統(tǒng)運行，以最少的能源消耗提供舒適室內(nèi)環(huán)境，其建筑能耗水平應較相關(guān)國家標準和行業(yè)標準降低60~75%以上。在現(xiàn)行標準下，近零能耗建筑需要滿足能耗及氣密性兩項約束性指標。被動房德國被動房研究所(PassiveHouseInstitute)提出的“被動房”(也稱被動式房屋、被動式住宅)通過大幅度提升圍護結(jié)構(gòu)熱工性能和氣密性，利用高效新風熱回收技術(shù)，將建筑供暖需求降低到15kWh/(m2·a)以下，從而可以使建筑物擺脫傳統(tǒng)的集中供熱系統(tǒng)，其技術(shù)路線為通過被動式手段達到零能耗建筑 件，通過被動式技術(shù)手建筑供暖供冷需求，最大幅度提高能源設備與系統(tǒng)效率，充分利用建筑物本體及周邊或外購的可再生能源，使可再生能源全年供能大于等于建筑物全年全部用能的建筑。于近零能耗建筑，其核心內(nèi)涵為通過被動式手段達到近零能耗；零能耗建筑較近零能耗建筑更增加了智建筑。06超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書中國對超低能耗建筑的推廣200920102011201220132200920102011201220132014Chapter22.1中國超低能耗建筑發(fā)展簡史超低能耗建筑是中國建筑行業(yè)向低碳和綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型的重要發(fā)展方向之一。隨著中國快速發(fā)展的城鎮(zhèn)化進程和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，建筑能耗在中國終端能源消耗占比不斷提高。盡管中國在20世紀80年代初就早已經(jīng)提出了建筑節(jié)能環(huán)保的要求，也進行了綠色建筑認證，但超低能耗建筑在我國的研究較發(fā)達國家晚。中國被動式超低能耗建筑的發(fā)展最先受到德國被動房技術(shù)體系的啟發(fā)和影響。其強調(diào)通過被動式建筑設計，而不是通過應用復雜的機電系統(tǒng)或可再生能源來實現(xiàn)建筑能耗的降低，這一理念符合一直以來倡導的“被動優(yōu)先，主動優(yōu)化”的基本原則，在中國被政府和產(chǎn)業(yè)界廣泛接受。自2008年引進德國被動房至今，國家及部分地方標準體系初步建立，部分創(chuàng)新技術(shù)也取得了一定的研究成果。節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟舒適的超低能耗建筑在全國各地已初具規(guī)模。其中，河北省的超低能耗建筑建設規(guī)模位全國領(lǐng)先。截至2022年底，河北省累計建設超低能耗建筑799萬m2。(見表1)耗建筑發(fā)展史探索時期2009-2014行業(yè)階段住建部與德國能源署合作，從德國引進被動房。上海世博會的城市體驗區(qū)，坐落著一座2094㎡的辦公、公寓混合功能的被動房?漢堡館。這是中國建成的第一個被動房?！霸谒环健薄跋獦渫ピ骸钡缺粍邮匠湍芎慕罢恼J可。與美國合作開展了近零能耗、零能耗建筑節(jié)能技術(shù)的研究。重點示范工程樹庭院”項目入選首批合作示范工程。烏魯木齊市建成首個"零排放"超低能耗建筑示范工程?烏魯木齊市現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)科技示范園綜合樓。中國建筑科學研究院近零能耗示范樓建成并投入使用，這是國內(nèi)首座明確以近零能耗為建設目標的示范建筑。08超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書2015201820192201520182019202020212022快速發(fā)展時期2015-2020行業(yè)階段成立了三個被動式超低能耗建筑聯(lián)盟。方米甚至更多被動式超低能耗建筑的發(fā)展規(guī)劃。中央和地方政府支持多個大型科研項目和設計標準的開展，產(chǎn)業(yè)協(xié)會和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟紛紛成立，示范項目不斷涌現(xiàn)。河北省成功舉辦第23屆國際被動房大會，這是大會。河北省推行25條措施加強被動式超低能耗建筑工程質(zhì)量管理。重點示范工程世界規(guī)模最大的被動式建筑綜合社區(qū)?河北“高碑店·列車新城”項目獲得中國首個PHI(德國被動房研究所)區(qū)域預認證雙碳發(fā)展時期2021至今行業(yè)階段二十多個省市自治區(qū)紛紛印發(fā)相關(guān)政策，推動“十四時期超低能耗建筑發(fā)展。截至2020年6月，全國超低能耗建筑總面積達900萬積占比達一半。2022開年以來，住建部及部分省市陸續(xù)印發(fā)了關(guān)于超低能耗建筑的引導、扶持、管理等相關(guān)政策，供行業(yè)參考。上海市再次制定并發(fā)布613號文《關(guān)于加強超低能耗關(guān)規(guī)定》。河北省被動式超低能耗建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導小組辦公室印發(fā)《2023年河北省被動式超低能耗建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)重點示范工程北京經(jīng)開區(qū)首個社會投資超低能耗建筑項目通過市級驗收。雄安新區(qū)“碳中和”示范建筑?雄安未來零碳館啟動建設。超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書09Chapter2中國對超低能耗建筑的推廣Chapter2筑更適合嚴寒及寒冷地區(qū)，因此華北各省對超低能耗建筑的推廣超低能耗建筑項目符合該市相關(guān)技術(shù)要求并經(jīng)審核通過的，其外墻面積可不計入容積率，但其2.2國內(nèi)相關(guān)標準和規(guī)范目前，國家層面的超低能耗建筑技術(shù)導則為住房城鄉(xiāng)建設部于2015年11月頒布實施的《被動式超低能耗綠色建國超低能耗建筑的建設提供指導。地區(qū)實施日期標準名錄技術(shù)導則》《江蘇省超低能耗居住建筑技術(shù)導則(試行)》T技術(shù)導則》建筑節(jié)能設計規(guī)范》住建筑節(jié)能設計標準》T《海南省超低能耗建筑技術(shù)導則(試行)》技術(shù)導則》表2.地方建設設計標準(最新版本)10超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書Chapter2中國對超低能耗建筑的推Chapter22.3關(guān)于外圍護結(jié)構(gòu)的具體要求(以上海市標準為例)2019年發(fā)布的《上海市超低能耗建筑技術(shù)導則(試行)》提到：當前我國已經(jīng)建設的超低能耗建筑示范工程，以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范標準，主要集中在北方嚴寒及寒冷地區(qū)。與北方和歐洲地區(qū)不同，上海等夏熱冬冷地區(qū)在氣候特征和用能習慣上有著較為明顯的差異，在應用超低能耗建筑理念時，應有差異化的技術(shù)路徑和指標。設計應遵循“被動優(yōu)先，主動優(yōu)化”的原則，以室內(nèi)環(huán)境和能耗指標為約束目標，采用性能化設計方法合理確定技術(shù)策略，優(yōu)先采用外遮陽、節(jié)能門窗、圍護結(jié)構(gòu)保溫等被動式措施降低建筑供暖空調(diào)需求，并結(jié)合設備能效提升和可再生能源利用，實現(xiàn)建筑能耗的大幅度降低。①外墻傳熱規(guī)定外墻傳熱系數(shù)指標應根據(jù)性能化設計原則，通過建筑能耗計算確定；外墻平均傳熱系數(shù)控制指標可依據(jù)下表功能類型參考值約束值外墻平均傳熱系數(shù)住宅≤0.4≤0.80建≤0.4≤0.72數(shù)表②外墻保溫材料屬性要點外墻保溫應采用燃燒性能為B1級以上的保溫材料，優(yōu)先選用高性能保溫材料，以減少保溫層厚度。可選保溫③熱橋效應控制為控制熱橋效應，外墻保溫設計應考慮如下要點：外圍護結(jié)構(gòu)的保溫層應連續(xù)完整；宜采用單層保溫，鎖扣方式連接；采用雙層保溫時，應采用錯縫粘結(jié)方式；墻角處宜采用成型保溫構(gòu)件；保溫層應采用斷熱橋錨栓固、龍骨、支架等可能導致熱橋的部件時，應在外墻上預埋斷熱橋的錨固件。超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書11Chapter2Chapter212超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書④屋面保溫設計要點為控制熱橋效應，屋面保溫設計應考慮如下要點：屋面保溫層應與外墻保溫層連續(xù)；屋面保溫層靠近室外一側(cè)應設置防水層，防水層應延續(xù)到女兒墻頂部蓋板內(nèi)，使保溫層得到可靠防護；屋面結(jié)構(gòu)層上，保溫層下應設置隔汽層；對女兒墻等突出屋面的結(jié)構(gòu)體，其保溫層應與屋面、墻面保溫層連續(xù)，不得出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性熱橋。女兒墻、土建風道出風口等薄弱環(huán)節(jié)，宜設置金屬蓋板，以提高其耐久性，金屬蓋板與結(jié)構(gòu)連接部位，應采取避免熱橋⑤懸挑陽臺靠挑梁支撐時，保溫材料應將挑梁和建筑外圍護結(jié)構(gòu)的技術(shù)要點要求要求Chapter3建筑外圍護結(jié)構(gòu)的技術(shù)要Chapter33.1建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫性能要求建筑的外圍護結(jié)構(gòu)主要由外墻、屋面和門窗組成。保溫外墻通常是承重結(jié)構(gòu)，或是剪力墻框架的重要部分。外墻所有節(jié)點和連接處設計都需考慮保溫性能和氣密性。目前成本較合理的保溫外墻隔熱材料是必不可少的。除外墻外掛層(如木制幕墻)和空氣流通層外，組合外墻每層的材料對保溫性都有影響。(見圖2，日本木材外墻)在設計建筑外圍護結(jié)構(gòu)時，要考慮到不同材料的組合結(jié)構(gòu)是否安全可靠，同時需保證外圍護結(jié)構(gòu)上的每一點(包括連接處)能盡量保溫。(見圖3)LightLightsteelframeInsulatedsheathingboardTwolayersof?reresistantplasterboardprovidingtheairbarrier層防火石膏板磚墻飾面Mineralwoolllties小型住宅樓復合建材外墻材質(zhì)名稱導熱系數(shù)(W/(m·K))鋼筋混凝土4混凝土單排孔砌塊1902加氣混凝土10.22水泥砂漿0.93聚苯板(含鋼絲網(wǎng)架聚苯板)0.041聚氨酯0.024巖棉礦棉玻璃(氈)0.045膠合板0.17石膏板0.330.14建筑鋼材58.2鋁不銹鋼(304)3不同材料插入組件構(gòu)成組合構(gòu)件，構(gòu)件中的縫隙和開口均為熱損失的重要部分，所以要用填縫劑密封外圍護結(jié)構(gòu)所有節(jié)點處的此類縫隙。(氣密性，見圖4)承重框架連接處需要具備強度和剛度，然而過多的冷熱橋會導致過多的熱量流失。較小型的建筑承重墻框架可以由木質(zhì)材料制成，但木制材料的傳熱系數(shù)是隔熱材料的數(shù)混凝土成本較低，且防火及耐久性能較高，可用于高層剪力墻結(jié)構(gòu)，且導熱性比木質(zhì)材料更高。因此，承重結(jié)構(gòu)的主要材料需要與隔熱材料結(jié)合，以同時保證承重和保溫。各種建材中，金屬是熱的良導體，所以它們在外墻上的密度要盡可能保持最小，且盡量均勻分布、埋在保溫性能更好的材料中。14超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書層ChapterChapter3建筑外圍護結(jié)構(gòu)的技術(shù)要點 L,rest,空氣替換率中的泄漏率(1/h)50是@50Pa,空氣替換率或泄漏率(1/h)(≤0.6被動房目標)n是@50Pa,受測的體積(建筑室內(nèi)空氣體積)外墻可能是由同一材料組成的復合墻板(如混凝土或砌體承重墻)，也可能是由內(nèi)在支架構(gòu)成的(通常為木制材料或金屬框架)。一體墻導熱計算可簡化為一維彈簧模型(勻稱導熱)，但在框架墻中支撐結(jié)構(gòu)(如木頭柱子)的熱導率要與隔熱層分開考慮，再將兩者以平行彈簧計算模式合并(非勻稱導熱)。(見圖5)超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書15ChapterChapter3建筑外圍護結(jié)構(gòu)的技術(shù)要點從室外直接連接外墻的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)越多，則對外墻的能耗影響越大。比如當外墻設計達到了當?shù)匾?guī)范要求的參考數(shù)值，假如圍護結(jié)構(gòu)樓板邊緣或懸挑板結(jié)構(gòu)在每一層很多的話，外圍護結(jié)構(gòu)的平均傳熱值則可能遠超過該規(guī)范要求。下圖陽臺結(jié)構(gòu)是連續(xù)性的，所以節(jié)點會出現(xiàn)明顯的冷熱橋現(xiàn)象。冬季，室外溫度遠低于平時，室內(nèi)樓板上下角溫度也明顯較低。(見圖6)3.1.2外圍護結(jié)構(gòu)冷熱橋傳熱分析一棟建筑會在許多不同的外墻角處出現(xiàn)冷熱橋現(xiàn)象(見圖7)。適當?shù)墓?jié)點設計可以避免冷熱橋。例如，將樓板安裝在保溫墻混凝土內(nèi)葉板上，保溫層就不會在該處被分段。16超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書ChapterChapter3建筑外圍護結(jié)構(gòu)的技術(shù)要點3.2建筑外圍護結(jié)構(gòu)安全性能要求3.2.1預制外圍護結(jié)構(gòu)墻板設計一般民用建筑對節(jié)能要求高時，會采用預制夾心保溫外墻。由內(nèi)葉墻板、外葉墻板、夾心保溫層和拉結(jié)件組成的預制混凝土墻板，稱為夾心保溫墻板。外掛墻板與主體結(jié)構(gòu)連接節(jié)點處，通過預埋件將外掛墻板和支撐外掛墻板的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件相連，并傳遞二者之間的荷載與作用。外掛墻板系統(tǒng)的性能設計應根據(jù)建筑物的類別、高度、體型以及所在地的地理、氣候和環(huán)境等條件進行。外掛板(見圖8、9)或者老建筑新增保溫外圍護(見圖10)。l墻板頂部或中間的示例圖 接件墻板底部的示例圖超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書17ChapterChapter3建筑外圍護結(jié)構(gòu)的技術(shù)要點3.2.2預制外圍護接縫及節(jié)點做法做法的設計特點，特別是在北歐。預制構(gòu)件廠、安裝施工方皆較熟練，市場成品質(zhì)量，準度。簡單來說，構(gòu)件節(jié)點設計一般會注意墻接縫處的氣密性，并且使用彈性高、黏著性好的高質(zhì)量填縫劑?？p類別和位置一般會考慮巖棉等軟質(zhì)材料，用于接縫處的填充。這種保溫材吸水力強，故在外葉板面留有通風空腔，用以減少水分揮發(fā)所需的時間，從而達到排濕的目的。18超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書 ChapterChapter3建筑外圍護結(jié)構(gòu)的技術(shù)要點通通風空腔(豎) 通風空腔(橫)注：需要保證空腔不被空氣流動空腔 性保溫材料由于一系列原因，墻板內(nèi)會積累一定的水分。隨著時間的推移，這些水分會沿著夾心保溫墻中的排濕空腔流動到墻角的排濕口排出。特殊情況如惡劣天氣之下，設計師可能會選擇帶有防水填縫劑等的更加完善的排水空腔系統(tǒng)。但是無論選用哪種排濕系統(tǒng)，對施工階段的質(zhì)量要求都很高。(下)超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書19ChapterChapter3建筑外圍護結(jié)構(gòu)的技術(shù)要點①國內(nèi)接縫做法：接縫的設計應考慮濕度和溫度波動引起的運動，以及建筑框架的運動。接縫質(zhì)量受接縫條件、待結(jié)合表面的平整度以及接縫尺寸的影響。預制外墻板的接縫及門窗洞口等防水薄弱部位宜采用材料防水和構(gòu)造防水相結(jié)合的做法。水平縫一般采用高低縫或企口構(gòu)造。豎縫一般采用平口或槽口構(gòu)造。當板縫空腔需設置導水管排水時，板縫內(nèi)側(cè)應增設氣密條密封構(gòu)造。②水平縫做法：水平縫上下內(nèi)葉板之間采用高強灌漿料填實，室內(nèi)側(cè)用專用防水砂漿封堵，保溫層之間通過現(xiàn)場粘貼A級防火保溫條實現(xiàn)保溫層連續(xù)，外葉板之間通過PE棒和耐候密封膠進行防水處理。(見圖15)③預制構(gòu)件間水平向交接做法：墻板端部的外葉板和保溫層延長相接，接縫處用發(fā)泡劑填實后采用PE棒和耐候密封膠進行防水處理。(見圖20超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書Chapter3Chapter3④門窗洞口做法：門窗部位應采用標準化部件，宜采用缺口、頂留副框或預埋件等方法與墻體可靠連接。洞口的室外一側(cè)鋪貼防水透汽膜和耐候密封膠，室內(nèi)一側(cè)鋪貼防水隔汽膜，以防止薄弱部位的水汽滲漏。防水透汽膜和隔汽膜的搭接長度應符合《建筑用氣密性材料應用技術(shù)規(guī)程》T/CECS826-2021，在混凝土側(cè)不小于50㎜，在窗框側(cè)不小于20㎜，可以有效保證外門窗連接處的氣密性。(見圖17)超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書21Chapter3Chapter322超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書4.1預制夾心保溫外墻4.2隔熱陽臺Chapter4目前較成熟的保溫外墻系統(tǒng)及應用Chapter44.1預制夾心保溫外墻4.1.1預制夾心保溫墻的結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢預制外墻是裝配式建筑的重要組成部分，由內(nèi)、外葉鋼筋混凝土墻、中間保溫層及連接件組成，可采用預制工由于飾面層、保溫層、結(jié)構(gòu)層在生產(chǎn)時一次成型，現(xiàn)場施工時無需再做保溫層和飾面層，極大地縮短了工期、提高了施工速度、降低了人工成本；采用預制外墻可以實現(xiàn)無外架施工，還可降低施工成本；此類外墻，工廠預制一體成型(見圖18-右)，飾面層與結(jié)構(gòu)層同壽命，有效地解決了傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工存在的外保溫耐久性問題。預制混凝土夾心保溫墻體在建筑部品中受到關(guān)注，并逐漸發(fā)展成為預制建筑墻體的主流形式。(見圖18-左)埋件件p接件混凝土與石材相似，密度高，熱質(zhì)量(熱重)也高。因此預制墻板可以緩解和延緩峰值能源需求。典型混凝土外墻很重，期內(nèi)混凝土層設計總厚度200㎜以上。當墻板溫度對室外溫度的突然變化或晝夜溫差反應非常緩慢時，墻板可以在短時間內(nèi)延遲室內(nèi)溫度變化。在長期的季節(jié)性溫度變化中，內(nèi)墻板可以延緩室內(nèi)溫度的變ssonetal量儲存潛力的工作原理24超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書ChapterChapter4目前較成熟的保溫外墻系統(tǒng)及應用預制混凝土夾心板分為內(nèi)葉板和外葉板以及內(nèi)外葉之間的保溫層，均由保溫材料組成。這種墻板的設計應能抵抗側(cè)向力、重力荷載和溫度效應。側(cè)向力可能由地震或風荷載引起。重力荷載中包括自重。當桁架連接件高度增加，抗剪強度下降。片式桁架式FRP在夾心保溫墻體中，連接件連接內(nèi)外葉混凝土墻板和保溫層，其主要作用是承受兩片混凝土墻板之間的剪力，而連接件的抗剪性能直接決定著整個夾心保溫墻板的性能。為了避免預制夾心保溫墻體中連接件和墻體連接部位的冷熱橋效應，連接件需要具有較低的導熱系數(shù)，從而提高墻體的保溫性能；連接件需要具備較好的耐腐蝕性，以保證其在呈堿性環(huán)境的混凝土中具有更好的耐久性；連接件的膨脹系數(shù)則需與兩側(cè)的墻體相近，以保證在墻板的使用壽命期間，可減少保溫連接件與內(nèi)外葉板之間的相對滑動。根據(jù)上海市DGJ08-2154-2014《裝配整體式混凝土公共建筑設計規(guī)程》中第8.5.7條有關(guān)裝配整體式夾心保溫剪力墻保溫層的要求，厚度不宜大于120㎜。120㎜的B1級防火材料，傳熱系數(shù)可控制在0.3W/(m2·k)左右。適用于嚴寒及寒冷地區(qū)的夾心保溫外墻板，構(gòu)造仍為混凝土內(nèi)葉板+中置保溫層+混凝土外葉板，外葉板保溫層厚度60-80㎜，B1級保溫材料的厚度為200㎜，最厚可以達到400㎜。連接件采用了桁架連接技術(shù)，不銹鋼材質(zhì)。普通的連接件為點狀熱橋，熱橋附加值不高于5-6%，配套應用了涂料型防水隔(透)氣材料、板縫高氣密性處理、外窗無熱橋內(nèi)嵌式安裝等創(chuàng)新技術(shù)，實現(xiàn)了外墻系統(tǒng)的高性能保溫隔熱、斷熱橋、防潮一體化。因此，采用不同形式的預制夾心保溫墻板可以滿足嚴寒及寒冷、夏熱冬冷地區(qū)超低能耗建筑熱工要求，滿足其大規(guī)模推廣使用的前提條件。超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書25風壓力外層風吸力 外層外層三明治板風壓力外層風吸力 外層外層三明治板模板與混凝土外層表面之間的粘結(jié)保溫層受壓區(qū)內(nèi)層鋼筋ChapterChapter4目前較成熟的保溫外墻系統(tǒng)及應用4.1.2預制夾心保溫墻在超低能耗建筑中的應用①安全性預制夾心保溫外墻板在制作、運輸、安裝以及正常使用等狀態(tài)下，外葉板處在不同工況荷載作用下，連接件的受力也會不同，因此需要分別進行受力分析。1.脫模：外葉板承受垂直于墻面的荷載。連接件主要承受拉拔力，拉力主要組成是自重和模板吸附力。(見圖混凝土底層混凝土底層板的粘結(jié)+重量模板混混凝土底層的粘結(jié)+重量2.自重荷載：運輸和正常使用狀態(tài)考慮外葉板，即連接件承受豎向剪力，由斜腹桿的受拉承載力NRd和斜腹桿與豎向的夾角α計算?？紤]地震作用時，可把豎向地震作用與自重組合后驗算，連接件承載力滿足要求并且有足夠的安全儲備。外葉板自重偏心彎矩產(chǎn)生的壓力由保溫板承擔。起吊、運輸、安裝計算需要另外應用動力系數(shù)，而根據(jù)不同的起吊設備選取。(見圖22左)地震作用與風荷載組合后驗算，連接件拉拔承載力滿足要求并有足夠的安全儲備(見圖22中，右)。間接變形主要為收縮變形、溫度變形。通常外葉板邊緣位置變形較大。這部分彎矩由連接件端部位置的斜腹桿受拉抵抗，因此連接件與混凝土板邊緣的距離需要滿足要求。(見圖23)26超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書 接件變形ChapterChapter4目前較成熟的保溫外墻系統(tǒng)及應用接件由上述分析可以看出，桁架式不銹鋼連接件的受力模型相當復雜，同時在實際工程中，由于墻板上有門窗洞口的存在，會造成各種工況下偏心彎矩的存在，因此對桁架式不銹鋼連接件應盡量做到均勻布置，減小偏心彎矩的影響。同時，根據(jù)實際工程應用經(jīng)驗分析，最不利工況為正常使用狀態(tài)及脫模起吊狀態(tài)，因此通常只需關(guān)注上述工況下的連接件受力情況、對連接件在混凝土板中的受剪及受拉拔承載力復核即可。②能效性根據(jù)《民用建筑熱工設計規(guī)范》GB50176中規(guī)定，選擇上海室內(nèi)外計算溫度工況，針對采用佩克連接件的夾心保溫外墻板結(jié)構(gòu)形式和材料熱工參數(shù)，進行墻板傳熱數(shù)值模擬，得到佩克連接件引起的附加傳熱量，對夾心保溫外墻板傳熱系數(shù)進行修正，進而對比《上海市超低能耗建筑技術(shù)導則》超低能耗建筑外墻傳熱系數(shù)限制，判斷夾心保溫外墻板是否滿足要求。根據(jù)規(guī)定，上海冬季采暖室外計算溫度tw=0.5℃，累年最低日平均溫度te·min=-3℃。當夾心保溫外墻板熱惰性 (分析計算得到的)D=3.4，冬季室外熱工計算溫度te可以用規(guī)定中計算公式te=0.3tw+0.7te·min而取值，序號材料層導熱系數(shù)W/(m·K)對流換熱系數(shù)W/(m2·K)1內(nèi)葉板/外葉板4外表面表面2聚氨酯保溫層0.0248.73連接件(不銹鋼)外墻板傳熱數(shù)值模擬結(jié)果與分析針對采用佩克連接件夾心保溫外墻板結(jié)構(gòu)形式，建立傳熱數(shù)值計算模型，根據(jù)室內(nèi)外計算溫度，以及外墻板材料熱工參數(shù)，計算無外窗墻板類型的傳熱量，并對外墻板傳熱系數(shù)進行修正。夾心保溫外墻板(無外窗)200㎜內(nèi)葉板+70㎜聚氨酯+60㎜外葉板超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書27Chapter4目前較成熟Chapter4及佩克連接件布置圖(無外窗)圖26.外墻板溫度分布云圖(無外窗)28超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書Chapter4目前較成熟Chapter4截面溫度分布云圖(無外窗)外表面溫度分布(無外窗)圖29.外墻板內(nèi)表面溫度分布(無外窗) 計算得到，外墻板外表面最大和最小溫差為0.09℃，外墻板內(nèi)表面最大和最小溫差為0.05℃，溫差遠小于2℃，由外墻板表面溫度亦可知，連接件熱橋效應不明顯。計算得到佩克不銹鋼連接件引起的附加熱量為4.28%。超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書29Chapter4目前較成Chapter4針對夾心保溫外墻板結(jié)構(gòu)形式和材料熱工參數(shù)(聚氨酯導熱系數(shù)修正系數(shù)取為1.15)，得到外墻板傳熱系數(shù)為K隔熱層和全預制施工在濕熱區(qū)域的經(jīng)濟效益。研究表明，醫(yī)院等對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量要求較高的建筑，其設計可借鑒建筑結(jié)構(gòu)對室內(nèi)環(huán)境影響霉菌生長取決于生長基質(zhì)的霉菌敏感性。以水泥為基礎的產(chǎn)品被歸類為中等強度的敏感性，與木基材料和石膏板相比，具有更高的抗霉菌喀拉拉邦醫(yī)院大樓考慮了兩種隔熱層相同的備選外墻解決方案(見圖30)。兩種墻體類型的隔準則，帶連接件的三明治夾心墻作為外墻具有兩種外墻備選方案對應的霉菌生長指數(shù)也不由于室內(nèi)溫度設定比較低，全年水分都從室外流向室內(nèi)。盡管建筑物壓力過大，但水分流動導致空心板濕度過高，石膏板外表面有很大的霉菌生長風險。室內(nèi)環(huán)境惡化的風險很高。夾心墻也有發(fā)霉的風險，但相對而言程度要小很多。30超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書ChapterChapter4目前較成熟的保溫外墻系統(tǒng)及應用“夾心墻板可以提供一個完整的建筑外圍護，具有良好的氣密性，在炎熱和潮濕的環(huán)境下能夠抵抗霉菌生長。建議使用具有高水蒸氣擴散阻力的隔熱材料。同時，混凝土表面的低含氧量也降低了隔熱層受潮的風險?！盢ieminen先生說。4.2隔熱陽臺4.2.1陽臺隔熱為什么值得關(guān)注陽臺間的結(jié)構(gòu)斷熱橋被越來越多地用于建筑節(jié)能，有助于防止出現(xiàn)冷地板、結(jié)露和發(fā)霉。陽臺結(jié)構(gòu)應該具有足夠的強度，以承受自重荷載。它還必須能抵抗不斷變化的天氣條件，這就是為什么對陽臺采取適當?shù)母魺岜胤浅Ｖ匾．敺蔷鶆蚋舭迳匣虮砻媾c材料連接處的熱流增加時，就會發(fā)生熱橋現(xiàn)象。屋頂連接外墻處、窗過梁，門框，等外圍護結(jié)構(gòu)非連續(xù)處產(chǎn)成了熱橋現(xiàn)象。在一些現(xiàn)有建筑中，在陽臺門區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)潮氣。原因可能是存在熱橋或者沒有正確設置防潮材料。超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書3132超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書Efective長度Efective長度墻ChapterChapter4目前較成熟的保溫外墻系統(tǒng)及應用當建筑構(gòu)件(如陽臺、樓板邊緣或女兒墻)的高導熱材料(如混凝土或鋼筋)穿過建筑的外部保溫層時，熱橋就產(chǎn)生了：允許熱量從建筑內(nèi)部迅速傳導到外部。建筑師和工程師采用了一些策略，如改善后的隔熱層、三層玻璃窗、密封的建筑圍護結(jié)構(gòu)等措施來提高建筑的熱能表現(xiàn)，但是懸挑結(jié)構(gòu)，如混凝土陽臺容易作為室內(nèi)外冷熱交換的渠道，將熱量散發(fā)到較冷的外部環(huán)境中。如果缺乏必要的處理措施，混凝土陽臺將冷卻室內(nèi)樓板，導致陽臺附近的室內(nèi)表面溫度降至露點溫度以下，導致結(jié)露、發(fā)霉和材料變質(zhì)?；炷陵柵_材質(zhì)的侵蝕一直是世界各國高層住宅樓面臨的一個嚴峻問題。傳熱速率主要取決于熱橋上的溫差、懸挑材料的導熱性和傳熱截面大小。4.2.2陽臺隔熱的新發(fā)現(xiàn)目前，北美的建筑規(guī)范或能源標準中很少有明確指出應如何減少陽臺的熱損失，但這種情況正在改變：一些陽臺能耗的研究已經(jīng)進行，并且北美規(guī)范委員會正在考慮修改建筑規(guī)范，以專門解決陽臺和其他突出構(gòu)件的熱橋問題。開發(fā)商也在獨立考慮改善他們的建設措施以提升項目投資價值。ChapterChapter4目前較成熟的保溫外墻系統(tǒng)及應用RDH建筑科學(RDHBuildingScience)進行了一項陽臺熱橋的研究：“樓板邊緣和陽臺熱橋的重要性”(發(fā)表于2013年9月24日)。該研究的結(jié)論是：“在建筑設計中考慮樓板邊緣或陽臺時，如不可能達到規(guī)范中規(guī)定的熱力學要求?！标柵_斷熱橋可以顯著提高建筑整體的熱阻值。RDH研究比較了減少混凝土陽臺引起熱橋的四種不同方法，其中包括特制的混凝土板斷熱橋產(chǎn)品。它得出的結(jié)論是：“該模型表明，與陽臺斷橋連接方式相比，結(jié)構(gòu)切塊保溫板、現(xiàn)場安裝保溫板(導致鋼筋冷熱橋集中)和全陽臺保溫包裹的保溫成本效益相對較差，因此沒有進一步研究價值?！笨偟膩碚f，陽臺斷橋連接系統(tǒng)為建筑師提供了建筑自由，同時保持了建筑的熱力學性能，以減少建筑能耗，提高室內(nèi)溫度舒適度，并滿足日益嚴格的建筑規(guī)范要求。4.2.3懸挑陽臺連接系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢陽臺連接件適用于預制和現(xiàn)場澆筑的懸挑陽臺，也適用于公寓樓的檐篷和走道陽臺。懸挑陽臺連接系統(tǒng)帶來的產(chǎn)品化和啟用預制節(jié)段做法都能明顯地提高安裝速度、準度和結(jié)構(gòu)的作用。設計懸挑陽臺連接系統(tǒng)需要確定陽臺板的尺寸，并確認連接系統(tǒng)不與連接處周圍配件或者預制構(gòu)件預埋件干涉。設計師需要考慮施加在陽載包括動荷載，露天板雪荷載(通常在北方)，或者室內(nèi)樓板等與陽臺相連的結(jié)構(gòu)傳遞的內(nèi)力。預制陽臺在安裝階段時，混凝土尚未達到設計強度，需要臨時支撐。在陽臺安裝到支架上之前，結(jié)構(gòu)設計團隊必須算出預拱度。安裝時也需要記得在連接件周圍適當?shù)靥畛浠炷痢?見圖35)Tensilepartofthebendingmoment彎矩的受拉部分BendingreinforcementSheartransferthroughtheshearplateSheartransferthroughtheshearplate傳遞剪力Shearplatewithanchorbars剪鋼板CompressionUHPCelementPC超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書33Chapter4目前較成熟的保溫外墻系統(tǒng)及應用Chapter4懸挑陽臺連接系統(tǒng)的三個主要優(yōu)懸挑陽臺連接系統(tǒng)的三個主要優(yōu)點整體傳熱達到規(guī)范要求內(nèi)的舒適度，目前的懸挑陽臺連接系統(tǒng)與現(xiàn)澆連接方式相比方便、質(zhì)量高。這種系統(tǒng)與非連接件保溫方式對比，能減少熱損失，保持和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)一樣的傳力功能，還能滿足建筑設計對連接處特定要求的性能(見圖36)。端部彎矩±M豎向剪力±V水平荷載±H懸挑連接系統(tǒng)主可用于消除連接懸臂陽臺板和內(nèi)部樓板間的熱橋。懸挑連接系統(tǒng)適用于60mm-120mm不同厚度的保溫板材，并且已通過REI120耐火測試標準以及實現(xiàn)21分貝的降噪效果。整個設計安裝過程在超低能節(jié)點處34超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書Chapter4目前較成Chapter4懸挑陽臺連接防水可參考歐洲常見的懸挑板連接件的防水做法：在斷橋連接節(jié)點上方，進行找平層施工，并在其上方鋪設防水層(防水卷材等)，最后再防水層上方進行飾面層的施工。(見圖38)超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書35項目案例5.1國外低能耗建筑項目概況5.2國內(nèi)低能耗建筑項目概況項目案例Chapter項目案例Chapter55.1國外低能耗建筑項目概況①芬蘭Jarvenpaa老年公寓項目背景：芬蘭首個近零能耗建筑，于2011年竣工。Jarvenpaa老年公寓為新建項目，建設有44套老年公寓，其中33套為獨立臥室+開放式廚房，11套為集體公寓。2,124㎡建筑圍護結(jié)構(gòu)：預制三明治墻板，300㎜聚氨酯保溫層建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)： 建筑暖通系統(tǒng)：水暖系統(tǒng)；節(jié)能照明系統(tǒng)；帶熱回收功能的機械熱排風系統(tǒng)包括可再生能源技術(shù)：太陽能集熱器；太陽能和地熱供暖可再生能源貢獻率：100%，夏季多余的能源被出售給附近的房屋，以補償冬天的區(qū)域供暖消耗。能耗改善相較于滿足當?shù)貒鴺说耐惤ㄖ?00%。超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書37項目案例Chapter項目案例Chapter5②丹麥SemsHave日托中心項目背景：該項目將30個日托中心翻新轉(zhuǎn)換為低能耗公寓，符合丹麥建筑等級2020(NZEB)。翻修工程包括改進保溫圍護結(jié)構(gòu)、協(xié)調(diào)通風系統(tǒng)與取暖系統(tǒng)、升級光伏系統(tǒng)等，于2013年12月完成。建筑圍護結(jié)構(gòu)： (窗戶：三層低能耗裝配玻璃) (地下室底板：在混凝土底板下100㎜厚的膨脹框架黏土)建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)： (墻：0.2W/m2·K(保溫面積占外墻比87%)?0.3W/m2·K(保溫面積占外墻比13%)) 建筑暖通系統(tǒng)： (供暖：該建筑物連接到某一區(qū)域供暖網(wǎng)) (通風：采用特定功率的風扇(SFP，系數(shù)為2J/m·3)以及84%熱恢復效率，以實現(xiàn)通風系統(tǒng)與取暖系統(tǒng)的平衡)包括可再生能源技術(shù)： (總光伏(安裝在兩個屋頂上)：115㎡,17.3kWp) 可再生能源貢獻率：總能耗的16%(光伏/建筑總能耗)，能耗改善相較于滿足當?shù)貒鴺说耐惤ㄖ?0%。38超低能耗建筑外墻和陽臺保溫系統(tǒng)白皮書ChapterChapter5項目案例5.2國內(nèi)低能耗建筑項目概況①上海市首個近100米超低能耗建筑示范項目-招商虹口四平路項目項目概覽項目規(guī)模：66,858㎡設計院：上海興邦建設技術(shù)有限公司，構(gòu)件生產(chǎn)單位：江蘇德豐建設集團建筑科技有限司上海市首個近100米超低能耗建筑示范項目“虹口區(qū)四平路35號舊改、53號危改地塊”項目位于上海市虹口區(qū)四