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被动式超低能耗建筑保温系统在既有改造项目中的应用研究

时间:2018-08-27 编辑整理:葛召深,王??静 来源:早发表网

摘要:以中国建材超低能耗建筑北京展示中心项目为例,先容既有建筑进行被动式超低能耗改造中保温系统的设计和施工方法。阐述在改造前的现状及进行被动式超低能耗建筑改造需解决的问题,通过对保温系统各部位设计和施工做法的研究,分析了各保温材料的特点及选材时需注意的事项。通过对泡沫玻璃与防水卷材的力学性能测试,尝试在屋顶选用泡沫玻璃作为保温材料进行被动房屋顶设计。

关键词:被动式超低能耗建筑,既有建筑改造,石墨聚苯板,真空绝热板,泡沫玻璃

从2009年至今,我国被动式超低能耗建筑一直在新建建筑中探索及发展。既有建筑相比新建建筑存在设计施工难度大,成本高及易引起纠纷等各种问题,一直处于滞后和待研究阶段。经过多年的发展,我国在超低能耗建筑设计和施工方面积累了一定的经验。如何将这些经验应用到既有建筑,使大量老旧的既有建筑也能在此次技术革新中得到提升,让普通百姓也能享受到节能、健康的住宅,是目前需要研究和解决的问题。本项目的开展是对我国既有建筑进行超低能耗改造的尝试。

1工程概述

本项目位于北京市三里河路中国建筑学问中心一层,建筑面积约400m2,框剪结构(图1)。该项目内部有大厦新风设备间及弱电井各一处,安全疏散通道一处。另外由于历史原因和大楼规划设计问题,同层其他餐馆烟道、排风、制冷设备管线在本项目中穿过,且无法切断或重新设计,增加了本项目的设计施工难度(图2)。

 

2保温系统

被动式超低能耗建筑一般由门窗系统、保温系统、新风系统、气密系统及能耗监控系统等组成。保温系统和门窗系统又共同构成外围护系统。本工程所用保温材料见表1。

 

被动式超低能耗建筑作为一种高效节能体系,所用建筑保温材料并无颠覆式创新,多体现在设计理念和精细化的施工控制。本项目作为被动房展示中心,在满足节能设计要求的前提下,更注重材料及设备选择的多元化。

被动房保温系统要求连续不间断的无热桥设计,由于本工程是既有建筑局部改造,保温系统除外保温外,尚有大面积墙体、屋顶、地面需进行内保温处理,在内外保温结合处,需进行专项设计。

2.1外墙保温系统

本工程外墙采用加气混凝土砌块,厚20cm。围护系统采用石墨聚苯板(图3),设计厚度25cm,两层错缝铺装,外侧覆盖网格布抹灰处理。考虑本项目位于底层且仅有1层,建筑高度满足文献[1]的相关规定,且为有效避免热桥产生,项目部决定不采用锚钉辅助加固。石墨聚苯板外墙体整体传热系数小于0.15W/(m2·K)。

 

石墨聚苯板由于在生产原料中添加了石墨,使板材在保温隔热的同时可实现对热辐射的反射,保温隔热性能相比普通聚苯板有了很大提升,综合其在粘结力、水蒸气透过率及价格上的优势,使其在被动房项目上成为首选。但由于其防火性能只能达到B1级,故在国内一旦涉及A级防火问题,石墨聚苯板会受到限制。

石墨聚苯板的保温和防火性能与石墨的添加量有一定关系,而生产工艺又决定了石墨的添加量。国外石墨聚苯板中石墨添加量一般在5%左右,而国内一般在3%,故有时将不同厂家的石墨聚苯板放在一起会有颜色上的明显差异。目前国内已有企业引进欧洲设备,采用挤出法生产石墨聚苯板,其热导率相比传统生产工艺生产的石墨聚苯板在性能上有一定的提升。

考虑本项目外墙原结构柱饰面无法更换拆除,因此保温在结构柱部位需与内墙保温进行过渡,使保温连续无间断,达到无热桥设计效果(图4)。住建部科技发展促进中心审图时考虑泡沫玻璃具有一定的强度和保温性能,提出采用泡沫玻璃作为过渡材料,其设计厚度30cm。

 


泡沫玻璃作为A级无机保温材料具有良好的防火防水性能,但由于其硬脆、施工难度大及保温效果差等一系列问题使其在建筑节能的使用上一直未能大面积推广,目前主要在工业管道保温领域使用。

该项目地坪以下防水层外侧保温同样采用泡沫玻璃,设计厚度30cm。

2.2内墙保温系统

本项目内墙全部采用真空绝热板(图5),其具有优异的隔热性能,热导率达0.008W/(m·K),防火A2级。本项目考虑后期装修局部预留方木的影响,设计采用4cm真空板,墙体整体传热系数小于0.15W/(m2·K)。

 

真空绝热板在被动房改造项目中具有良好的应用前景,特别是室内改造项目,目前单套建筑面积越来越小,如进行被动房改造,仅室内使用面积一个参数就基本决定了材料的选择。

本次项目采用的真空绝热板表面做了增强,将原用于聚氨酯的表层覆膜用在真空板上,增强了真空板在施工过程中防磕碰和耐穿刺能力,但仍须避免真空板受到贯通性的穿刺。

在本项目中,为有效规避真空板的以上问题,采用清水混凝土装饰挂板,顶底生根与建筑保温墙体分离,形成独立墙体,避免后期穿刺问题。对于吧台等需后期悬挂装饰物品的部位局部应预留方木,以便后期装修使用。

2.3顶部及底部保温系统

本项目楼上区域为办公区,楼下为地下室,目前也作办公使用。冬夏两季分别有暖气空调,办公时间温度条件较好。保温设计主要考虑餐饮开业时间与办公时间的不对等,主要是夏季。

考虑顶部消防管线、电缆及主次梁等较复杂,板材类粘贴施工难度较大且不易保证施工质量,研究采用无机纤维喷涂工艺进行施工(图6)。

无机纤维作为A级保温材料,采用喷涂工艺施工,目前主要解决幕墙保温施工问题,对于有龙骨及管线复杂部位也同样适用。由于材料容重较大,特别是施工时含水量较大,施工厚度受到一定限制,一般不宜超过15cm,以10cm以内为宜。被动房设计厚度较大时需进行专项设计,并经试验测试性能稳定方可使用。

底部保温采用挤塑板,设计厚度10cm,并在上部铺设10cm的混凝土层,以防后期产生空鼓现象,面层做水磨石饰面,与整体工业风的设计风格相符合(图7)。

 

挤塑聚苯板由于其抗压强度高,保温性能好,一直以来都是我国主要的保温材料之一。但由于其透水性能较差,墙体内部结露冻融后易脱落及挤塑聚苯板两表皮硬度太大,芯太软,极易出现边角翘曲,上墙后极易出现墙体开裂等问题,故目前应用量有所减少。但该材料抗压强度高,不透水性强,适用于地面、承重屋面及地下防水部位的保温处理。

屋顶采用泡沫玻璃作为保温层,该做法在国外非常普遍,这与国内泡沫玻璃的生产质量有很大的关系,国内很多企业采用的玻璃及加工工艺使得发泡后的闭孔率不高,防水和保温效果不理想,反而容易导致房屋渗漏水问题出现.

本次采用德国屋面系统,与北京校企合作进行了初步的试验测试,检测防水隔气卷材与泡沫玻璃的粘结能力,经两组6块试验测试,抗拉强度超过0.2MPa,均断裂于泡沫玻璃,泡沫玻璃与卷材粘结良好(图8)。

 

3结束语

减少能量损失是被动式超低能耗建筑最主要的设计原则,保温系统对于减少围护结构能量损失具有重要的作用,保温材料的选择及对热桥部位的有效处理是实现超低能耗节能效果的基础。本项目保温系统采用多种保温材料将内保温和外保温有机结合,确保实现保温系统无热桥构造。

参考文献

[1]外墙外保温工程技术规程:JGJ144—2004[S].

[2]顾荣军,张菁燕,杨江金,等.被动式节能工业化示范屋的构造及建造技术[J].建筑技术,2017,48(7):687-689.

[3]薛力梨,潘钢华,刘红飞,等.脱硫石膏基泡沫玻璃保温材料成型方式研究[J].建筑技术,2016,47(10):922-924.


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