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文档简介

被动房是一种仅靠对新风进行制冷或加热即可满足室内热舒适度(符合ISO7730标准)要求而无需使用传统空调系统的建筑。被动房的五大关键技术是高效的围护结构保温系统、高舒适节能外门窗系统、高效热回收新风系统、气密性、无热桥(图1),故其建筑能耗更低。图1被动房的五大关键技术在无热桥设计方面,目前国内普通建筑相关标准中虽已提及对热桥部位进行考虑,但并未提出具体要求,一般仅在热工性能计算时对主断面的传热系数进行修正,得到平均传热系数。然而该处理方法并没有真正削弱热桥,热量会集中从热桥部位快速传递而增大建筑物的空调、采暖负荷及能耗,并可能造成冷凝结露、发霉、空气污染、建筑结构及构件损坏等一系列问题。由于被动房围护结构保温性能很高,热桥对被动房能耗的影响比对普通建筑更大,因此在被动房设计时应尽量消除热桥,若不能消除则需进行断热桥处理。在被动房热桥的计算中,当线性热桥系数不大于0.01 W/(m·K)时,在PHPP热桥项中可不输入热桥值。这也意味着设计时需对建筑中存在的热桥部位分别进行模拟计算,常用模拟软件有Therm和Flixo等。被动房的典型热桥部位包括幕墙连接件、外窗、女儿墙、悬挑构件等,本文通过对这些典型热桥部位进行不同工况的热工模拟分析,研究高效的无热桥设计做法。1、设计原则在被动房中,热桥对其能耗的影响远超普通节能建筑,因此无热桥设计是实现被动房目标的关键因素之一,在专项设计时可遵循以下原则。(1)几何原则:避免几何形状变化,例如减少表面转折部位。(2)避让原则:尽可能不破坏或穿透外围护结构,例如尽量减少幕墙连接件数量。(3)分离原则:将悬挑的构件与主体结构分离,形成独立结构,从而消除热桥,例如室外楼梯与主体结构分离。(4)削弱原则:通过断开线热桥部分、保温层全包、连接部位加隔热垫块等方式削弱热桥。2、模拟工况2.1幕墙连接件在普通建筑中,幕墙连接件会穿透保温层而形成明显的热桥,因此需对幕墙连接件节点进行优化设计,一般做法为在连接件与混凝土结构之间使用高强度保温材料进行断热桥处理(图2)。图2隔热垫块断热桥做法为分析该断热桥方式的效果,本文分别对无垫片、使用高强度聚氨酯垫片和使用复合材料垫片3种工况下幕墙连接件的热桥影响进行模拟计算。其中龙骨连接件采用碳钢材料,热导率为45 W/(m·K),高强度聚氨酯垫片厚50 mm,热导率为0.1 W/(m·K),复合材料垫片厚度50 mm,热导率为0.2 W/(m·K),保温层采用200 mm厚聚氨酯板,热导率为0.025 W/(m·K)(图3)。(a)

(b)图3三维建模示意(a)实体节点1;(b)实体节点2图4为3种工况下的温度分布云图,表1为模拟计算结果。(a)

(b)

(c)图4温度分布(计算机截图)(a)无垫片;(b)高强度聚氨酯垫片;(c)复合材料垫片表1不同工况下的计算结果综合上述3个工况,采用高强度聚氨酯垫块工况的热桥系数最小,其热桥值比无垫块工况减少83%,采用复合材料垫块工况热桥值比无垫块减少76%,故实际工程中应结合具体项目幕墙情况采取相应的断热桥措施,建议采用高强度聚氨酯垫块作为幕墙断热桥措施。2.2门窗普通建筑的门窗一般安装在窗洞口中间位置,会造成窗框与外墙之间的保温层不连续而形成热桥。被动房则将窗户安装于窗洞口外,将保温层覆盖窗框,采用外挂方式来降低热桥,二者的安装节点如图5所示。通过建立模型,使用250 mm厚岩棉条,200 mm厚混凝土外墙,热导率为0.8 W/(㎡·K)的窗框,分别模拟外挂与非外挂两种方式下的传热性能。(a)

(b)图5外窗安装方式示意(a)传统外窗;(b)窗户外挂模拟结果如图6所示。经计算使用传统安装方式窗户的安装热桥是0.13 W/(m·K);而若采用外挂安装方式,窗户的安装热桥为0.007 W/(m·K)。通过改变安装方式可降低94%的安装热桥。综上所述,建议采用门窗外挂的方式作为断热桥措施。(a)

(b)图6装方式热桥模拟(a)传统外窗;(b)窗户外挂2.3女儿墙普通建筑的女儿墙顶部及内侧一般不做保温处理,但由于该部位外墙与屋面保温不连续会产生热桥。被动房设计时一般采用保温层全包的方式进行处理。本文模拟3种女儿墙断热桥措施对传热的影响,具体做法为:(1)普通建筑女儿墙板采用80 mm厚XPS保温板,墙顶及墙内侧不包保温;(2)女儿墙采用200 mm厚XPS保温全包;(3)200 mm厚XPS保温板全包且保温板穿透女儿墙。3种工况的女儿墙做法节点如图7所示。(a)

(b)(c)图7女儿墙保温做法示意(a)80 mm厚XPS板方案;(b)200 mm厚XPS板方案;(c)保温穿透方案图8对比了三者方案的热桥模拟结果,模拟结果见表2。(a)

(b)(c)图8模拟结果对比(计算机截图)(a)80 mmXPS板方案;(b)200 mmXPS板方案;(c)保温穿透方案表23种不同工况下的热桥值与80 mmXPS板方案相比,200 mmXPS板方案和保温穿透方案可分别降低75%和80%的热桥,故建议采用200 mmXPS或保温穿透女儿墙的做法。建筑中的悬挑结构断热桥的做法与女儿墙的做法类似。2.4地下室顶板与外墙的热桥普通建筑的外墙保温层只做到地面位置,外墙与建筑底板或地下室顶板之间存在热桥,对比可采用外墙内外保温层下延的方式来减小热桥,其节点做法如图9所示。(a)(b)图9外墙保温做法示意(a)保温层无下延;(b)保温层下延1 m本文模拟外墙保温只到首层地面和外墙保温从首层地面下延1 m的2种情况,地上保温材料选用200 mm厚岩棉,地下保温材料选用200 mm厚挤塑板,模拟结果如图10所示。(a)(b)图10外墙保温模拟对比(计算机截图)(a)普通保温模拟结果;(b)保温下延模拟结果由模拟结果可看出,当保温只做到地面时,室内壁面平均温度为9.9℃,经计算,线热桥为0.324 W/(m·K)。保温从首层地面下延1 m,室内壁面平均温度为13.0℃,经计算线热桥为0.062 W/(m·K),二者相比后者可降低80%的热桥。对比2种工况可看出,外保温下延的做法可大幅降低热桥,提高表面最低温度,避免在墙角位置冷凝发霉,保证室内的空气品质。3、结束语围护结构无热桥设计是被动房设计的重点之一,应在遵循无热桥设计原则和兼顾经济成本的基础上进行专项设计,尽可能避免产生热桥或降低热桥值。本文通过对比分析建筑

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