【模擬研究】內(nèi)置保溫在嚴寒寒冷地區(qū)被動房上的實施方案

1.1   結(jié)構(gòu)挑板外側(cè)無保溫

采用Flixo熱橋計算軟件進行線性熱橋值和內(nèi)表面溫度模擬，結(jié)構(gòu)挑板（外側(cè)無保溫）部位構(gòu)造模型如圖1所示。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻，中間保溫層厚240mm，外側(cè)防護層為50mm厚細石混凝土，樓板和結(jié)構(gòu)挑板均為120mm厚，模型高度為2.2m，樓板基本居中。由于熱橋計算軟件無法考慮系統(tǒng)修正系數(shù)，故本模擬僅考慮保溫材料修正系數(shù)（石墨聚苯板熱導(dǎo)率為0.030W/(m·K)，修正系數(shù)為1.05），線性熱橋值模擬結(jié)果如圖2所示。

2.1   能耗模擬

本文選取河北省某典型高層居住建筑項目，采用DeST能耗模擬軟件，以DB13（J）/T 273—2018《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》能效指標為基準，設(shè)定幾個外墻傳熱系數(shù)分別進行能耗模擬計算。建筑類型為高層居住建筑，總建筑面積9326.81㎡。地下1層，層高為5.40m，建筑面積743.58㎡，主要功能為儲藏間；地上17層，建筑面積8583.23㎡，主要功能為住宅，每層4戶，共68戶，建筑高度為53.30m，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)。

采用寒冷B區(qū)氣象條件（饒陽），室內(nèi)環(huán)境參數(shù)包括供熱、供冷時間，人員密度、人員在室率，家電功率密度、電器設(shè)備開啟率，照明功率密度、照明開啟率，通風系統(tǒng)等均按DB13（J）/T 273—2018《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》相關(guān)要求設(shè)置。模擬結(jié)果見表4。

2.2   內(nèi)置保溫系統(tǒng)保溫厚度

由上節(jié)模擬計算結(jié)果可知，當能耗模擬計算時采用外墻平均傳熱系數(shù)K為=0.22W/(㎡·a)左右，建筑能效指標基本可以滿足DB13（J）/T 273—2018《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》規(guī)定的限值要求。

現(xiàn)以外墻平均傳熱系數(shù)為K≤0.22W/(㎡·a)核算內(nèi)置保溫系統(tǒng)保溫材料（石墨聚苯板）的厚度。根據(jù)GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》中3.4.1,3.4.2,3.4.4,3.4.5,3.4.6可得到以下公式：

外墻平均傳熱系數(shù)=圍護結(jié)構(gòu)平壁的傳熱系數(shù)×系統(tǒng)修正系數(shù)+建筑整體線性熱橋產(chǎn)生的傳熱系數(shù)附加值+結(jié)構(gòu)挑板熱橋部位產(chǎn)生的傳熱系數(shù)附加值   （2）

根據(jù)JGJ/T 451—2018《內(nèi)置保溫現(xiàn)澆混凝土復(fù)合剪力墻技術(shù)標準》，復(fù)合剪力墻保溫層材料的熱導(dǎo)率及蓄熱修正系數(shù)的綜合修正系數(shù)宜取1.3；復(fù)合剪力墻上懸挑構(gòu)件應(yīng)進行二次保溫處理，并應(yīng)進行冷凝驗算，且應(yīng)按結(jié)構(gòu)性熱橋計入外墻平均傳熱系數(shù)。由于內(nèi)置保溫各系統(tǒng)構(gòu)造的連接件、斜腹絲規(guī)格和數(shù)量均不同，且主體部位傳熱系數(shù)降低后熱橋?qū)φw傳熱影響更為顯著。因此，本文計算依據(jù)GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》，并參考JGJ/T 451—2018《內(nèi)置保溫現(xiàn)澆混凝土復(fù)合剪力墻技術(shù)標準》，將石墨聚苯板熱導(dǎo)率修正系數(shù)按1.05計，內(nèi)置保溫系統(tǒng)修正系數(shù)取1.2。此外，由被動式超低能耗建筑實際項目熱橋計算經(jīng)驗可知，建筑整體線性熱橋產(chǎn)生的傳熱系數(shù)附加值按0.03W/(㎡·a)計。則：圍護結(jié)構(gòu)平壁的傳熱系數(shù)×1.2+0.03+結(jié)構(gòu)挑板熱橋部位產(chǎn)生的傳熱系數(shù)附加值≤0.22。

以上公式存在兩個變量，一個是保溫材料（石墨聚苯板）的厚度，另一個是結(jié)構(gòu)挑板熱橋部位產(chǎn)生的傳熱系數(shù)附加值。這兩個變量是互相關(guān)聯(lián)的，通過假定保溫材料（石墨聚苯板）厚度這一變量，采用Flixo軟件計算結(jié)構(gòu)挑板熱橋部位產(chǎn)生的傳熱系數(shù)附加值，研究在嚴寒寒冷地區(qū)被動式超低能耗建筑外墻保溫系統(tǒng)應(yīng)用內(nèi)置保溫系統(tǒng)的可行性方案。

考慮現(xiàn)有技術(shù)實施的難度，內(nèi)置保溫系統(tǒng)保溫材料（石墨聚苯板，熱導(dǎo)率按0.030W/(m·K)計）的厚度在240mm～300mm之間取值，代入式（2）分別計算得到內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為240，250，260,270,280,290,300（mm）時，結(jié)構(gòu)挑板熱橋部位產(chǎn)生的傳熱系數(shù)附加值最大分別為0.0388,0.0448,0.0496,0.0544,0.0592,0.0640,0.0676[W/(㎡·a)]。

根據(jù)1.3節(jié)的研究結(jié)果，層間結(jié)構(gòu)受力挑板厚度按60mm設(shè)定；由1.1節(jié)和1.2節(jié)計算結(jié)果可考慮在結(jié)構(gòu)挑板外側(cè)粘貼保溫板并上下延伸不同尺寸。從采用Flixo熱橋計算軟件模擬得到的結(jié)果可知，內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度增加，層間結(jié)構(gòu)受力挑板外貼20mm厚真空絕熱板且板上下各延伸500mm的熱橋部位線性熱橋值幾乎無變化，僅內(nèi)表面最低溫度稍有增加。

按建筑層高3m計算，根據(jù)式（1）得到結(jié)構(gòu)挑板（外側(cè)粘貼保溫不同的優(yōu)化方案）這一熱橋部位產(chǎn)生的傳熱系數(shù)附加值。由前述研究計算可知，當內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為240mm時，層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼保溫板且板上下各延伸不同尺寸的方案均無法達到能耗模擬計算時外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為250mm時，層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼20mm厚真空絕熱板且板上下各延伸500mm高的方案可滿足能耗模擬計算時外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為260mm時，層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼50mm厚石墨聚苯板且板上下各延伸500mm高、層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼20mm厚真空絕熱板且板上下各延伸400mm,500mm高的方案均可滿足能耗模擬計算時外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為270mm時，層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼30mm厚石墨聚苯板且板上下各延伸500mm高、層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼50mm厚石墨聚苯板且板上下各延伸400mm,500mm高、層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼20mm厚真空絕熱板且板上下各延伸300mm,400mm,500mm高的方案均可滿足能耗模擬計算時外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為280mm時，層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼30mm厚和50mm厚石墨聚苯板且板上下各延伸300mm,400mm,500mm高、層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼20mm厚真空絕熱板且板上下各延伸300mm,400mm,500mm高的方案均可滿足能耗模擬計算時外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為290mm時，層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼30mm厚和50mm厚石墨聚苯板且板上下各延伸200mm,300mm,400mm,500mm高、層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼20mm厚真空絕熱板且板上下各延伸200mm,300mm,400mm,500mm高的方案均可滿足能耗模擬計算時外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為300mm時，層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼30mm厚和50mm厚石墨聚苯板且板上下各延伸100mm,200mm,300mm,400mm,500mm高、層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼20mm厚真空絕熱板且板上下各延伸100mm,200mm,300mm,400mm,500mm高的方案均可滿足能耗模擬計算時外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)。

（1）層間結(jié)構(gòu)受力挑板（外側(cè)無保溫）這一熱橋部位產(chǎn)生的傳熱系數(shù)附加值較大，且內(nèi)表面溫度較低、有結(jié)露風險。

（2）增加層間結(jié)構(gòu)受力挑板這一熱橋部位外表面的保溫性能和延長保溫高度，均對線性熱橋值的降低有較明顯作用；且保溫高度越增加，外貼保溫層的厚度（或使用更好的保溫材料）對線性熱橋值的降低越顯著，但從安全耐久角度出發(fā)應(yīng)慎重考慮。

（3）層間結(jié)構(gòu)受力挑板的厚度對線性熱橋值和內(nèi)表面溫度影響顯著。挑板厚度減小，其產(chǎn)生的線性熱橋值逐漸降低，同時內(nèi)表面溫度逐漸升高。

（4）內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度增加，層間結(jié)構(gòu)受力挑板外貼20mm厚真空絕熱板且板上、板下延伸500mm，這一熱橋部位的線性熱橋值幾乎無變化，僅內(nèi)表面最低溫度稍有增加。

（5）當內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為240mm時，層間結(jié)構(gòu)受力挑板外側(cè)粘貼保溫板且板上、板下延伸不同尺寸的方案均無法滿足DB13（J）/T 273—2018《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》規(guī)定的能效指標要求；當內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為250mm～300mm時，可通過增加層間結(jié)構(gòu)受力挑板這一熱橋部位外表面的保溫性能和延長保溫高度、減小結(jié)構(gòu)挑板厚度的方案實現(xiàn)被動式超低能耗建筑標準中的能效指標要求。