【模擬研究】?jī)?nèi)置保溫在嚴(yán)寒寒冷地區(qū)被動(dòng)房上的實(shí)施方案

1.1   結(jié)構(gòu)挑板外側(cè)無(wú)保溫

采用Flixo熱橋計(jì)算軟件進(jìn)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(wú)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(hù)層為50mm厚細(xì)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(jì)算軟件無(wú)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(xiàng)目，采用DeST能耗模擬軟件，以DB13（J）/T 273—2018《被動(dòng)式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》能效指標(biāo)為基準(zhǔn)，設(shè)定幾個(gè)外墻傳熱系數(shù)分別進(jìn)行能耗模擬計(jì)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(chǔ)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(yáng)），室內(nèi)環(huán)境參數(shù)包括供熱、供冷時(shí)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(fēng)系統(tǒng)等均按DB13（J）/T 273—2018《被動(dòng)式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》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(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)能耗模擬計(jì)算時(shí)采用外墻平均傳熱系數(shù)K為=0.22W/(㎡·a)左右，建筑能效指標(biāo)基本可以滿足DB13（J）/T 273—2018《被動(dòng)式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》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(jì)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)》，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(jìn)行二次保溫處理，并應(yīng)進(jìn)行冷凝驗(yàn)算，且應(yīng)按結(jié)構(gòu)性熱橋計(jì)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(jì)算依據(jù)GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)》，將石墨聚苯板熱導(dǎo)率修正系數(shù)按1.05計(jì)，內(nèi)置保溫系統(tǒng)修正系數(shù)取1.2。此外，由被動(dòng)式超低能耗建筑實(shí)際項(xiàng)目熱橋計(jì)算經(jīng)驗(yàn)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(jì)。則：圍護(hù)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(gè)變量，一個(gè)是保溫材料（石墨聚苯板）的厚度，另一個(gè)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(gè)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(jì)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(yán)寒寒冷地區(qū)被動(dòng)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(shí)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(jì)）的厚度在240mm～300mm之間取值，代入式（2）分別計(jì)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(shí)，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(jì)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(jì)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(wú)變化，僅內(nèi)表面最低溫度稍有增加。

按建筑層高3m計(jì)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(jì)算可知，當(dāng)內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為240mm時(shí)，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(wú)法達(dá)到能耗模擬計(jì)算時(shí)外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當(dāng)內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為250mm時(shí)，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(jì)算時(shí)外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當(dāng)內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為260mm時(shí)，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(jì)算時(shí)外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當(dāng)內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為270mm時(shí)，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(jì)算時(shí)外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當(dāng)內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為280mm時(shí)，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(jì)算時(shí)外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當(dāng)內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為290mm時(shí)，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(jì)算時(shí)外墻平均傳熱系數(shù)≤0.22W/(㎡·a)；當(dāng)內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為300mm時(shí)，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(jì)算時(shí)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(wú)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(fēng)險(xiǎn)。

（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(zhǎng)保溫高度，均對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(wú)變化，僅內(nèi)表面最低溫度稍有增加。

（5）當(dāng)內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為240mm時(shí)，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(wú)法滿足DB13（J）/T 273—2018《被動(dòng)式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的能效指標(biāo)要求；當(dāng)內(nèi)置保溫系統(tǒng)石墨聚苯板厚度為250mm～300mm時(shí)，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(zhǎng)保溫高度、減小結(jié)構(gòu)挑板厚度的方案實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)中的能效指標(biāo)要求。