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【第四課】隔熱表皮 低成本多層被動式住宅2018-04-27 09:07來源:建學(xué)叢書增刊《低成本多層被動式住宅》作者:董小海
與不供暖房間、室外空氣或與地表的相鄰部位,特別容易影響整個(gè)建筑物的熱能耗與熱負(fù)荷,建筑物各個(gè)部分的U值決定了一個(gè)建筑外殼的隔熱性能。規(guī)定的U值為0.10W/m2K。對于被動式標(biāo)準(zhǔn)的多層建筑,設(shè)計(jì)者可為保溫層的厚度按下面預(yù)估值作為預(yù)選。 表二 被動式建筑標(biāo)準(zhǔn)的多層居住建筑的保溫層厚度【S&P】 表三 Utendorfgasse公寓項(xiàng)目的U值【S&P】 以下為Utendorfgasse公寓項(xiàng)目中幾項(xiàng)U值和保溫材料厚度: 每平方米參考面積的熱損耗隨著建筑物體積的增加會越來越小。國家標(biāo)準(zhǔn)和補(bǔ)貼政策認(rèn)可的差值——例如通過輸入由體形系數(shù)決定的限值——由于下列原因,這項(xiàng)物理現(xiàn)象對于被動式建筑并不適用: ? 采暖能耗限值≤15kWh/m2EBF?a和熱負(fù)荷≤10W/m2EBF不是隨意得出的,而是來自于被動式建筑的核心概念——新風(fēng)的可加熱性。無關(guān)乎建筑緊湊性,單位面積的熱負(fù)荷一旦超過上述臨界值,即不能滿足整個(gè)建筑物所需的熱供應(yīng)了。 ? 綜上可知,一個(gè)建筑物的體積越小、緊湊性越差,就越難以使其滿足被動式建筑的要求。 在此特別需要注意的是,一個(gè)建筑的緊湊性需要滿足以下幾個(gè)參數(shù): ? 體積:體積越大,緊湊性越高 ? 形狀:越接近正方體(最好是球體),緊湊性越高 ? 表面積:越少的額外表面積(邊角、凸出門廳,頂部凸起)緊湊性越高 以下的計(jì)算實(shí)例可以解釋這個(gè)規(guī)律。下圖中的變式表達(dá)了計(jì)算的基本原則。 獨(dú)戶住宅: ? 形式1:無地下室的一層獨(dú)戶住宅 ? 形式2:無地下室的二層獨(dú)戶住宅,與形式1擁有同樣的用地面積 ? 形式3:有地下室的二層獨(dú)戶住宅,與形式1擁有同樣的用地面積(地表面上) 多家庭住宅: ? 形式4:典型的中間位多家庭住宅 ? 形式5:典型的大體積多家庭住宅 緊湊性的計(jì)算以及長度特征系數(shù)lc lc=V/A V..........備輸入體積 A..........條件性的建筑物外表面積 獨(dú)戶住宅建筑: ? 形式1:單層的獨(dú)戶住宅建筑,無地下室: A=4×12.25×4.0+12.25×12.25×2=約496m2 à lc=V/A=600m3/496m2=1.21m à 體型系數(shù)A/V=0.83 ? 形式2:二層的獨(dú)戶住宅建筑,無地下室,地上建筑面積與形式1相同: A=4×8.65×8.0+8.65×8.65×2=約426m2 à lc=V/A=600m3/426m2=1.41m à 體型系數(shù)A/V=0.71 ? 形式3:二層的獨(dú)戶住宅建筑,有地下室,地上建筑面積與形式1相同: A=4×8.65×12.0+8.65×8.65×2=約565m2 à lc=V/A=900m3/565m2=1.59m à 體型系數(shù)A/V=0.63 多家庭住宅建筑: ? 形式4:典型的多家庭住宅建筑: A=(2×12.50+2×18.00)×16.0+12.50×18.00×2=約1426m2 à lc=V/A=3600m3/1426m2=2.52m à 體型系數(shù)A/V=0.40 ? 形式5:典型的大體量多家庭住宅建筑: A=4×25.00×20.0+(25.00×12.50+12.50×12.50)×2=約2938m2 à lc=V/A=9380m3/2938m2=3.19m à 體型系數(shù)A/V=0.31 下面是據(jù)上述體形系數(shù)計(jì)算得出的U值和相對應(yīng)的保溫層厚度。典型U值是摘自指示記錄第29號優(yōu)質(zhì)隔熱的屋頂結(jié)構(gòu)[RWE04 in FEI05] 獨(dú)戶住宅建筑: ? 形式1::單層的獨(dú)戶住宅建筑,無地下室: à 體型系數(shù)A/V=0.83 à U=約0.05~0.11W/m2K à 中間值=0.08W/m2K≈在20cm的鋼筋混凝土外墻上約39cm的WLG032(100%)保溫 ? 形式2:二層的獨(dú)戶住宅建筑,無地下室且與形式1擁有相同的體表面積: à 體型系數(shù)A/V=0.71 à U=約0.05~0.13W/m2K à 中間值=0.09W/m2K≈在20cm的鋼筋混凝土外墻上約35cm的WLG032(90%)保溫 ? 形式3:二層的獨(dú)戶住宅建筑,包括地下室且與形式1擁有相同的體表面積: à 體型系數(shù)A/V=0.63 à U=約0.05~0.13(0.14)W/m2K à 中間值=0.09(0.10)W/m2K≈在20cm的鋼筋混凝土外墻上約35cm(31cm)的WLG032(90-79%)保溫 多家庭住宅建筑: ? 形式4:典型的多家庭住宅建筑: à 體型系數(shù)A/V=0.40 à U=約0.05-0.15W/m2K à 中間值=0.10W/m2K≈在20cm厚的鋼筋混凝土外墻上約30cm的WLG032(77%)保溫 ? 形式5:典型的大體量的多家庭住宅建筑: à 體型系數(shù)A/V=0.31 à U=約0.05-0.15W/m2K à 中間值=0.10W/m2K≈在20cm厚的鋼筋混凝土外墻上約30cm的WLG032(77%)保溫 表四 不同體型系數(shù)的典型U值和保溫厚度【S&P】 由以上所列出的各項(xiàng)要求的U值可以看出,一個(gè)建筑物的緊湊性對于達(dá)到被動式建筑所要求的U值具有重要的影響。 在常規(guī)甚至是低能耗節(jié)能建筑中,熱橋現(xiàn)象是作為一個(gè)統(tǒng)一概率來計(jì)算,其數(shù)值為與外界空氣接觸建筑部件熱傳導(dǎo)值的10%,然而被動式建筑的熱損失極小,為實(shí)現(xiàn)其功能,盡可能的避免熱橋現(xiàn)象并不是一個(gè)輔助,而是必要條件。換言之,對于一個(gè)好的被動式建筑設(shè)計(jì)來說10%的熱橋計(jì)算誤差過高,忽視了被動式建筑外表面積的高隔熱質(zhì)量。 最基本的要求是,保溫外表應(yīng)該完美無縫的將整個(gè)建筑物包裹起來,直至達(dá)到在任意的一個(gè)剖面,用一支筆可以將整個(gè)隔熱層完整的畫出一條不間斷的線。 由于靜力學(xué)的原因,這并不容易完全做到,如在地下室墻體上的外墻。對于界面清晰的特殊部位允許將保溫層適量減少。 通常應(yīng)遵循以下規(guī)則: ? 避免規(guī)則:盡可能的避免保溫層不交圈; ? 穿透規(guī)則:如果在保溫層上的不連續(xù)是不可避免的,則充當(dāng)實(shí)際隔熱層的建筑部件的隔熱阻應(yīng)取盡可能高的值。如,使用輕質(zhì)混凝土或XPS代替磚瓦或鋼筋混凝土; ? 結(jié)合規(guī)則:保溫層在部件交接位無縫結(jié)合——連接所有表面; ? 幾何規(guī)則:盡可能的選擇在邊角部位采用鈍角。 圖六對建筑物產(chǎn)生熱橋的位置進(jìn)行了簡要說明 為達(dá)到被動式建筑要求的無熱橋目標(biāo),在窗和陽臺處的連接、特別是承重墻的“基座部分”,要著重注意減少隔熱表皮的熱損耗。例如在內(nèi)、外承重墻與地下室頂板的節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)典型的熱橋。因?yàn)榇颂帀ν鈧?cè)的保溫與地下室頂板的保溫?zé)o法交圈,所以在地下室延續(xù)的墻體產(chǎn)生了一個(gè)顯而易見的熱橋。 減少熱橋可引起附加成本,而通過明智的處理方式卻可以節(jié)約成本,在之后的章節(jié)中會有對節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)的處理描述,且當(dāng)其熱損耗系數(shù)Ψ為<0.01W/mK時(shí),直線熱橋可視為無熱橋現(xiàn)象。負(fù)熱橋現(xiàn)象亦有可能產(chǎn)生。當(dāng)然這不是向建筑物內(nèi)部輸送熱量,而是在熱橋計(jì)算范圍條件下產(chǎn)生的純計(jì)算數(shù)值。 圖六 熱橋總覽[ENFK04] 不采暖地下室或者地下車庫的建筑重量必需透過隔熱層導(dǎo)入地基。在多層住宅建筑中會存在少量熱橋,無法滿足無熱橋目標(biāo)。因而在此會產(chǎn)生大量附加的必要規(guī)定,如在地下室的承重墻頂部區(qū)域搭建保溫延伸部分等。不可避免的熱橋能夠在整體建筑良好隔熱中被完全平衡是必要的,此外在構(gòu)造上必須避免可以導(dǎo)致?lián)p壞的冷凝現(xiàn)象出現(xiàn)。 本文摘自建學(xué)叢書增刊《低成本多層被動式住宅》,綠色建筑研習(xí)社已取得本書連載授權(quán),轉(zhuǎn)載必究。建學(xué)建筑與工程設(shè)計(jì)所有限公司致力于綠建及超低能耗建筑設(shè)計(jì),現(xiàn)已建成和在建PHI認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目共4項(xiàng)。 【未完待續(xù),請持續(xù)關(guān)注】 上一篇: 【邀請】第3期日本裝配式建筑考察之旅
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