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被动房断热桥设计要点就看这4个

日期: 2021-11-24
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  1.设计原则

  被动房中热桥对建筑能耗的影响远远超过普通节能建筑,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相分离,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:通过将线热桥部分断开、保温全包、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而产生明显热桥,因此需对幕墙连接件节点进行优化设计,一般采用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,节点图见图1。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三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其导热系数为45W/(m·K),高强度聚氨酯垫片厚度5cm,导热系数为0.1W/(m·K),复合材料垫片厚度5cm,导热系数为0.2W/(m·K),建筑保温层采用200mm厚聚氨酯板,导热系数为0.025W/(m·k)。建立单位面积的实体节点详见图2和图3。

隔热垫块断热桥做法

  图1 隔热垫块断热桥做法

三维建模

  图4为三种工况下的温度分布云图,表1为模拟计算结果。

温度分布(计算机截图)

  图4 温度分布(计算机截图)

被动房断热桥设计要点就看这4个

  综上三个工况,采用高强度聚氨酯垫块工况的热桥系数最小,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%。工程中应结合项目幕墙具体情况采取相应断热桥措施,建议采用高强度聚氨酯垫块进行幕墙断热桥措施。


  2.2门窗

  普通建筑的门窗安装在窗洞口中间位置,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,保温覆盖窗框,采用外挂方式来降低热桥,二者的安装节点图见图5、6。通过建立模型使用250mm岩棉条,200mm混凝土外墙,0.8W/㎡K的窗框,分别模拟外挂与非外挂两种方式下的传热性能。

被动房窗户安装方法 被动房外挂门窗


窗户热桥模拟

  模拟结果如图7和图8所示。经过计算使用传统安装方式窗户的安装热桥是0.13W/(m·K),如果采用外挂安装方式,窗户的安装热桥为0.007W/(m·K)。通过安装方式的改变,可以降低94%的安装热桥。综上,建议采用门窗外挂的方式进行断热桥措施。

  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,但在该部位由于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全包的方式处理。现模拟三种女儿墙断热桥措施对传热的影响:1)普通建筑女儿墙做法采用80mm厚XPS,墙顶及墙内侧不包保温;2)女儿墙采用200mm厚XPS保温全包的做法;3)采用200mm厚XPS保温全包且保温穿透女儿墙的做法。三种工况的女儿墙做法节点见图9。

  图9 女儿墙保温做法

  图10对比了三者方案的热桥模拟结果,模拟结果见表2。200mmXPS方案与保温穿透方案相比80mmXPS方案可降低75%、80%的热桥,建议采用200mmXPS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。

模拟结果对比

图10 模拟结果对比

热桥对比

  2.4地下室顶板与外墙的热桥

  普通建筑的外墙保温只做到地面位置,外墙与建筑底板或地下室顶板之间存在热桥,可以采用外墙内外保温下延的方式来减小热桥,外墙保温下延做法节点见图11。现模拟外墙保温只到首层地面和外墙保温从首层地面下延1m的两种情况,地上保温材料选用200mm岩棉,地下保温材料选用200mm挤塑板,模拟结果见图12。

外墙保温做法对比

图11 外墙保温做法对比

  由模拟结果可以看出当保温只做到地面时,室内壁面平均温度为9.9℃,经过计算线热桥为0.324 W/(m·K)。保温从首层地面下延1m的情况,室内壁面平均温度为13.0℃,经过计算线热桥为0.062W/(m·K),二者相比可以降低80%的热桥。由两种工况对比可以看出,外保温下延的做法大大降低了热桥,并提高了表面最低温度,避免在墙角位置冷凝发霉,保证室内的空气品质。

外墙保温模拟对

图12 外墙保温模拟对比

  3.结语

  围护结构无热桥设计是被动房设计的重点之一,应该在设计时加以重视,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,尽可能地避免热桥的产生或降低热桥大小。本文通过对比分析建筑各典型热桥部位在不同设计工况下的传热性能,总结提出被动房设计时的要点如下

  (1)对于外墙幕墙连接件建议选用聚氨酯垫块进行断热桥;

  (2)外门窗采用外挂安装方式进行断热桥;

  (3)屋顶女儿墙及悬挑构件采用保温全包做法进行断热桥;

  (4)外墙内外保温应沿建筑底板保温下延进行断热桥。

  来源:《建筑科技》 作者:王立学 王翮 高小玉 李思达 王亚峰


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