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健康超低能耗建筑设计和施工中常见的主要问题

文章来源:富德室内设计培训 发布时间:2020-05-05 浏览次数:66

 健康超低能耗建筑设计和施工中

常见的主要问题


中洁环境科技(西安)集团有限公司
山东中洁环境科技有限公司 
绿聚能居建筑科技有限公司
张 操 霍 立 鲁佳晨 郑智康

      随着健康超低能耗建筑在良好的室内环境、极低的能源消耗和长久的使用寿命等良好品质逐渐被人们认知,健康超低能耗建筑的建造已呈蓄势待发之势。健康超低能耗建筑必将在不久的将来在我国普及推广。目前在我国,健康超低能耗建筑的建筑类型包括各类建筑如:住宅、工业厂房、办公楼、幼儿园、教学楼、纪念馆、学生宿舍等。从事健康超低能耗建筑建造的建设者大多意识到:健康超低能耗建筑的建造同以往工程不同,必须按高标准建造,但是存在于传统建筑的一些陋习或是一些习惯一时很难改变。为了吸取教训,这里为大家分析一些常犯错误。


1、盲目限制增量成本,为房屋使用寿命埋下隐患

 

    自2013年10月,秦皇岛“在水一方”C15#楼通过德国能源署和部科技发展促进中心的质量验收,成为中国首例成功实施的健康超低能耗建筑(被动式低能耗建筑)示范项目后,行业中出现了追求更低成本建造被动房的现象。甚至市场上出现了这样的承包公司:承诺以400-500元的增量成本完成从普通节能房屋到健康超低能耗建筑的升级,并保气密性测试通过。
 
    这种承包模式的后果十分严重。它导致的直接结果是选最廉价的材料,简化掉必要的材料和工序。虽然它能通过气密性测试,但是一定是一个伪劣的健康超低能耗建筑。它很可能在很短的时间内出现工程质量问题,而一个合格的健康超低能耗建筑第一次大修的时间应该是在四十之后。举几个省钱的方法:

 

1.1、用劣质锚栓


     劣质锚栓是合格锚栓十分之一的价格。这种劣质锚栓圆盘使用的是再生塑料,没有防热桥的结构构造。用劣质锚栓每平米外墙外保温系统可节省几十元的材料费。使用劣质锚栓会产生非常严重的热桥并且严重影响保温系统的使用年限。


 1.2、外墙外保温系统不使用配件


      上个世纪引入到我国的外墙外保温系统直到今天,绝大多数工程是不使用配件的。这种现象一直沿续到健康超低能耗建筑的出现。我国外墙外保温系统出现在我国二十多年的历史里,没有配件产品性能标准要求。如果省掉这部分配件,外墙外保温系统每平方米又将节省几十元钱。但这些标准配件的使用对于工程质量和外墙外保温系统的寿命起了至关重要的作用。


 1.3、使用劣质保温材料


      劣质的保温材料比正常的材料便宜很多。石墨聚苯板的容重是其非常重要的质量指标,容重小发泡颗粒粘接强度低,极易剥落。一旦上墙,外墙外保温系统极易产生开裂,脱落现象。

1.4、使用廉价外窗


    外窗的性能由多方面因素决定。型材、五金、玻璃、胶条、加工精度等等。可以找出很多省钱的途径:一樘窗好的五金件与次的五金件相差百元以上;高质量耐久性能好的玻璃与普通玻璃每平米可相差300元以上;外窗所需要的三道抗紫外线完全闭合的密封条如用劣质材料替代,也可省多百元以上。加工精度不好的外窗会产生严重的漏风现象。气密性测试就会通不过。即使气密性测试通过了,窗后期需要频繁的维护也会给业主带来困扰。 

1.5、使用劣质防水卷材


      一是防水材料本身性能太差,二是防水构造错误。在这两个因素的影响下,屋面漏水就成了一个必然现象。


      钢筋混凝土屋面非常适合选用SBS高聚物改性沥青卷材。这种材料是由橡胶与沥青共混而成,兼具橡胶优越的防水性能和沥青易施工的性能两者的优点, SBS的橡胶含量应达到12%。SBS改性沥青卷材的耐久性非常差。合格的SBS高聚物改性沥青防水卷材合理的价格至少是我国市场上普通防水卷材价格的3倍以上。

     使用低价的劣质卷材给我国建筑工程造成的损失是巨大的。房屋漏水不仅仅需要更换防水材料,还要更换整个屋面保温系统,有时漏水还会对房屋结构和室内财产造成破坏。它唯一的好处就是带来房屋初始投资的降低。我国屋面防水质保期是五年。现实情况是房屋竣工后五年,房屋必漏雨的现象很常见。

1.6、使用便宜的管材


     工程上常用塑料管,其质量参差不齐。有塑料管在房屋刚竣工不久就破裂了。这种管材与我国只有几十年寿命的建筑匹配,但完全不适合有长久寿命的健康超低能耗建筑。

1.7 、使用质量差的新风系统


      使用质量差的新风系统,主要为热交换效率不高,控制系统不成熟,尤其是不合格的全品质空调,使用小厂生产的设备,后期维护维修很困难。


     以上举的几个常见节省成本的方法或许与我国行业存在的低价中标市场环境有关。这里希望健康超低能耗建筑的建设者不要急功近利,还是要按照党中央的要求“永远把人民对美好生活的向往做为奋斗目标”,以及质量建国的方针。

2、热工与能耗计算不准确 


       健康超低能耗建筑热工计算和能耗计算非常重要,是设计一个完美健康超低能耗建筑的基础,健康超低能耗建筑的无热桥和良好的气密性的特性使建筑的失热、得热可以准确地计算出来。中国三个最早建成的健康超低能耗建筑表明其计算结果与实际能耗计算非常吻合。

       健康超低能耗建筑热工计算应按现行国家标准《民用建筑热工规范》GB 50176进行内表面温度、结露和隔热等热工性能是否满足要求;以及按《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 59736规定的方法进行采暖负荷、采暖需求、制冷负荷、制冷需求、采暖一次能源需求、制冷一次能源需求以及总一次能源需求计算。计算可以帮助设计师正确选择建筑构造、决定窗的性能与保温材料的厚度,设备选型等等。尤其是应根据《健康超低能耗建筑技术标准》中建筑本体能耗能不能满足要求,涉及到建筑规划设计、墙体保温设计,门窗设计,断冷热桥设计以及气密性设计等,建筑本体能耗达不到标准要求,这个建筑一定是不符合要求的。

       计算结果准确取决于以下三个因素:
      一:计算方法正确;
      二:使用的数据正确;这里的数据库包括温度、太阳、湿度和材料性能等近四十多个数据库;
       三:使用工况参数设置正确。
       图1列出了住房和城乡建设部科技与产业化发展中心对健康超低能耗建筑某项目所做的参数设定和部分能耗计算结果。 

 

图1 冷负荷分析

图2 失热得热分析 

项目

冬季

夏季

室内设计温度,°C

20

26

空气调节室外计算温度,°C

-13

29

最高/最低室外计算温度,°C

-7.7

28.2

极端温度,°C

-18.8

35.3

室外空气密度,kg/m3

1.3019

1.1625

最大冻土深度,cm

90

--

计算日期,月/日

10/20-4/30


采暖/制冷计算天数,d

193


计算方式

采暖、制冷期连续计算热、冷需求


设备工作时间,h

24

24

通风系数回收率,%

75

0

通风系统换气次数,h-1

0.1

0.1

换气体积,m3

2475

2475

小时人流量,次/h

10

10

开启外门进入空气,m3/次

4.75

4.75

套内人数,人/套

男4,女4

男4,女4

人体显热散热量,W

男:90;女:76.50;

男:61;女:51.85;

人体潜热散热量,W

男:47;女:39.95;

男:73;女:62.05;

灯光照明密度,W/m2

7(同时使用系数0.5)

7(同时使用系数0.5)

设备散热密度,W/m2

1

1

图3计算参数设定 

 

     使用市场上一些计算软件出错主要是因为所用数据库或是计算参数设定不准确造成的。

 

3、构造错误 


    健康超低能耗建筑构造的基本思路是要满足无热桥,气密性和耐久性要求,与我国建筑构造发生最大变化的是外门窗安装构造和屋面防水构造。

3.1、外门窗安装构造


    很多人已经知道被动式低能耗房屋窗基本上是外挂的。它与墙体及外窗的联接方式,如图4所示。金属窗台板两侧端头应上翻,并嵌入进窗侧口的外墙外保温层中20-30mm。金属窗台板两侧的上翻端头与外墙保温层的接缝处,应采用预压膨胀密封带密封。这种构造方式会让外门窗系统在暴风雨时阻止雨水入侵墙体内部。

图4外窗洞口的构造点 

 

      窗洞口的预压膨胀密封带在一定的膨胀状态下可以起到阻止雨水侵入的作用。窗台板构造常见的错误在于窗台板里侧与窗底部交接形成缝隙会将雨水直接灌入保温层内部。

 3.2、屋面防水系统构造


      健康超低能耗建筑屋面防水保温系统追求的是在50年之内不需要维修。屋面防水保温构造系统(见图5)。紧贴屋面板设置一道防水隔汽层,使用无水胶粘材料铺设保温层,保温层上部设置两道高性能防水卷材。女儿墙保温层与屋顶保温层用防水材料隔出不同区域。这种防水构造非常耐久牢靠。

 

 图5 正确的防水保温构造


3.3、雨落管系统构造


     雨水经雨落管妥善排出室外不得对建筑造成破坏是最基本常识,但在实际工程雨水排出系统的处理存在较严重的问题。一些工程的建筑好像根本不考虑雨水会对建筑造成的危害。雨水直冲下层屋面,会导致外墙外保温系统损坏造成室内一侧结露发霉。 

 

 4、技术的滥用与主次不分


4.1
      健康超低能耗建筑的诞生的目的是提高建筑本体的性能保持室内环境的舒适性,健康超低能耗建筑最初是为了取消采暖系统。健康超低能耗建筑因本体性能大大优于普通建筑,其本体能耗很低,因此其配备的暖通空调设施应大幅度减少。而一些健康超低能耗建筑设计建造者却以多用设备为荣耀,而不考虑技术的实用性。健康超低能耗建筑的设计对每项技术不但要进行投入产出分析,还要考虑它的负面影响。

      在建筑中应用可再生能源是件荣耀的事。但在健康超低能耗建筑中可再生能源要考虑两个问题:一是该不该用;二是用了之后有没有负面影响。有一个寒冷地区的项目,原本只需安装一个空气源热泵下就可以满足全年的冷热需求,但该项目为了满足某些标识认证的需要,同时配备了地道风、地源热泵、太阳能热水溴化锂机组,同时还安装了空气源热泵。该项目用在新风空调的投资超过1200元/㎡,是普通项目的三倍以上。同时,过多产品的使用给房屋使用带来了负面影响。一是屋面太阳能热水系统占用了使用面积。该项目屋面设计是屋顶花园。由于屋顶太阳能热水系统占据了三分之二以上的屋顶面积(见),使原本可利用的300㎡休闲使用空间,剩下不到100㎡;二是室内机组运行发热给夏季带来了负面影响。楼内的机组设施有些部位烫手,增加了夏季的负荷;三是带来了维护成本的提升。设备用的越多,维护工作越繁重,成本也越高;四是运行成本的大幅度上升。空调系统的使用年限一般在15年左右,太阳能热水系统10-15年。将设备投资折合进使用费用中就能够判断出减少建筑用能所付出的代价。这种代价绝不同于我们将普通建筑的使用寿命从几十年延长到几百年的增量成本。前者是每隔10-15年就要投入一次,而后者仅是初始成本的一次性投入。这也就是《健康超低能耗建筑技术标准》中取消了绿色能源应用指标的原因,强调因地制宜的,根据实际的尽可能使用绿色能源,对绿色能源应用不做考评。

 

4.2

     健康超低能耗建筑设计全品质空调和新风时,未考虑专门的设备间,高层建筑往往因为层高、安装位置、安装尺寸的限制,在一定范围内无限的压缩设备的尺寸来与之相适应,往往牺牲设备性能来满足安装要求。为降低设备安装尺寸,其最核心的部件——全热交换器的换热面积被偷工减料现象异常明显。主次不分。


4.3

     分室控温的滥用。众所周知,健康超低能耗建筑不同于普通建筑,由于与外界能量交换量非常小,因此其室内温度的惰性较大,主要表现在当冬季室温升至(夏季室温降至)舒适温度区间之后到再次需要调节温度的时间较长,因此全品质空调不用频繁启动去调温,而室内不同区域之间的温差也会非常小,加之健康超低能耗建筑要求的舒适温度调控区间较窄(22-26℃),因此健康超低能耗建筑内的分区域温度调节(分室控温)显得没有给用户创造实质性的价值,同时分室控温带来的系统控制更加复杂化,导致设备及设备安装成本上升,设备故障隐患点增多,可谓是缺点明显,优点不够突出。

5、材料和产品没有必要的保护措施 


      健康超低能耗建筑要求精细化组织和精细化施工,但某些工程施工管理粗放。这种粗放式施工会造成比较严重的后果。没有对材料和产品采取必要的保护措施是一些工地的常见现象。

     一些工程门窗在施工中没有必要的保护措施,往往工程还没验收,窗户已遭到严重的破坏。譬如,密封条脱落;真空玻璃已经损坏,真空玻璃室内表面结露表明真空度下降,良好的保温性能已不复存在。在这种工程中,原本漂亮的外门窗在工程还没有交付使用时就已经变成旧的了。

      一些工程中没有对保温材料采取有效的保护措施。譬如,岩棉材料不能淋雨,随意将岩棉堆积在室外没有良好的防雨措施。一场暴风雨就会让这些岩棉报废。 

 

6、 错用材料 


       工程中经常会出现使用不该使用材料的现象,健康超低能耗建筑屋顶保温材料严禁使用XPS板。这种XPS板极易变形,一旦用于屋顶,极易将屋面保温系统破坏。屋顶错用保温浆料;保温浆料应严禁使用,原因是保温浆料含有水份不但保温性能没有保证,保湿材料所产生的水蒸汽会破坏防水层。外窗使用了没有弹性的隔汽膜,如果隔汽膜没有变形能力,外窗在温度应力变形有拉破隔汽膜从而破坏房屋的气密性。

 

7、随意变更设计


     健康超低能耗建筑是一个从立项到设计到施工都非常严谨的过程,随意变更设计,随意变更建筑室内布局和房间用途,带来的其他专业的联动变更,往往会让以前的设计和预埋工作功亏一篑,甚至整个的室内环境系统设备管线都要重新设计和布局,因为每个房间的新风量和能源供给都是根据事先拟定好的功能和人流量精细化设计的。

8、不重视预埋和施工过程管理


      再次强调健康超低能耗建筑要求精细化组织和精细化施工,工程施工管理粗放会给施工造成比较严重难以挽回的后果。

      健康超低能耗建筑强调精细化设计和精细化施工,任何不按施工组织设计进行施工,不按规定进行工程的过程控制程序办事,不进行施工工序的严格施工,不进行施工过程的阶段性验收就进行下道工序都可能会给工程带来隐患,有些隐患是致命的,无可挽回的,把新建建筑搞成改造工程的难度系数,尤其是风管道的预留预埋,试点管道的预留预埋和断桥和气密性处理。
 
9、为了节能和降低噪音片面降低新风量指标,使健康超低能耗建筑达不到健康和舒适指标

      在设计和建造健康超低能耗建筑时,新风量沿用老式建筑旧的标准,须知,健康超低能耗建筑因为气密性要求很高,几乎没有门窗及其他方面的渗透风存在,新风量指标要做大幅度调整,为保证健康舒适指标,超低能耗建筑的换气次数也需要调整。具体详见《健康超低能耗建筑技术标准》的相关规定。

 

10、未考虑备用能源


      国内健康超低能耗建筑实践中,大多数项目由于成本、过度宣传健康超低能耗建筑的功用而没有进行备用能源的设计考虑。健康超低能耗建筑没有超温频率的指标,就是说在任何条件下都要保证健康超低能耗建筑的室内健康环境和热舒适环境,对此就应该有一定的策略。

 

11、未能站在用户角度考虑问题,不利于健康超低能耗建筑在国内的长远发展


      部分开发商、建设者对于超低能耗建筑的认识不够深刻,政策驱动仓促上马项目,对于国内外标准理解片面,追求卖点、追求政策补贴、一味追求节能,而把最重要的舒适性目标放在了最不关心的位置。尤其在一些为获得认证而建设的项目中,对国情、国内用户使用习惯考虑较少,机械化的执行认证标准,很容易出现设计不合理的问题,最终导致建筑舒适度大打折扣,住户口碑不佳,影响行业的长远发展。

12、未从用户角度考虑新风和全品质空调的使用成本,拒绝先进的滤网自动清洁技术的应用推广    


     片面追求低价格,而忽视设备在运行过程中的主要耗材滤网的更换成本,不考虑风量衰减对系统热舒适度的影响,在已知系统风量衰减对系统影响很大的情况下,将责任推给用户,要求及时更换滤网,但是又不给出更换滤网的实质性指标。要知道,一台设备,在保证风量不衰减的前提下,每年滤网的更换成本远远大于其每年的用电电费。
(文中引用了很多行业研究者和实践者的观点,在此致谢!)

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