2023超低能耗建筑外墙和阳台连接系统白皮书.pdf

超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书引言党的二十大报告指出，实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要积极稳妥推进碳达峰碳中和。逐步转向碳排放总量和强度“双控”制度。推动能源清洁低碳高效利用，推进工业、建筑、交通等领域清洁低碳转型。共建绿色生态文明。在“双碳”大背景下，坚定践行国家战略，推动低能耗建筑、装配式建筑、星级绿色建筑、既有建筑节能和绿色化改造项目等高质量发展，打造低碳节能、可持续发展、宜居宜业的美好环境已成为社会共识。超低能耗建筑作为一种兼具超高能效和环境舒适的建筑，自引入我国后受到各界广泛关注，发展规模逐渐扩大，其优势也逐步凸显。我国北方地区冬季需进行采暖，加剧了雾霾、沙尘等环境污染问题，而超低能耗建筑几乎不用进行主动供暖，就可以维持建筑的舒适度，极大缓解了因供暖带来的环境压力；探索适宜南方气候特征的超低能耗建筑，则能够进一步降低建筑的制冷能耗。超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书 分析总结了我国对于超低能耗建筑的推广、实践经验和发展趋势，以及超低能耗建筑外墙和阳台保温系统的技术要点和做法；提炼分享了国内外低能耗建筑领域前沿技术的应用情况；着重结合上海市相关发展经验，归纳概括了对推动我国超低能耗建筑可持续发展的启示。综上，佩克藉由此次撰写本白皮书的机会，既对国内超低能耗建筑建设情况作了系统总结，更开启了超低能耗建筑发展的新起点，为实现“双碳”目标注入新动能。“”超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书01目录 CONTENTS超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书0401 超低能耗建筑的定义1.1 基本定义 0602 中国对超低能耗建筑的推广0810112.1 中国超低能耗建筑发展简史2.2 国内相关标准和规范2.3 关于外围护结构的具体要求 （以上海市标准为例）06 结语14141617171803 保温外墙的技术要点3.1 建筑外围护结构保温性能要求3.1.1 外围护结构材料导热系数3.1.2 外围护结构冷热桥传热分析3.2 建筑外围护结构安全性能要求3.2.1 预制外围护结构墙板设计3.2.2 预制外围护接缝及节点做法2424263131323304 目前较成熟的保温外墙系统及应用4.1 预制夹心保温外墙4.1.1 预制夹心保温墙的结构和优势4.1.2 预制夹心保温墙在超低能耗建筑中的应用4.2 隔热阳台4.2.1 阳台隔热为什么值得关注4.2.2 阳台隔热的新发现4.2.3 悬挑阳台连接系统技术的优势05 项目案例37395.1 国外低能耗建筑项目概况5.2 国内低能耗建筑项目概况超低能耗建筑的定义当前行业中关于超低能耗建筑的类似定义较多，为使相关概念更明晰，白皮书整理了几个名词含义，并对其总结了核心共同点。在建筑物迈向更低能耗的方向上，国际上尚无统一定义，但目标是一致的，即通过建筑被动式、主动式设计和高性能能源系统及可再生能源系统应用，大幅度减少化石能源消耗。从定义涵盖范围来看，被动房属于近零能耗建筑，其核心内涵为通过被动式手段达到近零能耗；零能耗建筑较近零能耗建筑更增加了智能电网、分布式能源等概念，与我国传统意义的建筑节能有所不同。从节能降耗的角度来看，以上三种建筑虽属于同一体系，却分别处于不同的阶段，其大概分级可以定为：零能耗建筑 近零能耗建筑 超低能耗建筑。超低能耗建筑“超低能耗建筑”（Ultra-low Energy Building）是指适应气候特征和自然条件，通过保温隔热性能和气密性能更高的围护结构，采用高效新风热回收技术，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供舒适室内环境并能满足绿色建筑基本要求的建筑。其供暖、空调与照明能耗应较2016年建筑节能设计标准降低50%以上。被动房德国被动房研究所（Passive House Institute）提出的“被动房”（也称被动式房屋、被动式住宅）通过大幅度提升围护结构热工性能和气密性，利用高效新风热回收技术，将建筑供暖需求降低到15 kWh/（m2a）以下，从而可以使建筑物摆脱传统的集中供热系统，其技术路线为通过被动式手段达到近零能耗，也属于“近零能耗建筑”的一种类型。零能耗建筑“零能耗建筑”（Zero Energy Building）一词源于美国。美国能源部 建筑技术项目2008-2012规划 中提出，建筑节能发展的战略目标是使“零能耗住宅”（Zero Energy Home）在2020年达到市场可行，使“零能耗建筑”在2025年可商业化。“零能耗建筑”是指适应气候特征和自然条件，通过被动式技术手段，最大幅度降低建筑供暖供冷需求，最大幅度提高能源设备与系统效率，充分利用建筑物本体及周边或外购的可再生能源，使可再生能源全年供能大于等于建筑物全年全部用能的建筑。近零能耗建筑“近零能耗建筑”(Nearly Zero Energy Building）一词源于欧盟。其定义是适应气候特征和自然条件，通过被动式技术手段，最大幅度降低建筑供暖供冷需求，最大幅度提高能源设备与系统效率，利用可再生能源，优化能源系统运行，以最少的能源消耗提供舒适室内环境，其建筑能耗水平应较相关国家标准和行业标准降低6075%以上。在现行标准下，近零能耗建筑需要满足能耗及气密性两项约束性指标。Chapter 1超低能耗建筑的定义超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书062.1 中国超低能耗建筑发展简史2.2 国内相关标准和规范2.3 关于外围护结构的具体要求（以上海市标准为例）中国对超低能耗建筑的推广Chapter 2中国对超低能耗建筑的推广超低能耗建筑是中国建筑行业向低碳和绿色发展转型的重要发展方向之一。随着中国快速发展的城镇化进程和经济转型，建筑能耗在中国终端能源消耗占比不断提高。尽管中国在20世纪80年代初就早已经提出了建筑节能环保的要求，也进行了绿色建筑认证，但超低能耗建筑在我国的研究较发达国家晚。中国被动式超低能耗建筑的发展最先受到德国被动房技术体系的启发和影响。其强调通过被动式建筑设计，而不是通过应用复杂的机电系统或可再生能源来实现建筑能耗的降低，这一理念符合一直以来倡导的“被动优先，主动优化”的基本原则，在中国被政府和产业界广泛接受。自2008年引进德国被动房至今，国家及部分地方标准体系初步建立，部分创新技术也取得了一定的研究成果。节能环保、经济舒适的超低能耗建筑在全国各地已初具规模。其中，河北省的超低能耗建筑建设规模位全国领先。截至2022年底，河北省累计建设超低能耗建筑799万m。（见表1）2009-2014探索时期河北秦皇岛“在水一方”项目和黑龙江哈尔滨“溪树庭院”项目入选首批合作示范工程。乌鲁木齐市建成首个零排放超低能耗建筑示范工程乌鲁木齐市现代设施农业科技示范园综合楼。上海世博会的城市体验区，坐落着一座2094 的办公、公寓混合功能的被动房汉堡馆。这是中国建成的第一个被动房。“在水一方”“溪树庭院”等被动式超低能耗建筑示范工程建成，迅速得到了消费者、产业界及政府的认可。与美国合作开展了近零能耗、零能耗建筑节能技术的研究。中国建筑科学研究院近零能耗示范楼建成并投入使用，这是国内首座明确以近零能耗为建设目标的示范建筑。住建部与德国能源署合作，从德国引进被动房。行业阶段重点示范工程2009201020122011201320142.1 中国超低能耗建筑发展简史表1.中国超低能耗建筑发展史”超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书08”2015-2020快速发展时期行业阶段重点示范工程20152016前后201820192020成立了三个被动式超低能耗建筑联盟。北京、山东、河北、河南等省市均提出了建设数十万平方米甚至更多被动式超低能耗建筑的发展规划。中央和地方政府支持多个大型科研项目和设计标准的开展，产业协会和产业联盟纷纷成立，示范项目不断涌现。河北省成功举办第23届国际被动房大会，这是大会首次走进亚洲、落地中国。河北省推行25条措施加强被动式超低能耗建筑工程质量管理。世界规模最大的被动式建筑综合社区河北“高碑店列车新城”项目获得中国首个PHI（德国被动房研究所）区域预认证2021至今双碳发展时期202120222023至今行业阶段二十多个省市自治区纷纷印发相关政策，推动“十四五”时期超低能耗建筑发展。截至2020年6月，全国超低能耗建筑总面积达900万，其中北京、河北、河南、山东四个省市合计建筑面积占比达一半。2022开年以来，住建部及部分省市陆续印发了关于超低能耗建筑的引导、扶持、管理等相关政策，供行业参考。上海市再次制定并发布613号文 关于加强超低能耗建筑项目管理的相关规定。河北省被动式超低能耗建筑产业发展领导小组办公室印发 2023年河北省被动式超低能耗建筑产业发展工作重点。重点示范工程北京经开区首个社会投资超低能耗建筑项目通过市级验收。雄安新区“碳中和”示范建筑雄安未来零碳馆启动建设。超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书09Chapter 2中国对超低能耗建筑的推广目前，国家层面的超低能耗建筑技术导则为住房城乡建设部于2015年11月颁布实施的 被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）（以下简称 导则）。导则 借鉴了国外被动房和超低能耗建筑的经验，结合我国已有工程实践，明确了我国超低能耗建筑的定义、不同气候区技术指标及设计、施工、运行和评价技术要点，为全国超低能耗建筑的建设提供指导。近十年来，北京、河北、上海、山东等省份参考 导则 编制了各自的省级标准。（见表2）地区山东省青海省河南省吉林省上海市北京市天津市江苏省陕西省河北省深圳市湖北省黑龙江省湖南省安徽省海南省福建省实施日期2016年10月9日2018年9月10日2018年11月1日2019年1月21日2019年3月13日2020年4月1日2020年4月1日2020年12月10日2021年6月30日2021年7月1日2021年8月17日2021年12月30日2022年9月29日2021年11月1日2022年9月30日2022年12月28日2023年1月20日标准名录被动式超低能耗居住建筑节能设计标准 DB37/T 5074-2016被动式超低能耗建筑技术导则（居住建筑）DB63/T1682-2018河南省超低能耗居住建筑节能设计标准 DBJ41/T 205-2018超低能耗居住建筑节能设计标准（DB22/T 5129-2022）上海市超低能耗建筑技术导则超低能耗居住建筑设计标准（DB11/T 1665-2019）超低能耗居住建筑设计标准（DB/T 29-274-2019）江苏省超低能耗居住建筑技术导则（试行）超低能耗居住建筑节能设计标准（DBJ61/T189-2021）被动式超低能耗居住建筑节能设计标准 DB13(J)/T8359-2020（2021年版）深圳市超低能耗建筑技术导则被动式超低能耗居住建筑节能设计规范黑龙江省超低能耗居住建筑节能设计标准湖南省超低能耗居住建筑节能设计标准 DBJ43/T017-2021被动式超低能耗民用建筑节能技术标准（DB34/T 4281-2022）海南省超低能耗建筑技术导则（试行）福建省超低能耗建筑技术导则表2.地方建设设计标准（最新版本）多数专家学者认为超低能耗建筑更适合严寒及寒冷地区，因此华北各省对超低能耗建筑的推广更为积极。与此同时，一些南方省份也在积极探索研究适用于当地气候的超低能耗建筑。2020年11月3日，上海市住建委出台超低能耗建筑的鼓励政策，其发布的 关于推进本市超低能耗建筑发展的实施意见 规定，符合相关要求的超低能耗建筑示范项目每平方米享财政补贴300元，超低能耗建筑项目符合该市相关技术要求并经审核通过的，其外墙面积可不计入容积率，但其建筑面积最高不应超过总计容建筑面积的3%。与此同时，已办理前期手续，尚未开工建设的项目，改建超低能耗建筑的，同等享受相关优惠政策。2.2 国内相关标准和规范超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书10Chapter 2中国对超低能耗建筑的推广表3.外墙传热系数表2019年发布的 上海市超低能耗建筑技术导则（试行）提到：当前我国已经建设的超低能耗建筑示范工程，以及相关技术规范标准，主要集中在北方严寒及寒冷地区。与北方和欧洲地区不同，上海等夏热冬冷地区在气候特征和用能习惯上有着较为明显的差异，在应用超低能耗建筑理念时，应有差异化的技术路径和指标。设计应遵循“被动优先，主动优化”的原则，以室内环境和能耗指标为约束目标，采用性能化设计方法合理确定技术策略，优先采用外遮阳、节能门窗、围护结构保温等被动式措施降低建筑供暖空调需求，并结合设备能效提升和可再生能源利用，实现建筑能耗的大幅度降低。外墙传热规定外墙传热系数指标应根据性能化设计原则，通过建筑能耗计算确定；外墙平均传热系数控制指标可依据下表选取，应满足约束值要求。（见表3）外墙保温材料属性要点外墙保温应采用燃烧性能为B1级以上的保温材料，优先选用高性能保温材料，以减少保温层厚度。可选保温材料类型包括：模塑聚苯板（033级、039级）、岩棉板/岩棉带、真空绝热板等。热桥效应控制为控制热桥效应，外墙保温设计应考虑如下要点：外围护结构的保温层应连续完整；宜采用单层保温，锁扣方式连接；采用双层保温时，应采用错缝粘结方式；墙角处宜采用成型保温构件；保温层应采用断热桥锚栓固定；外墙上固定导轨、龙骨、支架等可能导致热桥的部件时，应在外墙上预埋断热桥的锚固件。2.3 关于外围护结构的具体要求（以上海市标准为例）功能类型参考值0.40.4外墙平均传热系数W/(m2K)住宅公建约束值0.800.72超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书11Chapter 2中国对超低能耗建筑的推广图1.典型屋面女儿墙示意图 屋面保温设计要点为控制热桥效应，屋面保温设计应考虑如下要点：屋面保温层应与外墙保温层连续；屋面保温层靠近室外一侧应设置防水层，防水层应延续到女儿墙顶部盖板内，使保温层得到可靠防护；屋面结构层上，保温层下应设置隔汽层；对女儿墙等突出屋面的结构体，其保温层应与屋面、墙面保温层连续，不得出现结构性热桥。女儿墙、土建风道出风口等薄弱环节，宜设置金属盖板，以提高其耐久性，金属盖板与结构连接部位，应采取避免热桥的措施。（见图1）悬挑阳台悬挑阳台与主体结构的连接应控制热桥效应，可采用如下设计措施：阳台板靠挑梁支撑时，保温材料应将挑梁和阳台结构体整体包裹，降低热桥影响；可采用阳台板与主体结构断开的设计；可采用低热桥线性系数的连接件。超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书12建筑外围护结构的技术要点3.1 建筑外围护结构保温性能要求3.2 建筑外围护结构安全性能要求Chapter 3建筑外围护结构的技术要点建筑的外围护结构主要由外墙、屋面和门窗组成。保温外墙通常是承重结构，或是剪力墙框架的重要部分。外墙所有节点和连接处设计都需考虑保温性能和气密性。目前成本较合理的保温外墙隔热材料是必不可少的。除外墙外挂层（如木制幕墙）和空气流通层外，组合外墙每层的材料对保温性都有影响。（见图2，日本木材外墙）在设计建筑外围护结构时，要考虑到不同材料的组合结构是否安全可靠，同时需保证外围护结构上的每一点（包括连接处）能尽量保温。（见图3）不同材料插入组件构成组合构件，构件中的缝隙和开口均为热损失的重要部分，所以要用填缝剂密封外围护 结构所有节点处的此类缝隙。（气密性，见图4）承重框架连接处需要具备强度和刚度，然而过多的冷热桥会导致过多的热量流失。较小型的建筑承重墙框架可以由木质材料制成，但木制材料的传热系数是隔热材料的数倍。钢筋混凝土成本较低，且防火及耐久性能较高，可用于高层剪力墙结构，且导热性比木质材料更高。因此，承重结构的主要材料需要与隔热材料结合，以同时保证承重和保温。各种建材中，金属是热的良导体，所 以它们在外墙上的密度要尽可能保持最小，且尽量均匀分布、埋在保温性能更好的材料中。3.1建筑外围护结构保温性能要求3.1.1外围护结构热工性能图 2.小型住宅楼复合建材外墙图 3.常见建材传热系数(GB/T-50 176-2016)材质名称钢筋混凝土混凝土单排孔砌块190加气混凝土1水泥砂浆聚苯板（含钢丝网架聚苯板）聚氨酯岩棉矿棉玻璃（毡）胶合板石膏板松，木，云杉（垂直木纹）建筑钢材铝不锈钢（304）导热系数（W/（mK）1.741.020.220.930.0410.0240.0450.170.330.1458.220316.3Two layers of fire resistant plasterboardproviding the air barrierMineral woolInsulated sheathing boardWall tiesBrick cladding Light steel frame带有气密层的双层防火石膏板岩棉轻钢框架隔热防水建筑纸板拉墙件砖墙饰面超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书14图 5.匀称及非匀称导热计算（算法依照DIN EN ISO 6946）图 4.气密层标注示意图（被动式超低能耗绿色建筑技术导则，住房城乡建设部，2015 年 10 月）外墙可能是由同一材料组成的复合墙板（如混凝土或砌体承重墙），也可能是由内在支架构成的（通常为木制材料或金属框架）。一体墙导热计算可简化为一维弹簧模型（匀称导热），但在框架墙中支撑结构（如木头柱子）的热导率要与隔热层分开考虑，再将两者以平行弹簧计算模式合并（非匀称导热）。（见图5）保温层墙体气密层e 环境系数（通常为0.07）nL,rest,空气替换率中的泄漏率（1/h）n50是50Pa,空气替换率或泄漏率（1/h）（0.6被动房目标）Vn50是50Pa,受测的体积（建筑室内空气体积）VV，是基于TFAm x room height m (max 2.5m)的空气换气体积Chapter 3建筑外围护结构的技术要点超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书15图 6.混凝土挑板冷热桥分析图（线性传热系数0.678 W/(mK)）图7.外围护结构中不同典型冷热桥传热区域从室外直接连接外墙的钢筋混凝土结构越多，则对外墙的能耗影响越大。比如当外墙设计达到了当地规范要求的参考数值，假如围护结构楼板边缘或悬挑板结构在每一层很多的话，外围护结构的平均传热值则可能远超过该规范要求。下图阳台结构是连续性的，所以节点会出现明显的冷热桥现象。冬季，室外温度远低于平时，室内楼板上下角温度也明显较低。（见图6）一栋建筑会在许多不同的外墙角处出现冷热桥现象（见图7）。适当的节点设计可以避免冷热桥。例如，将楼板 安装在保温墙混凝土内叶板上，保温层就不会在该处被分段。3.1.2 外围护结构冷热桥传热分析天花板支撑地板基础窗户安装屋顶分水岭屋檐Chapter 3建筑外围护结构的技术要点超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书16Chapter 3建筑外围护结构的技术要点一般民用建筑对节能要求高时，会采用预制夹心保温外墙。由内叶墙板、外叶墙板、夹心保温层和拉结件组成的预制混凝土墙板，称为夹心保温墙板。外挂墙板与主体结构连接节点处，通过预埋件将外挂墙板和支撑外挂墙板的主体结构构件相连，并传递二者之间的荷载与作用。外挂墙板系统的性能设计应根据建筑物的类别、高度、体型以及所在地的地理、气候和环境等条件进行。外挂板（见图8、9）或者老建筑新增保温外围护（见图10）。3.2.1 预制外围护结构墙板设计3.2建筑外围护结构安全性能要求图8.保温预制板和钢框架上暴露的饰面板图9.挂在混凝土框架上的预制三明治幕墙（佩克，2022）图10.改造现有建筑物使用的夹心板(Fib 43,Pittsburg,USA,AltusGRoup Inc.,2013)Example of connection at the bottom of a panelExample of connections on top or in the middle of a panelShim platePull and twistconnection(-s)Shim plate连接件在墙板底部的示例图垫板垫板抗拉扭连接件连接件在墙板顶部或中间的示例图超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书17图12.硬材保温墙墙角处节点处理（单阶段，外叶节缝加防水胶，不一定采用通风空腔）内叶板外叶板弹性黏着性填缝挤弹性黏着性填缝挤橡塑条(backer rod)橡塑条(backer rod)灌浆层保温填灌浆层保温填FF-PIR(聚氨酯板)FF-PIR(聚氨酯板)外叶板内叶板1、欧洲接缝做法的设计特点夹心保温墙的做法很早就出现在欧洲，特别是在北欧。预制构件厂、安装施工方皆较熟练，市场成品质量，准度较高，防水水平即已相当高。简单来说，构件节点设计一般会注意墙接缝处的气密性，并且使用弹性高、黏着性好的高质量填缝剂。2、不同的接缝类别和位置一般会考虑岩棉等软质材料，用于接缝处的填充。这种保温材吸水力强，故在外叶板面留有通风空腔，用以减少水分挥发所需的时间，从而达到排湿的目的。3.2.2 预制外围护接缝及节点做法图 11.利用承重和非承重预制夹心板的新型被动房建筑(Kuopio，芬兰，Pasi Kkel,2013)Chapter 3建筑外围护结构的技术要点超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书18Chapter 3建筑外围护结构的技术要点岩棉等软性保温材料排水管（带有坡度）横缝通风空腔图13.软材(如岩棉等吸水力较强的材料)保温墙墙角处节点处理图14.双阶段引流节点（窗边处）的漏孔（上），保温墙与窗用的一般都是防火胶等材料（下）填缝剂橡塑条(backer rod)通风空腔（竖，石棉）填料，砂浆连接件等通风空腔（竖）通风空腔（横）橡塑条（backer rod）排湿管道（往外下坡度）填缝剂填料，砂浆注：需要保证空腔不被填料，填缝剂堵住，保证通风功能和空气流动由于一系列原因，墙板内会积累一定的水分。随着时间的推移，这些水分会沿着夹心保温墙中的排湿空腔流动到墙角的排湿口排出。特殊情况如恶劣天气之下，设计师可能会选择带有防水填缝剂等的更加完善的排水空腔系统。但是无论选用哪种排湿系统，对施工阶段的质量要求都很高。超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书19Chapter 3建筑外围护结构的技术要点 国内接缝做法：接缝的设计应考虑湿度和温度波动引起的运动，以及建筑框架的运动。接缝质量受接缝条件、待结合表面的平整度以及接缝尺寸的影响。预制外墙板的接缝及门窗洞口等防水薄弱部位宜采用材料防水和构造防水相结合的做法。水平缝一般采用高低缝或企口构造。竖缝一般采用平口或槽口构造。当板缝空腔需设置导水管排水时，板缝内侧应增设气密条密封构造。水平缝做法：水平缝上下内叶板之间采用高强灌浆料填实，室内侧用专用防水砂浆封堵，保温层之间通过现场粘贴A级防火保温条实现保温层连续，外叶板之间通过PE棒和耐候密封胶进行防水处理。（见图15）预制构件间水平向交接做法：墙板端部的外叶板和保温层延长相接，接缝处用发泡剂填实后采用PE棒和耐候密封胶进行防水处理。（见图16）图15.水平缝节点详图超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书20Chapter 3建筑外围护结构的技术要点 门窗洞口做法：门窗部位应采用标准化部件，宜采用缺口、顶留副框或预埋件等方法与墙体可靠连接。洞口的室外一侧铺贴防水透汽膜和耐候密封胶，室内一侧铺贴防水隔汽膜，以防止薄弱部位的水汽渗漏。防水透汽膜和隔汽膜的搭接长度应符合 建筑用气密性材料应用技术规程 T/CECS 826-2021，在混凝土侧不小于 50，在窗框侧不小于 20，可以有效保证外门窗连接处的气密性。（见图17）图16.预制墙板与预制柱连接节点超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书21图17-1.外窗上下口构造示意图图17-2.预制凸窗节点图Chapter 3建筑外围护结构的技术要点超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书22目前较成熟的保温外墙系统及应用4.1 预制夹心保温外墙4.2 隔热阳台 Chapter 4目前较成熟的保温外墙系统及应用图 19.夏季建筑热质量例图（下），高热质量优点（上）图 18.预制三明治墙构件从工厂到工地各个工序中需要的连接和预埋系统混凝土与石材相似，密度高，热质量（热重）也高。因此预制墙板可以缓解和延缓峰值能源需求。典型混凝土外墙很重，期内混凝土层设计总厚度200以上。当墙板温度对室外温度的突然变化或昼夜温差反应非常缓慢时，墙板可以在短时间内延迟室内温度变化。在长期的季节性温度变化中，内墙板可以延缓室内温度的变化。（见图19）预制外墙是装配式建筑的重要组成部分，由内、外叶钢筋混凝土墙、中间保温层及连接件组成，可采用预制工厂自动化流水线生产，集建筑外装饰、保温隔热、外围护三种功能为一体。由于饰面层、保温层、结构层在生产时一次成型，现场施工时无需再做保温层和饰面层，极大地缩短了工期、提高了施工速度、降低了人工成本；采用预制外墙可以实现无外架施工，还可降低施工成本；此类外墙，工厂预制一体成型（见图18-右），饰面层与结构层同寿命，有效地解决了传统现浇施工存在的外保温耐久性问题。预制混凝土夹心保温墙体在建筑部品中受到关注，并逐渐发展成为预制建筑墙体的主流形式。(见图18-左)4.1预制夹心保温外墙4.1.1 预制夹心保温墙的结构和优势Principle for utilisation of the diurnal thermal storage potential(Johannesson et al.2006)wire loopconnectionlifting insertsbracing insertwall shoesPeikko PD Tie起吊预埋件支撑预埋件墙水平连接件墙靴佩克PD Tie桁架式连接件利用白天热量储存潜力的工作原理超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书24Chapter 4目前较成熟的保温外墙系统及应用图 20.预制不同种类三明治墙及该墙板连接方式在夹心保温墙体中，连接件连接内外叶混凝土墙板和保温层，其主要作用是承受两片混凝土墙板之间的剪力，而连接件的抗剪性能直接决定着整个夹心保温墙板的性能。为了避免预制夹心保温墙体中连接件和墙体连接 部位的冷热桥效应，连接件需要具有较低的导热系数，从而提高墙体的保温性能；连接件需要具备较好的耐腐 蚀性，以保证其在呈碱性环境的混凝土中具有更好的耐久性；连接件的膨胀系数则需与两侧的墙体相近，以保 证在墙板的使用寿命期间，可减少保温连接件与内外叶板之间的相对滑动。根据上海市DGJ08-2154-2014 装配整体式混凝土公共建筑设计规程 中第8.5.7条有关装配整体式夹心保温剪力墙保温层的要求，厚度不宜大于120。120的B1级防火材料，传热系数可控制在0.3W/(m2k)左右。适用于严寒及寒冷地区的夹心保温外墙板，构造仍为混凝土内叶板+中置保温层+混凝土外叶板，外叶板保温层厚度60-80，B1级保温材料的厚度为200，最厚可以达到400。连接件采用了桁架连接技术，不锈钢材质。普通的连接件为点状热桥，热桥附加值不高于5-6%，配套应用了涂料型防水隔（透）气材料、板缝高气密性处理、外窗无热桥内嵌式安装等创新技术，实现了外墙系统的高性能保温隔热、断热桥、防潮一体化。因此，采用不同形式的预制夹心保温墙板可以满足严寒及寒冷、夏热冬冷地区超低能耗建筑热工要求，满足其大规模推广使用的前提条件。预制混凝土夹心板分为内叶板和外叶板以及内外叶之间的保温层，均由保温材料组成。这种墙板的设计应能抵抗侧向力、重力荷载和温度效应。侧向力可能由地震或风荷载引起。重力荷载中包括自重。当桁架连接件高度增加，抗剪强度下降。FRP桁架式片式超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书25Chapter 4目前较成熟的保温外墙系统及应用图21.脱模起吊状况下连接件受力模型图22.正常使用状况下连接件受力模型（左），风荷载作用状况下连接件受力模型（中，右）4.1.2 预制夹心保温墙在超低能耗建筑中的应用 安全性预制夹心保温外墙板在制作、运输、安装以及正常使用等状态下，外叶板处在不同工况荷载作用下，连接件的受力也会不同，因此需要分别进行受力分析。1.脱模：外叶板承受垂直于墙面的荷载。连接件主要承受拉拔力，拉力主要组成是自重和模板吸附力。（见图19）间接变形主要为收缩变形、温度变形。通常外叶板边缘位置变形较大。这部分弯矩由连接件端部位置的斜腹杆受拉抵抗，因此连接件与混凝土板边缘的距离需要满足要求。（见图23）2.自重荷载：运输和正常使用状态考虑外叶板，即连接件承受竖向剪力，由斜腹杆的受拉承载力NRd和斜腹杆与竖向的夹角计算。考虑地震作用时，可把竖向地震作用与自重组合后验算，连接件承载力满足要求并且有足够的安全储备。外叶板自重偏心弯矩产生的压力由保温板承担。起吊、运输、安装计算需要另外应用动力系数，而根据不同的起吊设备选取。（见图22左）3.风压、风吸，地震：外叶板承受垂直于墙面的荷载，连接件主要承受拉拔力，可按同理验算。可将平面外水平地震作用与风荷载组合后验算，连接件拉拔承载力满足要求并有足够的安全储备（见图22中，右）。吊装三明治板模板与混凝土外层表面之间的粘结模板混凝土底层板的粘结+重量混凝土底层的粘结+重量内层外层风吸力内层外层风压力保温层受压区内层钢筋内层外层超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书26Chapter 4目前较成熟的保温外墙系统及应用图23.收缩、温度变形状况下连接件受力模型表4.外墙板材料热工参数 能效性根据 民用建筑热工设计规范 GB50176中规定，选择上海室内外计算温度工况，针对采用佩克连接件的夹心保温外墙板结构形式和材料热工参数，进行墙板传热数值模拟，得到佩克连接件引起的附加传热量，对夹心保温外墙板传热系数进行修正，进而对比 上海市超低能耗建筑技术导则 超低能耗建筑外墙传热系数限制，判断夹心保温外墙板是否满足要求。根据规定，上海冬季采暖室外计算温度tw=0.5，累年最低日平均温度temin=-3。当夹心保温外墙板热惰性（分析计算得到的）D=3.4，冬季室外热工计算温度te可以用规定中计算公式te=0.3tw+0.7temin而取值，te=-1.95。室内空气温度选为20。下表列出材料导热系数。外墙板传热数值模拟结果与分析针对采用佩克连接件夹心保温外墙板结构形式，建立传热数值计算模型，根据室内外计算温度，以及外墙板材料热工参数，计算无外窗墙板类型的传热量，并对外墙板传热系数进行修正。夹心保温外墙板（无外窗）200内叶板+70聚氨酯+60外叶板由上述分析可以看出，桁架式不锈钢连接件的受力模型相当复杂，同时在实际工程中，由于墙板上有门窗洞口的存在，会造成各种工况下偏心弯矩的存在，因此对桁架式不锈钢连接件应尽量做到均匀布置，减小偏心弯矩的影响。同时，根据实际工程应用经验分析，最不利工况为正常使用状态及脱模起吊状态，因此通常只需关注上述工况下的连接件受力情况、对连接件在混凝土板中的受剪及受拉拔承载力复核即可。序号123材料层内叶板/外叶板聚氨酯保温层连接件（不锈钢）导热系数 W/(mK)1.740.02417对流换热系数W/(m2K)外表面内表面238.7注：根据 民用建筑热工设计规范 GB50176聚氨酯导热系数的修正系数取为1.15。Diagonal TieDiagonal TieInner layerOuter layerOuter layerOuter layerInner layerOuter layerSummer temperaturedeformationWinter temperaturedeformation桁架式连接件桁架式连接件夏季温度变形冬季温度变形内叶板Inner layer内叶板Inner layer内叶板外叶板外叶板外叶板外叶板超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书27Chapter 4目前较成熟的保温外墙系统及应用图24.外墙板及佩克连接件布置图（无外窗）图25.夹心保温外墙板模型（无外窗）图26.外墙板温度分布云图（无外窗）表面：温度（degC）超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书28Chapter 4目前较成熟的保温外墙系统及应用图28.外墙板外表面温度分布（无外窗）图29.外墙板内表面温度分布（无外窗）（最高19.21，平均19.19，最低19.19）图27.外墙板截面温度分布云图（无外窗）计算得到，外墙板外表面最大和最小温差为0.09，外墙板内表面最大和最小温差为0.05，温差远小于 2，由外墙板表面温度亦可知，连接件热桥效应不明显。根据模拟分析计算，外墙板传热量为7.086W/m2，外墙板无连接件时计算得到传热量为6.795W/m2，因此，可计算得到佩克不锈钢连接件引起的附加热量为4.28%。表面：温度（degC）表面：温度（degC）表面：温度（degC）超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书29Chapter 4目前较成熟的保温外墙系统及应用图30.三明治墙与楼板连接节点针对夹心保温外墙板结构形式和材料热工参数（聚氨酯导热系数修正系数取为1.15），得到外墙板传热系数为0.352 W/(m2K)，因此，考虑佩克不锈钢连接件引起的附加热量，得到外墙板传热系数为0.367 W/(m2K)，满足 上海市超低能耗建筑技术导则 中墙板传热系数小于0.4 W/(m2K)的要求。舒适性Jyri Nieminen，芬兰SWECO集团首席可持续发展官，研究了印度喀拉拉邦的医院设计，以测试隔热层和全预制施工在湿热区域的经济效益。研究表明，医院等对室内环境质量要求较高的建筑，其设计可借鉴建筑结构对室内环境影响的评估方法。霉菌生长取决于生长基质的霉菌敏感性。以水泥为基础的产品被归类为中等强度的敏感性，与木基材料和石膏板相比，具有更高的抗霉菌性。喀拉拉邦医院大楼考虑了两种隔热层相同的备选外墙解决方案（见图30）。两种墙体类型的隔热层厚度相同，但由于结构中存在热桥，预制墙1的U值较高。热桥影响制冷需求。以制冷需求为准则，带连接件的三明治夹心墙作为外墙具有最佳的热工性能。两种外墙备选方案对应的霉菌生长指数也不同。由于室内温度设定比较低，全年水分都从室外流向室内。尽管建筑物压力过大，但水分流动导致空心板湿度过高，石膏板外表面有很大的霉菌生长风险。室内环境恶化的风险很高。夹心墙也有发霉的风险，但相对而言程度要小很多。超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书30Chapter 4目前较成熟的保温外墙系统及应用图32.热桥类型1图31.预制三明治夹心保温墙板“夹心墙板可以提供一个完整的建筑外围护，具有良好的气密性，在炎热和潮湿的环境下能够抵抗霉菌生长。建议使用具有高水蒸气扩散阻力的隔热材料。同时，混凝土表面的低含氧量也降低了隔热层受潮的风险。”Nieminen先生说。4.2.1阳台隔热为什么值得关注阳台间的结构断热桥被越来越多地用于建筑节能，有助于防止出现冷地板、结露和发霉。阳台结构应该具有足够的强度，以承受自重荷载。它还必须能抵抗不断变化的天气条件，这就是为什么对阳台采取适当的隔热保温非常重要。当非均匀隔板上或表面与材料连接处的热流增加时，就会发生热桥现象。屋顶连接外墙处、窗过梁，门框，等外围护结构非连续处产成了热桥现象。在一些现有建筑中，在阳台门区域经常出现潮气。原因可能是存在热桥或者没有正确设置防潮材料。4.2隔热阳台WindowperimeterExteriorSun-ShadeElementInteriorExteriorInterior窗周边室外室外室内室内遮阳板超低能耗建筑外墙和阳台保温系统白皮书31Chapter 4目前较成熟的保温外墙系统及应用目前，北美的建筑规范或能源标准中很少有明确指出应如何减少阳台的热损失，但这种情况正在改变：一些阳台能耗的研究已经进行，并且北美规范委员会正在考虑修改建筑规范，以专门解决阳台和其他突出构件的热桥问题。开发商也在独立考虑改善他们的建设措施以提升项目投资价值。如果缺乏必要的处理措施，混凝土阳台将冷却室内楼板，导致阳台附近的室内表面温度降至露点温度以下，导致结露、发霉和材料变质。混凝土阳台材质的侵蚀一直是世界各国高层住宅楼面临的一个严峻问题。传热速率主要取决于热桥上的温差、悬挑材料的导热性和传热截面大小。4.2.2 阳台隔热的新发现Exterior SideExterior SideShadingGlassSupportingBeamPeneterted Wall b