三楷深发陈占虎:被动房保温结构一体化助力碳中和
“双碳”目标对建筑行业提出了新的发展要求。外墙外保温系统作为建筑工程降低能耗的一项重要分项工程,是建筑行业实现“双碳”目标的重要路径。随着近两年,多地出台政策限制外墙外保温系统的使用,外墙外保温系统如何寻找高质量发展之路,如何助力“建筑碳中和”目标的实现?对此,8月20日,中国房地产采购平台联合住建部康居认证中心继续推出“2021建筑产业‘碳中和’发展云论坛”第四季,聚焦外墙外保温系统。论坛特邀外墙外保温领域专家及资深从业者共同探索建筑行业碳中和的实现办法。
论坛上,河南三楷深发科技股份有限公司技术总监陈占虎以被动房保温结构一体化助力碳中和为主题进行演讲。
以下为演讲实录:
陈占虎:
在施工工艺和监管各个环节中,外墙外保温中薄抹灰系统是很好的系统。但是现实中薄抹灰外墙外保温的系统,板材脱落,火灾现象频发,这种背景下各地出台了相关的政策,对薄抹灰外墙外保温系统禁止使用,现在河北省除了砌体结构20米以下的可以用外墙薄抹灰系统,其他的体系,无论是被动房的公共建筑还是居住建筑,新的标准出来之后,都是用保温一体化技术,新的技术体系。对设计咨询、施工、后期的检测评价以及后期的运营都带来了一定的困扰。
被动房保温结构一体化的提出也有社会责任,后期的保温系统的修缮、更替,不但是增加碳排放量的问题,还有社会矛盾的问题,这部分的维修基金从哪来?政府单位也是想把建筑外保温系统做到和建筑同寿命,需要本着很大的社会责任感推动这个体系。
虽然我们各方面也有困扰,但也是抱着积极的心态,不断的梳理问题,提出一些思路,使得被动房保温一体化的技术不断的完善。
三楷深发单位在被动房做咨询,也是做一些材料的生产,包括施工、检测和运行。接下来谈谈三楷深发在新体系推广过程中的困难和一些思路。
本次汇报的题目是被动房保温结构一体化助力碳中和,第一个是保温系统使用寿命与碳排放的关联性,第二个是保温结构一体化的类别和特点,第三个保温结构一体化潜在的问题,最后是围绕这些问题想到的解决思路。
首先第一部分,保温系统使用寿命与碳排放的关联性,有一个标准CECS374:2014《建筑碳排放计量标准》:这涉及了2014建筑碳排放剂量标准里面两个术语,一个是建筑全寿命周期,建筑从材料生产至最终拆解、回收的一系列前后衔接的阶段,包括材料生产阶段、施工建造阶段、运行维护阶段、拆解阶段和回收阶段。另一个是运行维护阶段,指建筑运行的耗能量、耗水量,可再生能源的种类及使用量,维护更替活动的材料消耗量,维护更替活动的耗能量。其中 运行维护阶段中,维护更替活动产生的材料消耗量和耗能量应通过查询维护更替方案确定,并按本标准附录A表A-3进行记录,就提出了一个建筑外墙系统寿命和碳排放是有关联性的。
这个标准里面提出运行阶段过程中,在工程方案定下来以后,需要进行目录的记录和填写,可以看到活动水平数据采集记录表里面对更换的方案实施的过程中的材料更替、构件、部品和设备耗量要进行统计,计算的公式里面也规定了材料构件更替的碳排放的计算公式,需要把主体材料统计出来以后,对应的碳排放因子进行累加,得到材料更替的碳排放量。
目前结合河北省地标来看,河北省工程建设地方标准《被动式超低能耗居住建筑节能设计标准》DB13(J)/T8359-2020和河北省工程建设地方标准《被动式超低能耗公共建筑节能设计标准》DB13(J)/T8360-2020两个标准都提出了现浇混凝土保温系统在市场使用的条件下,保温系统使用年限不应少于五十年,现在的建筑设计一般都是五十年,这个体系提出来以后,基本上实现了保温系统和建筑同寿命。在《外墙外保温工程技术标准》JGJ144-2019里面也提到了正常使用和正常的维护条件下外保温工程的使用年限不应少于25年。
在整个建筑的生命周期过程中,目前所用的外墙使用寿命25年,理论上50年的过程中需要更替两次,如果用河北省的地标设计和建筑同寿命,就不需要更换。这就可以减少更新维护的碳排放量,这也是被动房保温结构一体化和碳排放之间的关联性。
围绕着被动房能耗计算的关联性把地标的构造和要求给大家分享一下。这里面提到了一个大类来,第一个大类是现浇混凝土内置保温系统,分为点连式和垳架,其中点连式的内置保温系统,混凝土结构层、保温层和外面的混凝土层中间是连接件和限位固定件解决的,三楷深发做能耗计算的过程中困扰比较大的,第一个是里面的连接件用的材料是八毫米的螺纹钢筋,在被动房里面用的断桥铆栓,在热桥传输量是影响比较大的,虽然为了加强各个构造的连接的有效性,提出来用这个材料做,但是被动房设计过程中热桥量很大,所以需要我们对材质和构造多想一些思路解决这些问题。还有一个影响比较大的,要求层间混凝土挑板伸至4/5的处,端部设置隔热错之,但是空间上下一公分,这个热桥的处理效果有,但是还需要进一步的完善。其中还要求保温板是六面,虽然砂浆只有薄薄的一层 ,但是对热桥也是有影响的,点连式的设计过程中要对热桥进行分析,考虑到能耗的计算。现浇混凝土内置保温体系垳架的,同样要求层间设置混凝土角板,保温板也是六面喷涂砂浆,也考虑到对热桥的影响,地标里面提出来所有的系统垳架腹筋、穿透保温层的斜插丝应该采用不锈钢丝,它在所有的金属材料里面导热系数低一些。
第二个大类,指的是钢丝网架复合板喷涂砂浆外温保温系统,也分A板和B板,A板的构造,基本上是到墙上以后混凝土墙体,这是保温新材,中间有一个连接件,构成了A板,这个体系也有一个要求,连接件也是一个上面的材质数量不是一样的,存在一些热桥,辅丝都是不锈钢丝,条板伸出的长度标准没有定,后面六面要包覆,解决施工运输过程中的防火的问题。
同样的体系,公建地面的填充板是B板,喷涂砂浆,A级保温板,保温新材,外面的构造也是A级保温板加上砂浆喷涂,中间也是非穿透的斜插丝和钢丝网组成,通过连接件做连接,找到稳定性,材料的要求也是一样的,包括辅丝也是不锈钢的,隔层也要设置混凝土角板。
河北省工程建设地方标准《被动式超低能耗居住建筑节能设计标准》DB13(J)/T8359-2020里面考察实际工程应用的情况,包括研发的情况过程中提出了内置夹心保温系统和喷涂系统,鼓励采用新技术、新工艺、新材料、新产品。
还有一种是保温结构一体化,大模内置现浇混凝土复合保温板体系,配套的产能,包括产品的种类、工程应用数量都是比较成熟的,混凝土构造层、保温层外面是一个找平层,抹面层和饰面层,形成了一个保温板的体系,要求厚度包括里面保温新材的等级,也会产生一些热桥,层间也要设计混凝土调板。
所以在整个的被动房设计过程中突出的特点,每个层间设置了混凝土挑板,可能端部用真空板出来,上下左右进行延展40到50公分,尽量的减少热桥对能耗的影响。
三楷深发做这个体系开发和咨询过程中碰到的一些问题,第一个问题是桁架式、点连式内置夹心保温系统修正系数对保温厚度设计的影响,地标里面没有明确的规定系统的修正系数是多少,说应该根据时间的数据结合热工计算,综合的考量系统的修正系数,后面的条文解释里面也举了一个例子,提到系统修正系数1.3,但是考虑到各种构件会增加,所以要根据实验具体的给定,目前要参与热工计算,除了保温材料1.05以外还要对系统加一个修正系数,然后还要满足0.15的K值要求,无形中增加了保温的厚度,保温的厚度增加了以后,后期的容积率都会产生影响。
第二个层间混凝土挑板线性热桥对建筑能耗的影响。
第三个层间混凝土挑板经热桥处理后,在满足建筑整体能耗计算要求时,应需深入考虑其 对同一层不同住户的差异性影响,同一层不同方向的,虽然整体能耗可以算过去,但是对于东西边户,热桥对这两户的影响比较大,有差异性,因为被动房不是公建,是每个单户一个气密区,入住之后单户能耗的影响也需要我们思考。
第四个是内置夹心保温系统构造图集目前已经颁布实施的较少,且服务于工程实践项目较少,所以我们咨询过程中也会碰到构造结点设计和参考的依据比较少,这些标准新设计出来之后,没有经过很多的功能事件也可能需要不断的完善,这也是在整个建筑建造过程中碰到的问题。
三楷深发提出几个思路解决,关于热桥的问题还是根据试验数据结合热工计算,在材质、构造上优化且削弱连接件、桁架及层间混凝土挑板热桥,降低系统修正系数、热桥热损失及建筑能耗;
第二个思路是开发高强节能预制件,降低层间混凝土挑板热损失,需要进行安全性计算、热桥模拟计算及建筑能耗模拟计算,最终确定组合构造连接形式及最优尺寸;
第三个思路, 结合颁布实施的《被动式超低能耗建筑节能构造(二)》(现浇混凝土钢筋桁架内置保温构造)(统一编号:DBJT02-179-2020,图集号:J20J222)构造图集,针对具体工程项目特点,加强构造节点深化设计。
被动房保温结构一体化的技术可以打幅提升建筑外保温系统的使用年限,可显著降低运行维护阶段,助力建筑碳中和目标的实现,感谢建筑碳中和云平台给大家提供学习和交流的机会,谢谢各位。