装配式被动房气密性研究

杨倩苗 孙志中 邹苒 孔黎遥

建筑结构类型对装配式被动房气密性设计影响最大。国家政策大力推广装配式混凝土结构（prefabricated concrete structure，PC），因此国内的装配式被动房大多采用PC结构体系。欧美的装配式被动式住宅则多采用轻型木结构体系，而高层建筑多采用框架结构外挂金属框架预制墙板。近几年装配式被动房工程实践不断涌现，以下通过三个不同墙体结构类型的典型案例的分析，探讨三明治混凝土墙板、轻型木结构墙板、金属框架墙板三种装配式被动房外墙在气密性设计方面的实践和理论创新。

1 中建科技成都研发中心

中建科技成都研发中心位于中建科技成都装配式产业基地内，2018年建成，建筑面积4409m²，包括一栋办公楼和一栋公寓楼，均为四层，清水混凝土外立面。南侧办公楼和北侧公寓楼都是装配式钢筋混凝土被动房，承重结构略有不同，办公楼是混凝土框架结构，公寓是混凝土剪力墙结构，均采用预制三明治保温板与主体结构湿法连接以形成连续的混凝土气密层。其中办公楼使用了10种宽、高尺寸同开间与层高的预制墙板，组合成了装配式特征明显、外观纵横方格形式突出的建筑立面（图6a）。

预制墙板由混凝土内叶板、中间保温板和混凝土外叶板三部分构成，内叶板与外叶板之间用低导热系数的拉结件连接。如前所述，混凝土内叶板是气密层，内叶板竖向板缝用后浇混凝土构造柱密封。由于力学结构和安装方式不同，横向板缝的密封处理不同。办公楼墙板通过连接件悬挂、固定在结构外侧，横向接缝缝宽20mm，横缝标高与楼板结构标高平齐，聚氨酯发泡填充，楼板结构层上现浇60mm厚轻集料混凝土隔声层盖缝，混凝土内叶板与隔声混凝土层形成垂直方向连续的混凝土气密层（图6b）；公寓楼承重内叶板安装在叠合梁上，横缝两侧采用水泥砂浆抹倒角，硬化后形成围挡，从底部灌浆孔灌注高强水泥砂浆直至水泥砂浆从溢流孔流出，内叶板与高强水泥砂浆形成了垂直方向连续的混凝土、高强砂浆气密层（图6c）。经测试，N50=0.36¹⁴⁰。

2 圣胡安被动房住宅

圣胡安被动房是单层预制轻型木结构住宅，2014年建成，建筑面积167m²，位于美国圣胡安群岛崎岖林地中，从开始施工到围护结构完工仅用时17天，是该地区第一个获得美国被动房研究所认证的被动房项目（图7a）。该项目平屋顶，屋面3%排水坡度，红线气密层位于保温层内侧，包裹着除了起坡闷顶之外的全部功能空间（图7b）254-265。该项目使用中等装配程度的预制墙板（图7c），除石膏板、石膏板内侧密实玻璃纤维、通风间层龙骨和纤维水泥板外，均在工厂预制生产。玻璃纤维材料密度大，为减轻预制墙板重量，降低运输、吊装难度，保温层被分为两部分，一部分集成到预制墙板内运送至现场（图7d），一部分现场施工。11mmOSB板是气密层，预制墙板本身的OSB板板缝、预制墙板板缝、预制墙板与地面及屋顶连接部位都使用耐撕裂专用密封胶带密封，密封胶带的质量和安装方式必须能够保证连接构件之间的相互位移。从外墙与地面连接部位构造详图可知，空气密封垫片填充横向木龙骨和地面OSB板气密层之间缝隙，密封胶带有效搭接预制墙板与地面的气密层（图7e）。该项目建成后的气密性测试结果N50=0.58²⁵⁵。

图7 圣胡安市被动式住宅项目

a 外观实景

b 剖面图中标示气密红线

c 墙板构造层次

d 运输中的预制墙板成品

e 外墙与地面连接部位构造详图

3 康奈尔理工学院高层被动房公寓塔楼

康奈尔理工学院高层被动房公寓塔楼位于美国纽约曼哈顿岛，2017年建成，高26层，建筑面积27万ft²（约合2.51万m²），内含352套公寓，是目前世界上最高最大的被动房（图8a）。为减少板缝数量以及潜在的空气泄漏和热桥，提高施工速度，史蒂芬·温特合伙人公司（Steven Winter Associates, Inc.,该被动房设计方之一）研发了前文提及的高性能金属框架预制墙板（mega panel）。该预制板的装配程度极高，除内饰面外的所有墙体构造层次都在工厂生产，窗户也在工厂中组装。建筑立面强调水平线条，横向的连续性不仅有利于提升建筑气密性和无热桥，而且最大程度地利用了预制板拼缝线条。经过一体化设计的集成外饰面的预制墙板在安装完成后，形成了黑白相间的水平线条立面效果（图8b，8c）。

预制墙板岩棉保温层内侧设置了专用密封膜作为围护结构气密层。为便于拼缝的密封，设计团队做了三方面的改进：一是竖向板缝与框架柱错开，预留足够的施工空间（图8d）；二是横向板缝高出楼板30cm（图8e）；三是锚固件部分的气密膜现场施工，使得施工速度更快。构造详图中，绿线是气密膜，蓝线是室外侧的防水透气膜，预制板悬挂于主体结构之外，拼缝位置使用专用胶带密封，现场施工，保证气密层的完整性。预制板尺寸大，为保证预制板结构温度变形，密封胶带不撕裂，拼缝处密封胶带预留了伸缩长度。塔楼建成后气密性测试结果为N50=0.13，远远小于0.6的气密性标准值。