被动房无热桥设计研究

北京首都开发股份有限公司

王立学

北京首开中晟置业有限责任公司

王翮高小玉

北京建筑节能研究发展中心

李思达王亚峰

被动房是一种仅靠对新风进行制冷或加热即可满足室内热舒适度（符合ISO7730标准）要求而无需使用传统空调系统的建筑。被动房的五大关键技术是高效的围护结构保温系统、高舒适节能外门窗系统、高效热回收新风系统、气密性、无热桥（图1），故其建筑能耗更低。

图1被动房的五大关键技术

在无热桥设计方面，目前国内普通建筑相关标准中虽已提及对热桥部位进行考虑，但并未提出具体要求，一般仅在热工性能计算时对主断面的传热系数进行修正，得到平均传热系数。然而该处理方法并没有真正削弱热桥，热量会集中从热桥部位快速传递而增大建筑物的空调、采暖负荷及能耗，并可能造成冷凝结露、发霉、空气污染、建筑结构及构件损坏等一系列问题。由于被动房围护结构保温性能很高，热桥对被动房能耗的影响比对普通建筑更大，因此在被动房设计时应尽量消除热桥，若不能消除则需进行断热桥处理。

在被动房热桥的计算中，当线性热桥系数不大于0.01W/（m·K）时，在PHPP热桥项中可不输入热桥值。这也意味着设计时需对建筑中存在的热桥部位分别进行模拟计算，常用模拟软件有Therm和Flixo等。被动房的典型热桥部位包括幕墙连接件、外窗、女儿墙、悬挑构件等，本文通过对这些典型热桥部位进行不同工况的热工模拟分析，研究高效的无热桥设计做法。

1 设计原则

在被动房中，热桥对其能耗的影响远超普通节能建筑，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：通过断开线热桥部分、保温层全包、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层而形成明显的热桥，因此需对幕墙连接件节点进行优化设计，一般做法为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（图2）。

图2 隔热垫块断热桥做法

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3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，热导率为45W/（m·K），高强度聚氨酯垫片厚50mm，热导率为0.1W/（m·K），复合材料垫片厚度50mm，热导率为0.2W/（m·K），保温层采用200mm厚聚氨酯板，热导率为0.025W/（m·K）（图3）。

图3 三维建模示意

（a）实体节点1；（b）实体节点2

图4为3种工况下的温度分布云图，表1为模拟计算结果。

图4 温度分布（计算机截图）

（a）无垫片；（b）高强度聚氨酯垫片；（c）复合材料垫片

表1 不同工况下的计算结果

综合上述3个工况，采用高强度聚氨酯垫块工况的热桥系数最小，其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%，故实际工程中应结合具体项目幕墙情况采取相应的断热桥措施，建议采用高强度聚氨酯垫块作为幕墙断热桥措施。

2.2 门窗

普通建筑的门窗一般安装在窗洞口中间位置，会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，将保温层覆盖窗框，采用外挂方式来降低热桥，二者的安装节点如图5所示。通过建立模型，使用250mm厚岩棉条，200mm厚混凝土外墙，热导率为0.8W/（m2·K）的窗框，分别模拟外挂与非外挂两种方式下的传热性能。

图5外窗安装方式示意

（a）传统外窗；（b）窗户外挂

模拟结果如图6所示。经计算使用传统安装方式窗户的安装热桥是0.13W/（m·K）；而若采用外挂安装方式，窗户的安装热桥为0.007W/（m·K）。通过改变安装方式可降低94%的安装热桥。综上所述，建议采用门窗外挂的方式作为断热桥措施。

图6 装方式热桥模拟

（a）传统外窗；（b）窗户外挂

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，但由于该部位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层全包的方式进行处理。本文模拟3种女儿墙断热桥措施对传热的影响，具体做法为：（1）普通建筑女儿墙板采用80mm厚XPS保温板，墙顶及墙内侧不包保温；（2）女儿墙采用200mm厚XPS保温全包；（3）200mm厚XPS保温板全包且保温板穿透女儿墙。3种工况的女儿墙做法节点如图7所示。

图8对比了三者方案的热桥模拟结果，模拟结果见表2。