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严寒地区车辆基地宿舍楼超低能耗保温综合措施研究

2024-08-22 52 上传者：管理员

摘要：严寒地区车辆基地及宿舍楼一般位于城市空旷地带或城市郊区，其环境温度更低，如何实现严寒地区车辆基地宿舍楼正常保温下的最低热能消耗是本文的研究目标。本文结合哈尔滨地铁3号线安通街车辆基地宿舍楼工程，采用理论分析和具体工艺技术措施研究，对宿舍楼保温构造、门窗气密性、房间供暖方式、太阳能蓄热墙等多种保温措施进行了对比分析研究，得出了外墙围护结构和门窗气密性是降低能耗的关键，蓄热墙储能升温和太阳能供热是有效减少能耗的技术措施，给出了严寒地区宿舍楼超低能耗的保温综合技术方案，对我国东北、西北等严寒地区的建筑保温及超低能耗的设计、施工具有重要的参考价值。

关键词：
严寒地区
太阳能蓄热墙
建筑物
超低能耗
车辆基地
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1、前言

我国严寒地区相比其他地区，对保温的要求相对较高，建筑物能耗几乎占全部能耗一半以上，在严寒地区降低建筑能耗意义重大。此外，在严寒地区冬季采暖以煤等不可再生能源为主，对自然环境影响较大。因此，进行适宜严寒地区超低能耗建筑保温设计研究显得十分必要。蔡倩等通过研究严寒地区居住建筑围护结构保温效果，提出了外墙、屋面和地面节能保温等超低能耗优化技术方案；金虹等兼顾节能性与经济性双重目标，提出严寒地区建筑外墙保温层最佳的经济厚度分别为70mm、50mm、60mm；马令勇等对严寒地区安达农村住宅进行研究，提出XPS保温板为最佳的墙体和屋顶保温材料，以及6mm+12mm+6mm低辐射Low-E玻璃为最佳的玻璃结构形式；李德英等通过研究近零能耗建筑围护结构节能适宜性，提出严寒优先采用模塑聚苯板或石墨聚苯板薄抹灰系统来进行节能保温；秦力等通过研究既有公寓建筑能耗现状和节能降耗策略，得到墙体中使用石蜡基相变材料节能效果好，坡屋面较倒置屋面节能；李刚等研究严寒地区农村住宅节能保温，结果表明，外墙增设保温层的节能效果显著，能很好提高住宅室内热舒适性；邵郁等通过研究严寒地区不同类型外墙保温情况，提出因地制宜选择外墙保温材料及保温系统。

2021年，哈尔滨市为积极响应国家关于发展超低能耗建筑号召，实现碳中和目标，在黑龙江省市住建厅的指导下选取宿舍楼、运用库等作为试点，对车辆基地进行超低能耗建筑优化设计研究。

2、工程概况

本工程对位于哈尔滨地铁3号线上的安通街车辆基地展开研究。其位于哈尔滨市香坊区安通街-红星街-三环路围合区域，属于严寒B区，整个区域呈长方形，东西方向长约1300m，南北方向宽约450m，占地面积319000m2，见图1。该项目作为保证地铁正常运营的后勤基地，日常以车辆检修和日常维修为主，配套综合维修中心、停车场、物资总库等相关设施，是综合性生产单位，同时，包括宿舍楼、食堂、培训办公等必要的辅助、生活用房。其中宿舍楼为甲类超低能耗建筑，占地9870m2,无地下室，高25.8m,共7层，外立面采用铝板幕墙，采用装配式配筋砌块剪力墙结构进行建造。

图1车辆基地实景

3、建筑设计

3.1外围护结构设计

严寒地区冬季漫长且室内外温差较大，通过外围护结构散失的热量较多，这将大大增加建筑能耗，同时，外围护结构的保温节能性对于降低建筑能耗起着重要作用，故应对外围护结构采用必要的优化技术措施。

外围护结构设计包括：屋面外保温构造、外墙保温构造和地面保温构造。

屋面保温构造：（1）钢筋混凝土屋面板，表面清理干净，修补平整；（2)20mm厚1:3水泥砂浆找平层；（3)10mm厚1:4白灰砂浆；（4)3mm+3mm厚SBS高聚物改性沥青防水卷材；（5)LC7.5炉渣混凝土找坡，最薄处30mm厚；（6)210mm厚挤塑板双层采用错缝铺贴，抗压强度不小于350k Pa;(7）隔汽层；（8)50mm厚C20细石混凝土防水层（上配筋φ6，Ⅰ级钢筋，双向中距200mm，钢筋网片绑扎或电焊），见图2。

外墙保温构造：（1)210mm厚挤塑板双层采用错缝铺贴，抗压强度不小于350k Pa;(2）断热桥锚栓@600;(3）隔汽层3mm厚SBS改性沥青防水卷材，卷至女儿墙顶部；（4)20mm厚水泥砂浆找平层；（5)300mm厚高防火岩棉封堵；（6）承重托件，见图3。

地面保温构造：（1)8～10mm防滑地砖（干水泥接缝）；（2)20mm厚水泥砂浆结合层，表面撒水泥粉，同时刷水泥浆一道（内掺杂建筑胶）；（3)30mm厚岩棉（燃烧性能A级）；（4）混凝土盖板（40mm厚C20细石混凝土，内配φ4@150钢丝网片）；（5）钢筋混凝土底板；（6)100mm厚C10混凝土垫片；（7）素土夯实，见图4。

3.2外门窗结构设计

外门窗是室内外空气进出的主要通道。外门窗的气密性越差，通过门窗渗透进来的风量就越大，这会使得建筑能耗的增加。对外门窗结构进行气密性和保温性优化设计、选用合适的外门窗传热系数显得十分必要。

图2屋面保温构造

图3外墙保温构造

图4地面保温构造

本项目选用窗框传热系数≤1.3W/（㎡·K）的铝包木窗、塑料窗等被动窗，窗框需要至少三道耐久性良好的材料密封，中空部分采用三玻两腔中空玻璃，玻璃间采用暖边间隔条。外门窗气密性7级，水密性5级，室内卫生间、楼梯间与其他区域的连通门气密性6级，有气密性要求的门均设闭门器。外门窗采用三道耐久性良好的材料密封，并在每扇窗上安装两个锁点。

主出入口设置保温门斗，门斗内设热风幕。主出入口内、外门下边缘及周边设置胶条，防止冷风渗透。门斗外门和内门气密性不低于7级，水密性5级。主出入口门斗内侧墙和顶棚设100mm岩棉保温层，岩棉材料指标同外墙保温材料，可使门斗与其上层、左右空间相邻的楼板、隔墙的传热系数满足超低能耗设计限值要求。

3.3气密性设计

严寒地区气候特殊，会对建筑气密性产生影响，容易导致冬季冷风渗透，增加建筑围护结构与外界的热交换，提高供暖能耗。因此，对严寒地区气密性进行必要设计显得极为重要。

(1）主要技术要求。(1)装配式墙片、梁、柱、结构板、砌块填充墙的拼缝处铺贴耐碱玻纤网格布，抹灰层厚度≥15mm;(2)本工程整体为一个气密区，整个外围护结构被连续气密层包围，内部设多个独立气密区，如楼梯间、卫生间。门窗气密性不低于6级，建筑外窗、外门气密性不低于7级；(3)外墙门窗洞口间、门窗框与结构墙体表面间以预压膨胀密封带进行接缝，预压膨胀密封带应与门窗框应同步安装，预压膨胀密封带膨胀后需将门窗框与结构墙体间的缝隙密封。室内一侧采用防水隔气膜，室外一侧采用防水透气膜，防水隔汽（透汽）膜与门窗框粘贴宽度≥15mm，与基层墙体粘贴宽度≥50mm;(4)砌体墙体（砂浆填缝）、包装胶带、聚氨酯发泡胶等不可作为构筑气密层的材料。适用于本项目构筑气密层的材料包括：浇筑养护良好的钢筋混凝土墙肢、配筋砌块装配式墙片、墙体内表面抹灰层（厚度≥15mm）等；(5)防水隔气膜、防水透气膜松弛地（非紧绷状态）覆盖在结构墙体和窗框上。防水隔气（透气）膜的搭接宽度≥100mm。

(2）管道穿越处的特殊处理。管道穿外墙、屋面或穿越不同气密区之间隔墙处，对穿管洞口进行有效的气密性处理，具体措施如下：(1)管道与洞口缝隙采用岩棉填实，从而减少室内热量向外的逸散；(2)外墙内侧和外侧穿管处分别采用防水隔气膜和防水透气膜，保证其在管道和墙体之间进行有效粘贴，同时在管道和墙体的搭接宽度均≥40mm，以减少空气中水分的流失，降低室内温度；(3)在墙内预埋穿透气密层的电线套管时，在接口处应采用专用气密性密封胶带进行密封，并将套管与线盒接口处使用石膏灰浆进行封堵填实。套管穿线完成后，需对开关、插座的管口用密封胶进行封堵；(4)外墙墙体、楼板以及不同气密区隔墙上的开关、插座、接线盒、消火栓等，采取气密性加强措施，预先在孔洞内涂抹石膏灰浆，并粘贴气密性胶带，或选用具有气密性的成品部件，成品部件透风量应不大于1.5m3/（m2·h）。

3.4供暖设计

严寒地区省份较多，建筑能耗总量较多，但因采用集中供暖使得能耗量控制较好，建筑能耗需求增长较缓。因此，对供暖系统进行必要的优化设计将能够进一步控制供暖能耗。在建筑中设置高效新风热回收系统，是实现超低能耗的必要技术措施。高效新风热回收系统（图5）可以实现室内整体通风换气，即通过由高效热回收器处理过的新鲜空气来调节室内温度实现超低能耗。具体过程是高效新风热回收系统进行空调热回收以及冬季采暖热回收，将室外干净新鲜的空气经过过滤、除菌、祛湿后，再进入高效热回收器，利用排风中的能量降低建筑空调耗冷量、供暖耗热量，从而降低供暖供冷系统总负荷，实现宿舍楼超低能耗。工作装置及原理如下。

(1）高效新风热回收机组采用变频机组，内设显热回收装置。为了满足室内新风量每人30m3/h的要求，在每个房间内设置新风送风口及二氧化碳浓度检测装置，并在走道上方统一设置回风管，当检测到房间内二氧化碳浓度超过0.1%时，新风支管阀门将打开以送入新风,新风机组将根据使用新风的房间数进行变频运行。

(2）送风系统由新风旁通管和电动风阀构成。当室外温湿度适宜时，新风可不经热回收装置而直接进入室内，保证室内空气顺畅流通，同时，使室内温度变得适宜。

(3）对新风热回收装置进行预热设置。并在机组内安装温度传感器以监测冬季进风，当其温度低于限定值时，预加热装置便会自启，以防止管线发生结露现象。

图5高效新风热回收系统

XSQ—消声器；XFJ—新风机；BWF—电动保温阀；FHF—离心风机

(4）新风系统装备低阻高效空气过滤器。

3.5太阳能蓄热墙设计

2020年，全国建筑全过程能耗总量为22.7亿tce，占全国能源消费总量比重为45.5%。其中北方采暖地区建筑能耗几乎等于其他地区的总和,同时不同气候区的建筑能耗逐年增长，但北方采暖地区的增长速率明显低于其他气候分区，见表1。

表1不同气候区2010～2020年建筑能耗

在北方采暖地区建筑能耗主要通过燃烧标准煤等不可再生能源来提供，这将产生大量建筑碳排放，对环境造成不良影响。而太阳能蓄热墙的推广使用可以有效降低建筑能耗，减少建筑碳排放，实现超低能耗，同时对于实现我国2030年前碳达峰，2060年前碳中和的战略目标有着积极影响。结合建筑造型需要，选用构件化的太阳能系统。本项目在宿舍楼南向墙面（图6）与西向墙面（图7）上布置太阳能蓄热墙，南侧可利用面积约290m2，西侧可利用面积约230m2，充分利用建筑的被动得热。外墙保温层厚约330mm，并在外保温层外侧增设蓄热砖，并在层间结构梁外侧增设长为550mm的悬挑构件。由于本项目主体工程已接近封顶，层间的结构梁截面尺寸较小（b×h=190mm×400mm、b×h=190mm×600mm），在施工过程中需充分考虑增设蓄热墙悬挑构件对主体结构受力性能的影响。

3.6断热桥设计

严寒地区冬季室内外温差大，容易导致室内热量的散失，而进行断热桥设计能够有效减少热量的逸散。

措施如下：（1）保温层中采用隔热垫片与基层墙体进行隔离；（2）金属构件穿透保温层时需经密封处理，并采用预压膨胀密封带将缝隙填实；（3）隔热垫片的主要原料为环保硬泡聚氨酯，通过压合成型制成高密度、高强度复合材料，应具备防潮、隔热、阻燃、易加工、易开裂的特性；（4）建筑内排水管道包覆厚度≥30mm的保温隔声垫；（5）燃气热水器排气管道采用厚度≥100mm的岩棉进行包覆。

图6外立面南向墙面

图7外立面西向墙面

4、结语

本文以哈尔滨地铁3号线安通街车辆基地为例，研究严寒地区车辆基地宿舍楼保温构造设计。对严寒地区宿舍楼外围护保温构造、门窗气密性、房间供暖、阳光蓄热墙等多种保温措施进行了对比分析研究，并给出了超低能耗的保温技术方案，成功应用于安通街车辆基地设计和施工，不仅提升了宿舍楼的保温性和蓄热性，还降低了宿舍楼的散热性，为严寒地区宿舍楼保温节能的发展提供新理念和新思路。

参考文献:

[2]蔡倩,朱清宇,张欢等.严寒地区超低能耗居住建筑围护结构施工技术研究[J].施工技术(中英文),2022,51(05):37-39.

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[4]马令勇,王慧,李栋等.严寒地区农村住宅围护结构保温改造分析[J].热科学与技术,2020,19(05):430-435.

[5]李德英,王艺霖,邓琴琴等.近零能耗建筑围护结构节能适宜性评价体系研究[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2020,36(01):131-139.

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文章来源:陈雄,甘谊龙,刘彪,等.严寒地区车辆基地宿舍楼超低能耗保温综合措施研究[J].中国设备工程,2024,(16):241-244.