Super E在轻木结构建筑中的应用

□文/武 一 马立鹏 郭 佳 华 龙 崔爱珍

1 木结构发展与现代应用

三千多年前，中国就形成了用榫卯连接梁柱的木结构体系，到唐代趋于成熟，许多古木结构已历经百年甚至千年。梁柱木结构体系从唐代起就流传到日本、朝鲜、越南、缅甸和蒙古。1949年后的前两个“五年计划”期间，建设速度较快，木结构能就地取材又易于加工，因此砖木结构在建筑中占有相当比例。20世纪80年代，中国可用于结构的木材基本采伐殆尽，当时国家又无足够的外汇储备从国际市场购进优质结构用木材，以致停止使用木结构，木结构学科无形中在中国消亡将近二十年。

改革开放以来，中国的经济和社会发展取得了举世瞩目的成就，但在这个过程中也产生了许多新的问题，能源与环境问题逐渐暴露出来甚至已经影响每个人的生活，节能减排与环境保护迫在眉睫。中国建筑业在20世纪末快速发展，消耗大量的能源兴建大量建筑，在生产使用水泥的过程中必然伴随着大量能源的消耗及大量碳的排放。据统计，目前我国建筑单位采暖能耗约为气候条件接近的发达国家的2～3倍。为减小建筑能耗，实现可持续发展，2005年制定建筑节能65%的目标。“十三·五”规划纲要指出，我国在未来五年应当推动低碳循环发展，进一步提高建筑节能标准，减小建筑运行能耗，同时，大力推广发展绿色建筑和建材。

在北欧、北美、日本等国家和地区，木材在住宅建筑中得到了广泛的应用。2001年我国加入了世贸组织，受美国、加拿大等国家的影响，加上木材进口实现了零关税的政策，对木结构建筑的认识重新拉开了序幕。同时我国林业建设也取得了很大的成绩，森林面积及人工林的面积持续增长。在政府一系列有关人工林和木材进口等相关政策的推动下，我国木材进口大幅增长，主要应用于建筑、造纸和家具业等。林业建设的高速发展以及大量的木材进口，为木结构建筑在中国的发展带来了新的春天，21世纪以来，我国不断引进国外先进的现代木结构建造技术和健康生活的住宅理念，越来越多的开发商和研究机构参与了木结构住宅的建设，使得木结构在我国建筑行业中得到了越来越多的应用，木结构住宅的优点被更多人所熟知并受到了更多人的喜爱。

2 工程概况

中加生态示范区枫丹园项目位于天津市滨海新区生态城旅游区内，总建筑面积123 145 m2，由10栋洋房、24栋轻木结构别墅组成。中加生态示范区枫丹园项目为我国最大规模现代轻木结构建筑群，是中国住建部与加拿大自然资源部国家层面首批深化合作试点项目。其中轻木结构别墅首次引入加拿大目前最尖端的Super E房屋建筑节能标准，通过高水平的建筑节能技术使轻木结构房屋成为节能环保的绿色建筑。

3 木结构建筑节能及Super E标准

热量从温度高处向温度低处流动，通过建筑物围护结构在室内、室外之间流动。室内外之间的热流不可能完全停止，但可以通过对建筑围护结构的改进，使热量流动减缓。热量主要由以下几种方式传递。

1）传导。传导是热量在固体物质之间传递的方式。分子受材料一边的热源刺激，由材料将热能传递到温度较低的一边。热量流动速度取决于所用的材料；每一种材料都有各自抵抗传导热流的能力。材料的公制热阻值以国际标准耐热系统（RSI）为测量单位。高RSI值表示材料对热量流动的阻力大。

2）对流。对流指的是密度较小的热空气向上流动，而密度较大的冷空气向下运动。对流主要存在于室内，少量存在于建筑物构件之内。墙体内有空隙时它们能使热量流失。不过，其影响一般要小于其他方式。

3）气流。气流携带着冷或热空气。气流强度取决于房屋内外的压力差以及建筑物围护结构的气密性。在寒冷气候中，由风作用的冷空气迫使室内的热空气流向室外；当室内的热空气通过墙体里的空气泄漏点流向室外时，可将室外的冷空气吸进室内。而在温暖气候条件中，暖气流入房屋，而冷空气流出房屋。房屋室温受到所有这些热传递的影响。

为提高房屋建筑节能效率，在热量传递方面，通过减少建筑物围护结构的热量传递而达到节能效果。研究表明，建筑流出的热量75%从外围墙体处流出。墙体内填充材料的热阻RSI值远高于结构材料的RSI值，热量通过墙体传递在结构骨架处形成热桥，热桥处传递的热量占墙整体传递出热量的80%。木材的RSI值是0.009/mm，约是混凝土的10倍，是钢材的400倍。因此，组合木柱为墙体结构骨架的木结构在节能效率方面大大优于混凝土结构或钢结构。木结构与砖混结构相比，相同条件下每年采暖及空调消耗的能量总负荷降低26.9%。

在气流方面，通过对结构中易产生气流的部位加强封闭，保证建筑整体优良的气密性。通过减少对流的产生，从而减少热量的泄露。在木结构建筑围护基础上增加气密层，对建筑围护结构形成一个连续性气密系统。

加拿大R-2000能源项目由加拿大政府赞助，是加拿大住宅建筑工业界和加拿大自然资源部的合作项目。该项目本着房屋作为整体系统的原则，将最新、最尖端的建筑和节能技术、材料和工艺运用到轻型木结构房屋中去。和传统房屋相比，根据R-2000标准建造的房屋可以降低30%～40%的能源消耗和运行费用。R-2000标准不断地被修改和更新，以保证它代表最尖端的技术。Super E房屋项目是为使R-2000项目适用于除加拿大以外的国家而改编的，自1999年以来，它已经被引入日本、英国和爱尔兰。Super E的主要目标是在国际范围建立一个能效标准，以实现人们在建筑的舒适性、室内空气质量、湿度控制、耐用性、噪音控制以及绿色建筑方面的追求。

4 Super E技术施工工艺

为达到Super E能源标准的要求，应用于房屋建造中的高水平节能技术，统称为Super E技术，见图1。

图1 Super E气密系统施工工艺及效果

Super E技术主要体现在以下方面。

1）外墙覆面板气密系统以木结构覆面板为主体，其强度高、耐久性好、抗冲击破坏能力强、施工安装相对简单。由于无需过多考虑穿孔处和构件交界处的气密问题，外墙覆面板系统比室内系统更易于安装。气密系统的安装原则是，在接缝和穿透处做到连续有效的密封处理。中国的木结构建筑规范要求采用结构胶合板和定向刨花板，这两种材料的空气透过率很低，加之尺寸面积较大，所以可作为有效的气密材料使用。不过，两片板式材料之间的缝隙必须经密封处理，保持气密层的整体连续性。为确保密封的有效性，使用50 mm宽的即撕即粘式沥青涂层胶带，对所有水平和垂直接缝从覆面板外侧进行覆盖，在拐角处应密封内外两侧；还应确保气密系统在门窗和外墙墙体之间以及其他构件交界处，如外墙和屋盖，外墙和基础墙之间的连续性。

2）石膏板气密系统和外墙覆面板气密系统类似，两者均为围护结构的基本构件，紧固于框架结构材料上。石膏板墙上如有穿透或破坏，必须及时修复以保证整个气密系统的完整性。石膏板气密系统主要采用12 mm或15 mm厚度的石膏板，作为室内装饰材料，与楼盖定向刨花板（OSB）以及墙骨柱和格栅共同组成石膏板气密系统。石膏板气密系统必须保证密封的连续性。石膏板之间的接缝一般用泡棉胶带从背面密封，然后将石膏板紧贴胶带，按最小200 mm间距用螺钉固定在墙骨柱上。胶带一般为10 mm×6 mm，密封微孔，低密度，自粘式的聚氯乙烯泡棉带。胶带应使用U形钉固定，以防在随后的施工中脱落。在梁板和地板垫层之间须密封的地方，用密封剂进行填缝处理，密封剂必须弹性好、耐久好并与所有材料相粘接。聚氨酯泡沫填缝剂有时候用于处理门窗框架与门窗洞口之间的缝隙。注意应使用低膨胀系数的发泡填缝剂，以尽量减少缝隙间的压力。与其他气密系统相同，石膏板气密系统也应特别注意在构件交界处和穿孔处的密封，以保证密封的连续性和整体性。

3）外侧覆面薄膜由于耐久性、刚性较低，紧固不易，与外墙覆面板和石膏板气密系统相比，更易损坏，而且在构件交界处和开口处的连续性更难保证。目前，薄膜一般铺设于外墙结构覆面板之外并对接缝处、构件交界处以及穿孔处进行彻底密封处理，以形成连续的气密层。外侧覆面薄膜一般采用纺粘聚烯烃基防水透汽膜，俗称呼吸纸。呼吸纸的安装标准是必须所有的接缝、裂纹、穿孔全部都被密封好且按照顺水搭接的顺序安装，若安装中存在破裂或没有做好泛水节点的位置，雨水就会由此渗透呼吸纸并进入主体结构。安装呼吸纸必须从底部开始由下向上铺设，同时需要保证所有的横向接缝至少有150 mm的搭接，竖向接缝至少有300 mm的搭接。

4）内侧覆面薄膜一般采用聚乙烯膜，聚乙烯膜只能应用于寒冷和凉爽气候中，在混合或湿热气候下使用可能造成严重的潮湿和耐久性问题。室内聚乙烯薄膜气密系统安装于围护结构内侧、石膏板的下方，聚乙烯薄膜不具备覆面板气密系统的刚性和耐久性，却易铺设，在围护结构上可形成连续的气密层并能满足气密材料对空气透过率的要求。施工时应注意一定要铺设在构件温度较高的一侧，绝对避免铺设于温度较低的一侧，以免造成水汽冷凝。典型的铺设方法是整张的聚乙烯薄膜以U形钉钉入墙骨柱和格栅并互相搭接，在需要时使用填缝剂或适用的胶带进行密封处理；然后用石膏板将聚乙烯薄膜覆盖并用螺钉紧固于木框架构件上，螺钉同时固定薄膜搭接部分，形成密封。

5）热回收新风系统是对住宅进行24 h不间断的换气，使住宅整体保持新鲜空气流通的通风换气系统。系统工作时，室内污浊空气通过排风管道经全热交换器排到室外；同时，新风经全热交换器通过送风管道进入室内。在送排风的同时，送入室内的新风吸收排风中的冷（热）量，进行热量回收，达到节能的目的。夏季回收排出空气中的冷量，再把室外的热空气制冷后送入室内；冬季回收排出空气的热量，再把室外的冷空气预热后送入室内，从而减少能量的损失，降低空调制冷制热空气的能耗。Super E技术在轻木结构的应用，几道气密系统和新风系统协同工作，确保室内空气新鲜、减少室内能量的损失、节约维持室温消耗的能量，使木结构真正成为高效节能建筑、绿色建筑。

5 结语

现代轻木结构在北美、北欧、加拿大等国家和地区，已成为低层住宅的首选结构形式。轻木结构以可再生资源的木材作为主要建筑材料，优异的建筑节能效率也符合我国提倡的绿色建筑的理念，木结构构件可实现批量生产，结构施工安装简单，建造周期短。

中加生态示范区枫丹园项目作为轻木结构及Super E节能标准在我国应用的首批试点项目，结构可靠度、舒适度及优异的节能效率得到了业主和建筑同行的一致认可，验证了在中国冷热交替气候下轻木结构的实用性和可行性，为我国低层建筑提供了新的结构形式，促进我国建筑节能标准与国际接轨，对我国木结构建筑的发展和推行起到了示范作用。

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