冷弯薄壁型钢被动式装配建筑的新进展

张建伟 周建安 廖建文

（1. 中国被动式集成建筑材料产业联盟 北京 100024；2. 通道侗族自治县建设工程质量安全监督站 怀化 418500；3. 溆浦县建设工程质量安全监督站 怀化 419300）

0 引言

从2010年世博会的第一栋被动式建筑“德国场馆汉堡之家”，我国被动式建筑的发展已有10多年历史。目前，我国大多数省份都出台了被动式建筑的鼓励政策，尤其是河北省预计2025年被动式建筑产业达到万亿级产值，江苏省要求2025年新建建筑均为被动式建筑。随着碳达峰碳中和的进一步深化实施，我国被动式建筑将步入快速发展之路。

1 被动式建筑介绍

上世纪80年代，瑞典隆德大学Adamson.Bo教授提出被动房概念。1991年，德国物理学家Wolfgang Feist建造了全世界第一个具有现代意义的被动房。各种不同功能类型建筑如居住、办公、学校、养老院、工厂、超市、宾馆等，以及不同结构类型建筑，如混凝土结构、砖混结构、钢结构、轻钢结构、木结构等都可以按照被动式建筑标准进行建造。

按照欧盟委员会支持的欧洲被动式建筑促进项目（Promotion of European Passive Houses）中对被动式建筑的定义，被动式建筑是指不通过传统的采暖方式和主动的制冷空调形式来实现舒适的冬季和夏季室内环境的建筑。其最大特点在于通过被动式设计，使得建筑对采暖和制冷的需求最小化。被动式建筑的研究与实践始于德国，根据德国的气候条件，欧洲被动房建筑的技术措施重点解决冬季采暖需求的最小化。被动式建筑适合于世界上各个不同气候区，根据不同气候区进行不同设计，达到同样的能效和室内舒适度。图1为1991年世界上第一座被动房建筑。

图1 1991年世界上第一座被动房建筑

被动式建筑是建筑节能理念和各种技术产品的集大成者，是通过高保温隔热、隔音、强密封性的建筑外墙和可再生能源得以实现。被动式建筑在寒冷地区的采暖需求是15 kWh/（m2·a），相对于我国北方的节能标准是非常低的。被动式建筑不使用传统采暖设施，依靠建筑自身的得热，如灯光、家电、电脑、做饭以及人体本身的发热就能满足冬季室内不低于20 ℃。被动式建筑不仅提供了舒适的室内环境，还最大限度地降低对冬天采暖和夏天制冷的依赖。

2 冷弯薄壁型钢装配式建筑

冷弯薄壁型钢龙骨式结构（LGS）住宅体系，属于装配式建筑，在我国的发展已有20多年的历史。据不完全统计，2020年我国有10万栋该类型新建建筑，并且每年都超过10%的增长速度。

冷弯薄壁型钢装配式建筑是一种新型建筑应用理念。所谓装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑用构件和配件（例如楼板、墙板、楼梯、阳台），运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成。图2为冷弯薄壁型钢骨架。装配式建筑降低了建筑设备应用过程中的运输成本，能够实现工业建筑材料应用的多样化发展。

图2 冷弯薄壁型钢骨架

目前，我国正在大力发展装配式钢结构建筑，冷弯薄壁型钢结构建筑的优点有：用钢量低、自重轻、装配效率高、人工投入少，生产和施工过程均为干作业，噪声、粉尘和建筑垃圾排放小，且房屋品质易保证。

冷弯薄壁轻钢结构可应用于1～6层建筑，在国外多项实体建筑中，轻钢结构已达到最高12层，并通过了地震模拟、消防等安全验收，轻钢建筑体系可以在设计阶段进行管线碰撞检查，保证结构产品一次性满足实体建筑需求，避免了由于施工过程中的变更所带来的不必要的损失。

冷弯薄壁型钢结构骨架与内外围护板材通过镀铝锌自攻螺钉连接，形成非常坚固的“密肋式结构体系”。这种结构体系有着更优越的抗地震和抵抗水平荷载的能力。冷弯薄壁型钢全部采用耐久性镀铝锌材质，有效避免钢构件在使用过程中的锈蚀，具有超强的抗腐蚀能力。这种结构体系是以钢构件为基本结构骨架、以新型结构板材为围护体系，配以其他保温装饰材料，经工厂集成生产和现场装配而成的房屋建筑体系。该系统具有截面尺寸小、自重轻等特点，比传统建筑的使用面积提高了5%～10%，大大降低基础造价，独特的墙体承重体系使建筑造型富于轻灵动感，提高了室内布局的灵活性，低碳环保型建筑材料使建筑耐久性更好、结构更安全，具有良好的抗震、防火、热工、隔声性能。

3 冷弯薄壁型钢被动式建筑实践

将冷弯薄壁型钢龙骨结构建筑和被动式建筑相结合，国内已经有很多厂家在这方面付出了实践。

冷弯薄壁型钢龙骨结构具有很好的灵活性，被动式建筑的高能效和高舒适性，两者能够很好的融合，达到既有冷弯薄壁型钢结构的灵活装配式，又做到高品质高能效的被动式。介绍两栋典型的结合到融合的案例，以期促进轻钢房屋向经济型高品质建筑发展。

3.1 山东华建铝业黄山招待中心

该项目为冷弯薄壁型钢结构被动房项目，是目前全球第一个通过PHI认证的薄壁型钢被动式建筑项目。建筑面积3880 m2，其中6个接待厅是按照德国被动房研究所（PHI）标准建造，由潍坊泰来钢结构工程有限公司设计、加工、建造，由德国Jiang-PassivhausTechnik公司提供被动房咨询。该项目于2017年11月7日通过气密性验收，2018年4月10日取得PHI被动房认证证书。

该项目位于山东省临朐县，属寒冷地区。年平均气温12.4 ℃，1月份气温最低，月平均气温-3.3 ℃，7月份气温最高，月平均气温26 ℃，气温年差29.3 ℃，极端天气最高温度40.5 ℃，最低温度-23.8 ℃。年平均日照2578.6 h，日照率58%，年辐射量512.75 kJ/cm2。年平均相对湿度64%，最低湿度3、4月份平均55%、最高湿度8月份平均81%。

该项目保温采用真空绝热板和聚氨酯，气密层采用瑞士SIGA公司生产的气密膜和气密胶带，设置在墙体的中间，内侧为结构层和装饰层，外侧为保温层和防护层，既防止了人为的损坏，又增加了气密膜的使用寿命。

被动式门窗采用通过PHI认证的米兰之窗、易欧思门窗、华达门窗。米兰之窗、华达门窗为铝包木被动窗，易欧思为铝合金被动窗。全部为三玻两腔，两层Low-E玻璃，开启方式为平开内导和平移推拉。

该项目选用森德新风系统，新风从洁净区域的底部和顶部送入，污风从卫生间等位置排出，配有内循环系统。这种通风系统，是目前欧洲比较流行的空气气流组织方式，能够让室内人员充分享受新风，避免卫生间串味等。在新风系统中增加了智能接口，通过电脑、手机APP可进行远程控制。

该项目经过一个冬天的测试，冬天室外温度-12 ℃时，室内温度20～22 ℃。在2017年夏天持续高温、室外温度34～39 ℃时，室内温度用餐前22～24 ℃，用餐后提高1～2 ℃，1～2 h后恢复到餐前温度。经过一年的使用耗电27.35 kWh/m2。

3.2 宏联众轻钢被动式专家公寓楼

被动式公寓楼项目建筑面积3057 m2，地下一层，地上三层，其中地上三层按照德国被动房研究所（PHI）标准建造，主体采用冷弯薄壁型钢结构，由北京宏联众轻钢结构房屋（集团）有限公司设计、加工、建造。

2021年1月通过气密性验收，预计2021年6月取得认证证书，是全球第一个通过PHI认证的多层薄壁轻钢被动房公寓项目。

该项目位于唐山市玉田县，属寒冷地区。年平均气温11.1 ℃，1月份气温最低，月平均气温-5.7 ℃，7月份气温最高，月平均气温25.8 ℃，气温年差31.5 ℃，极端天气最高温度40.4 ℃，最低温度-22.9 ℃。年平均日照2415.18 h，日照率58%，年辐射量512.75 kJ/cm2。年平均相对湿度59%，最低湿度3、4月份平均45%、最高湿度8月份平均68%。

围护结构保温采用石墨聚苯板和岩棉，主结构外加设一层附加结构，保温填充其中，粘接固定；两层轻钢龙骨填充岩棉，这样既解决了保温固定问题，又解决了防火、断桥的问题。

气密层放在墙体的中间，内侧为结构层和内装饰层，外侧为保温层和防护层，既防止了人为的损坏又增加了气密膜的使用寿命。

被动式门窗采用PHI认证的森鹰铝包木被动窗，三玻两腔，选装两层Low-E玻璃，无热桥的安装，开启方式分为平开内导。同时，采用外遮阳设计。

新风系统和辅助制冷制热：新风从洁净区域的底部送入，污风从卫生间等位置排出，并配有内循环系统。这种通风系统是目前欧洲比较流行的空气气流组织方式，能够让人员充分享受新风、避免卫生间串味等。特制的热交换膜，能抑制细菌的滋生，并且可以水洗确保长效。水源热泵符合节能标准，被德国PHI认可。送风机、排风机、压缩机等采用全变频部件，运行更节能。

专家公寓楼2020年12月投入使用，经历了寒冷的冬天，使用效果达到了设计要求。冬天室外温度-19 ℃时，室内温度20～22 ℃。

4 结语

冷弯薄壁型钢装配式建筑体系易于实现工业化生产、标准化生产与制作，被动式建筑标准确保高能效同时保证高舒适性。本文两个案例都采用了巧妙的无热桥结构设计，满足被动式要求的保温围护体系，同时也考虑了严格的防火措施。门窗系统采用被动式门窗系统，全部为三玻两腔，两层Low-E玻璃，窗框包含了铝包木、铝合金两种结构形式。被动式门窗用玻璃确保冬季窗户净得热。气密层设置对于冷弯薄壁型钢装配式建筑体系是非常关键的，两个案例均选择置于墙体的中间位置，防止室内装修可能带来的损坏。新风设备系统都根据冷弯薄壁型钢装配式建筑的特点，进行了巧妙的设计和施工。

冷弯薄壁型钢装配式建筑体系和被动式建筑的结合，使冷弯薄壁型钢装配式建筑的品质得到极大提升，同时也为我国未来工业化高品质建筑探索出了一条新的路径。这对促进建筑行业科技进步，推动高能效被动式建筑产业化发展具有重大意义。随着我国碳减排事业的深度进展，冷弯薄壁型钢被动式装配建筑在中国具有广阔的应用前景。