被动式高层施工技术及应用

2023-01-13蔡志鹏

工程技术与管理 2022年19期

蔡志鹏

北京城建北方集团有限公司，中国·北京 100000

1 引言

所谓被动式建筑，指的是通过优化设计，对自然光、自然风、太阳能等各种节能方式进行充分利用，降低建筑施工与运行过程中能量消耗的一种建筑类型，其节能效果可以达到90%。被动式高层建筑在中国各大城市当中有着广阔的发展前景。但是，要想促进被动式高层建筑在国内的发展，改变人们的室内外环境，降低房屋建筑运行对传统能源的依赖，就必须要对相应的施工技术及应用进行深入的研究。

2 被动式高层建筑施工技术的应用意义

所谓被动式建筑施工技术，指的是以现代化科学技术为基础，利用非机械方式减少建筑能耗的施工技术。在正式开始高层建筑结构的规划安排之前，在被动式建筑施工理念的指导下，对高层建筑的室内布局、采光条件、通风条件等方面进行合理的规划和设计，使建筑在应用过程中维持固定的能量消耗。这一技术在高层建筑施工中的应用具有十分重要的意义。

2.1 生态保护意义

对现阶段的设施总体能耗进行分析，发现建筑领域的能耗最大，几乎接近总能耗量的三分之一。建筑领域不仅能耗非常大，就连建筑施工过程中产生的建筑垃圾、废水、废气等也会破坏周围的生态环境。在国内建筑施工规模逐渐扩大的同时，建筑物的使用功能、格局规划、艺术水平等较之以前也有了很大的改善[1]。在这种情况下，只有不断地优化相应的施工技术，大力发展绿色施工技术和节能施工技术，才能够尽可能地降低建筑施工对周围生态环境的破坏。而被动式高层建筑施工技术的应用，在促进中国绿色建筑发展方面发挥着极为重要的作用。

2.2 经济发展意义

被动式高层建筑施工技术的应用，在促进国内经济发展方面，还发挥着极为重要的作用。近几年来，中国的经济发展形势越来越复杂，各大建筑企业之间的竞争也越来越激烈。个别企业为了获得更高的经济效益，将所有的精力都集中到了建筑规模的扩大与建筑数量的增加方面，并没有对建筑质量予以严格的控制。建筑施工质量得不到有效的处理，建筑工程的施工年限就会缩短，由此而产生的资源浪费现象也会非常严重。而被动式高层建筑施工技术的应用，不仅可以最大限度地减少施工过程中人力、物力以及财力的投入，还可以明显提高建筑工程的施工质量，延长建筑工程的施工年限，实现建筑工程经济效益的最大化。

2.3 社会建设意义

在中国不断推进城市化建设进程的过程中，一些年限较长的古建筑遭到了不同程度的破坏，需要得到合理的维护和修理。另外，还有很多建筑初期建造起来的老建筑，由于施工工艺过于落后，结构设计不够合理，无法保证相应的围护效果、采光效果和通风效果[2]。在新时代下，人们为了提高居住的舒适性与安全性，对于建筑装饰装修的健康性与环保性提出了更高的要求。而被动式高层建筑施工技术的应用，不仅可以对这些老旧建筑进行科学合理的改造和优化，推进城市化建设进程，还可以对建筑能耗过大等问题进行有效的解决，为和谐社会的构建打好基础。

3 被动式高层建筑关键施工技术

3.1 高效保温技术

在被动式高层建筑工程的施工过程中，需要使用完整的保温层，即从基础底板到墙，再到屋面，要做到全封闭式保温。高层建筑的不透明围护结果，如外墙、地面、屋面等的传热系数应当在0.15 W/（m2·K）以下。常用的保温材料主要包含以下几种：第一石墨聚苯板、第二挤塑聚苯板、第三岩棉板、第四真空板等[3]。其中，针对外墙双层石墨聚苯板保温材料的安装施工，不仅需要将粘贴和锚钉结合在一起，还需要对板间缝隙进行严格的控制，将板缝控制在2 mm 以内。如果发现某一板缝的缝隙超过2 mm，为了保证双层保温板的严密性，需要使用聚氨酯发泡材料进行封堵。锚钉的时候，为了提高保温板的固定强度，降低热桥效应，需要使用专门的保温钉。图1为屋面保温做法示意图。

图1 屋面保温做法示意图

3.2 气密性技术

被动式高层建筑中气密层具有一定的连续性，且对整个外围护结构进行了包围。高层建筑的气密性越好，越可以抵挡冬季冷风的渗透，越可以降低夏季室内的供冷需求，越可以避免室外噪音、污染物等不良因素对室内环境的影响。参照相关施工标准，被动式高层建筑的施工过程中，如果室内、室外的压力差为50 Pa，那么每小时的空气渗透量应当控制在建筑总容积的60%以下。换句话说，就是每小时的换气次数应当在0.6 次以下。为了满足这些施工要求。在被动式高层建筑工程的施工过程中，需要对门窗洞口、穿外墙管线、插座线盒、穿外墙各种锚固件、现浇混凝土墙体上开关登出的气密性进行严格的处理，对内外墙抹灰质量进行严格的控制[4]。内贴防水隔汽膜、外贴防水透气膜，是最常用的气密性处理方法。

3.3 无热桥技术

热桥又被叫做冷桥，指的是建筑外围护结构中传热能力较强、热流密集程度较高的部位，主要包含两种类型：一种是系统热桥，另一种是结构热桥。在被动式高层建筑工程的施工过程中，需要对存在热桥的部位进行传热阻断和全封闭包裹。例如，针对建筑的阳台板、空调板、女儿墙等处，就应当采用石墨聚苯板等特殊保温材料进行封闭包裹处理。

3.4 被动式门窗技术

被动式门窗，指的是特殊的铝包木门窗。这种门窗采用复合式集成材料，保温性能较强，传热系数在0.69 W/（m2·K）以下。被动式高层建筑施工中的门窗、采暖区与非采暖区，都应当使用被动式门窗[5]。针对被动式门窗的安装，不仅要使用外挂式安装法，还要进行保温覆盖。

3.5 高效热回收技术

在被动式高层建筑施工过程中，要利用五位一体机，进行高效热能的回收，并将热回收效率控制在75%以上，将通风耗电量控制在0.45 W·h/m3。与此同时，还要对风管布置进行与欧化，加强热量损失的控制。在安装过滤器、新风主机、风管的时候，还要利用BIM 技术对新风系统管网、回风口设置等进行优化，通过回风与送风之间的热交换，实现热回收效率的提高。

4 被动式高层建筑施工技术的应用要求

4.1 增强外墙隔热性能

在被动式高层建筑的施工过程中，需要对暖气进行优化配置。由于被动式高层建筑省略了暖气设备的安装步骤，所以在应用相关施工技术的时候，必须要对窗户、门等部位进行特殊的保温隔热处理，用以加强被动式高层建筑内部的热量损失控制。图2为被动式高层建筑的保温系统。

图2 被动式高层建筑的保温系统

4.2 提高建筑朝向的合理性

从外观角度分析，被动式高层建筑与普通高层建筑并没有明显的不同。但是，为了减少建筑运行过程中的能量消耗，需要在双色机阶段，尽可能地缩小东西向的外墙面积，与此同时，还要提升房屋朝向的合理性[6]。只有这样，才能够对太阳能资源进行充分的利用，减少房屋内部的能源消耗。如果高层建筑为东西方向，则应当适当延长开创实践，并利用窗帘等物进行遮阳处理。

4.3 加强水资源浪费现象的控制

在被动式高层建筑施工过程中，要想提高资源配置的科学合理性，加强建筑工程的运行成本控制，需要对水资源的利用予以高度的重视。一方面，增设储水设备，在下雨天气下进行雨水的收集，并将收集到的雨水用到冲厕所等方面，实现水资源的节约。另一方面，将雨水收集技术与太阳能技术结合在一起，利用太阳能加热雨水，以此来降低建筑运行过程中对天然气等资源的消耗。

4.4 优化建筑的通风条件

优化建筑的通风条件，可以从整体上提高房屋建筑的居住舒适度。被动式高层建筑的密封性较强，虽然可以最大限度地减少室内的热量散失，却也提高了室内物品的霉变几率。而如果采取主动通风措施，又会产生大量的能量散失。在这种情况下，就需要借助相应的施工技术进行建筑通风条件的优化。一方面，可以增加新型通风设备，借此将室内原有空气输出，将外界新鲜空气输入[7]。另一方面，如果环境温度较低，可以对空气热循环交换器进行合理的应用，借此对进入室内的外界新鲜空气进行加热处理，减少通风过程中室内热量的散失。