Super E在輕木結構建筑中的應用

□文/武 一 馬立鵬 郭 佳 華 龍 崔愛珍

1 木結構發展與現代應用

三千多年前，中國就形成了用榫卯連接梁柱的木結構體系，到唐代趨于成熟，許多古木結構已歷經百年甚至千年。梁柱木結構體系從唐代起就流傳到日本、朝鮮、越南、緬甸和蒙古。1949年后的前兩個“五年計劃”期間，建設速度較快，木結構能就地取材又易于加工，因此磚木結構在建筑中占有相當比例。20世紀80年代，中國可用于結構的木材基本采伐殆盡，當時國家又無足夠的外匯儲備從國際市場購進優質結構用木材，以致停止使用木結構，木結構學科無形中在中國消亡將近二十年。

改革開放以來，中國的經濟和社會發展取得了舉世矚目的成就，但在這個過程中也產生了許多新的問題，能源與環境問題逐漸暴露出來甚至已經影響每個人的生活，節能減排與環境保護迫在眉睫。中國建筑業在20世紀末快速發展，消耗大量的能源興建大量建筑，在生產使用水泥的過程中必然伴隨著大量能源的消耗及大量碳的排放。據統計，目前我國建筑單位采暖能耗約為氣候條件接近的發達國家的2～3倍。為減小建筑能耗，實現可持續發展，2005年制定建筑節能65%的目標。“十三·五”規劃綱要指出，我國在未來五年應當推動低碳循環發展，進一步提高建筑節能標準，減小建筑運行能耗，同時，大力推廣發展綠色建筑和建材。

在北歐、北美、日本等國家和地區，木材在住宅建筑中得到了廣泛的應用。2001年我國加入了世貿組織，受美國、加拿大等國家的影響，加上木材進口實現了零關稅的政策，對木結構建筑的認識重新拉開了序幕。同時我國林業建設也取得了很大的成績，森林面積及人工林的面積持續增長。在政府一系列有關人工林和木材進口等相關政策的推動下，我國木材進口大幅增長，主要應用于建筑、造紙和家具業等。林業建設的高速發展以及大量的木材進口，為木結構建筑在中國的發展帶來了新的春天，21世紀以來，我國不斷引進國外先進的現代木結構建造技術和健康生活的住宅理念，越來越多的開發商和研究機構參與了木結構住宅的建設，使得木結構在我國建筑行業中得到了越來越多的應用，木結構住宅的優點被更多人所熟知并受到了更多人的喜愛。

2 工程概況

中加生態示范區楓丹園項目位于天津市濱海新區生態城旅游區內，總建筑面積123 145 m2，由10棟洋房、24棟輕木結構別墅組成。中加生態示范區楓丹園項目為我國最大規模現代輕木結構建筑群，是中國住建部與加拿大自然資源部國家層面首批深化合作試點項目。其中輕木結構別墅首次引入加拿大目前最尖端的Super E房屋建筑節能標準，通過高水平的建筑節能技術使輕木結構房屋成為節能環保的綠色建筑。

3 木結構建筑節能及Super E標準

熱量從溫度高處向溫度低處流動，通過建筑物圍護結構在室內、室外之間流動。室內外之間的熱流不可能完全停止，但可以通過對建筑圍護結構的改進，使熱量流動減緩。熱量主要由以下幾種方式傳遞。

1）傳導。傳導是熱量在固體物質之間傳遞的方式。分子受材料一邊的熱源刺激，由材料將熱能傳遞到溫度較低的一邊。熱量流動速度取決于所用的材料；每一種材料都有各自抵抗傳導熱流的能力。材料的公制熱阻值以國際標準耐熱系統（RSI）為測量單位。高RSI值表示材料對熱量流動的阻力大。

2）對流。對流指的是密度較小的熱空氣向上流動，而密度較大的冷空氣向下運動。對流主要存在于室內，少量存在于建筑物構件之內。墻體內有空隙時它們能使熱量流失。不過，其影響一般要小于其他方式。

3）氣流。氣流攜帶著冷或熱空氣。氣流強度取決于房屋內外的壓力差以及建筑物圍護結構的氣密性。在寒冷氣候中，由風作用的冷空氣迫使室內的熱空氣流向室外；當室內的熱空氣通過墻體里的空氣泄漏點流向室外時，可將室外的冷空氣吸進室內。而在溫暖氣候條件中，暖氣流入房屋，而冷空氣流出房屋。房屋室溫受到所有這些熱傳遞的影響。

為提高房屋建筑節能效率，在熱量傳遞方面，通過減少建筑物圍護結構的熱量傳遞而達到節能效果。研究表明，建筑流出的熱量75%從外圍墻體處流出。墻體內填充材料的熱阻RSI值遠高于結構材料的RSI值，熱量通過墻體傳遞在結構骨架處形成熱橋，熱橋處傳遞的熱量占墻整體傳遞出熱量的80%。木材的RSI值是0.009/mm，約是混凝土的10倍，是鋼材的400倍。因此，組合木柱為墻體結構骨架的木結構在節能效率方面大大優于混凝土結構或鋼結構。木結構與磚混結構相比，相同條件下每年采暖及空調消耗的能量總負荷降低26.9%。

在氣流方面，通過對結構中易產生氣流的部位加強封閉，保證建筑整體優良的氣密性。通過減少對流的產生，從而減少熱量的泄露。在木結構建筑圍護基礎上增加氣密層，對建筑圍護結構形成一個連續性氣密系統。

加拿大R-2000能源項目由加拿大政府贊助，是加拿大住宅建筑工業界和加拿大自然資源部的合作項目。該項目本著房屋作為整體系統的原則，將最新、最尖端的建筑和節能技術、材料和工藝運用到輕型木結構房屋中去。和傳統房屋相比，根據R-2000標準建造的房屋可以降低30%～40%的能源消耗和運行費用。R-2000標準不斷地被修改和更新，以保證它代表最尖端的技術。Super E房屋項目是為使R-2000項目適用于除加拿大以外的國家而改編的，自1999年以來，它已經被引入日本、英國和愛爾蘭。Super E的主要目標是在國際范圍建立一個能效標準，以實現人們在建筑的舒適性、室內空氣質量、濕度控制、耐用性、噪音控制以及綠色建筑方面的追求。

4 Super E技術施工工藝

為達到Super E能源標準的要求，應用于房屋建造中的高水平節能技術，統稱為Super E技術，見圖1。

圖1 Super E氣密系統施工工藝及效果

Super E技術主要體現在以下方面。

1）外墻覆面板氣密系統以木結構覆面板為主體，其強度高、耐久性好、抗沖擊破壞能力強、施工安裝相對簡單。由于無需過多考慮穿孔處和構件交界處的氣密問題，外墻覆面板系統比室內系統更易于安裝。氣密系統的安裝原則是，在接縫和穿透處做到連續有效的密封處理。中國的木結構建筑規范要求采用結構膠合板和定向刨花板，這兩種材料的空氣透過率很低，加之尺寸面積較大，所以可作為有效的氣密材料使用。不過，兩片板式材料之間的縫隙必須經密封處理，保持氣密層的整體連續性。為確保密封的有效性，使用50 mm寬的即撕即粘式瀝青涂層膠帶，對所有水平和垂直接縫從覆面板外側進行覆蓋，在拐角處應密封內外兩側；還應確保氣密系統在門窗和外墻墻體之間以及其他構件交界處，如外墻和屋蓋，外墻和基礎墻之間的連續性。

2）石膏板氣密系統和外墻覆面板氣密系統類似，兩者均為圍護結構的基本構件，緊固于框架結構材料上。石膏板墻上如有穿透或破壞，必須及時修復以保證整個氣密系統的完整性。石膏板氣密系統主要采用12 mm或15 mm厚度的石膏板，作為室內裝飾材料，與樓蓋定向刨花板（OSB）以及墻骨柱和格柵共同組成石膏板氣密系統。石膏板氣密系統必須保證密封的連續性。石膏板之間的接縫一般用泡棉膠帶從背面密封，然后將石膏板緊貼膠帶，按最小200 mm間距用螺釘固定在墻骨柱上。膠帶一般為10 mm×6 mm，密封微孔，低密度，自粘式的聚氯乙烯泡棉帶。膠帶應使用U形釘固定，以防在隨后的施工中脫落。在梁板和地板墊層之間須密封的地方，用密封劑進行填縫處理，密封劑必須彈性好、耐久好并與所有材料相粘接。聚氨酯泡沫填縫劑有時候用于處理門窗框架與門窗洞口之間的縫隙。注意應使用低膨脹系數的發泡填縫劑，以盡量減少縫隙間的壓力。與其他氣密系統相同，石膏板氣密系統也應特別注意在構件交界處和穿孔處的密封，以保證密封的連續性和整體性。

3）外側覆面薄膜由于耐久性、剛性較低，緊固不易，與外墻覆面板和石膏板氣密系統相比，更易損壞，而且在構件交界處和開口處的連續性更難保證。目前，薄膜一般鋪設于外墻結構覆面板之外并對接縫處、構件交界處以及穿孔處進行徹底密封處理，以形成連續的氣密層。外側覆面薄膜一般采用紡粘聚烯烴基防水透汽膜，俗稱呼吸紙。呼吸紙的安裝標準是必須所有的接縫、裂紋、穿孔全部都被密封好且按照順水搭接的順序安裝，若安裝中存在破裂或沒有做好泛水節點的位置，雨水就會由此滲透呼吸紙并進入主體結構。安裝呼吸紙必須從底部開始由下向上鋪設，同時需要保證所有的橫向接縫至少有150 mm的搭接，豎向接縫至少有300 mm的搭接。

4）內側覆面薄膜一般采用聚乙烯膜，聚乙烯膜只能應用于寒冷和涼爽氣候中，在混合或濕熱氣候下使用可能造成嚴重的潮濕和耐久性問題。室內聚乙烯薄膜氣密系統安裝于圍護結構內側、石膏板的下方，聚乙烯薄膜不具備覆面板氣密系統的剛性和耐久性，卻易鋪設，在圍護結構上可形成連續的氣密層并能滿足氣密材料對空氣透過率的要求。施工時應注意一定要鋪設在構件溫度較高的一側，絕對避免鋪設于溫度較低的一側，以免造成水汽冷凝。典型的鋪設方法是整張的聚乙烯薄膜以U形釘釘入墻骨柱和格柵并互相搭接，在需要時使用填縫劑或適用的膠帶進行密封處理；然后用石膏板將聚乙烯薄膜覆蓋并用螺釘緊固于木框架構件上，螺釘同時固定薄膜搭接部分，形成密封。

5）熱回收新風系統是對住宅進行24 h不間斷的換氣，使住宅整體保持新鮮空氣流通的通風換氣系統。系統工作時，室內污濁空氣通過排風管道經全熱交換器排到室外；同時，新風經全熱交換器通過送風管道進入室內。在送排風的同時，送入室內的新風吸收排風中的冷（熱）量，進行熱量回收，達到節能的目的。夏季回收排出空氣中的冷量，再把室外的熱空氣制冷后送入室內；冬季回收排出空氣的熱量，再把室外的冷空氣預熱后送入室內，從而減少能量的損失，降低空調制冷制熱空氣的能耗。Super E技術在輕木結構的應用，幾道氣密系統和新風系統協同工作，確保室內空氣新鮮、減少室內能量的損失、節約維持室溫消耗的能量，使木結構真正成為高效節能建筑、綠色建筑。

5 結語

現代輕木結構在北美、北歐、加拿大等國家和地區，已成為低層住宅的首選結構形式。輕木結構以可再生資源的木材作為主要建筑材料，優異的建筑節能效率也符合我國提倡的綠色建筑的理念，木結構構件可實現批量生產，結構施工安裝簡單，建造周期短。

中加生態示范區楓丹園項目作為輕木結構及Super E節能標準在我國應用的首批試點項目，結構可靠度、舒適度及優異的節能效率得到了業主和建筑同行的一致認可，驗證了在中國冷熱交替氣候下輕木結構的實用性和可行性，為我國低層建筑提供了新的結構形式，促進我國建筑節能標準與國際接軌，對我國木結構建筑的發展和推行起到了示范作用。

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