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那些年的气密性

来源:绿色建筑研习社,转自门窗城 时间:2019-11-21 09:51 浏览次数:13408
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摘要:现在许多生产厂家能够提供各种产品和系统解决方案,来保证建筑物外围护结构耐久性高质量的气密性,而其前提一定是必须进行高质量、无缺陷的施工。

  有两个因素决定室内居住环境舒适健康程度:建筑物外围护结构的良好保温和气密性。

  纵观建筑历史,可以看到人类一直在追求尽可能减少建筑物外围护结构的透气性。人们用藓苔或泥土堵塞原木结构上的缝隙,阻止不舒服的冷风渗透。

  在芦苇或木条墙内侧覆盖大面积的木板或石膏板,也是为了降低透气性。在改造老建筑时经常可以发现墙上和楼板上糊着旧报纸。这些历史印迹清楚地说明,先人们用这种极简陋的方法是为了挡风,而一定不是想以此给后来人留下点什么时代信息。

  以前的窗户都是很不严密的,因为那时还没有发明嵌槽式密封技术。为了减少冬季渗风,经常在两樘窗中间填塞枕头和卷起来的棉被。现在有时候还能在老建筑上见到这种简单的临时性封堵措施。现在许多生产厂家能够提供各种产品和系统解决方案,来保证建筑物外围护结构耐久性高质量的气密性,而其前提一定是必须进行高质量、无缺陷的施工。

  会呼吸的墙体

  从19世纪开始,室内空气质量和卫生逐渐得到重视。这里不能不提到化学家和健康学家马科斯冯佩滕科费尔的名字。他所做的一系列非常著名的研究,使他作出了这样的假设:透过外墙的空气交换对净化室内空气有重要贡献。

  然而自20世纪初叶以来,这个理论已经被超越了:1928年,莱西证明,健康学家要求利用“会呼吸的墙体”更新室内空气的理由是不合理的。相反,“不可避免的漏风门窗”会造成大量热损失。莱西在当时就已经认识到抹灰对于改善砌筑结构气密性的重要性。他发现,无论砌筑结构还是轻木结构,抹灰表面漏风率q50<1m3/m2h,尤其是有水泥添加剂或有涂料的表面甚至可以达到q50<0.1m3/m2h。

会呼吸的墙体

莱西不再仅仅关注建筑材料,而是整个墙体。这是他用于检测墙体气密性的试验装置。(1928)

  在今天,“密封”意味着整个建筑物外围护结构要有像抹灰砌筑墙体一样的气密性。

  对气密性的认识过程

  1973年是气密性发展史上决定性的一年,这一年发生了所谓的能源危机。此前的建筑,按照现在的准则评价属于节能标准很差的建筑,透气性也很高。防潮一直被作为建筑物外围护结构的一项基本任务,而气密性往往被忽视。

  直到70年代,还没有对气密性提出要求。那时候,人们对不舒服的冷风渗透和大风时日暖气不热习以为常。许多“1970前盖的建筑在中等风速条件下,换气次数达到每小时8-10次”。窗户是主要的漏风部位。

  几乎所有住宅都是通过不密封的建筑物外围护结构和窗户进行无组织通风。只有在1974年10月以后,才开始通过限制窗户的缝隙渗风显著减少居室的过风量。带有唇形密封的气密性窗户开始得到推广。

  “能源危机”后,减少传热损失和通风散热损失被提到议事日程。不仅窗户密封了,而且墙体和屋面也做了保温。瑞士的调查证明,这样做的结果是“室内空气湿度增加了10-15%,在建筑结构热桥部位开始出现结露霉变”。这些现象在德国同样存在。

  加拿大建筑科学家普拉茨(R.E.Platts)在1962年就认识到,与热损失并存的空气流“几乎始终是严重结露现象的根源”,特别在轻木结构上这种结露会导致对建筑物的伤害。这些认识在60和70年代开始慢慢被人们所接受。只要是在德国实验室和户外试验得出的认识,大部分被作为“屋面外部通风试验中的“垃圾产品”对待。所以,有时,在关于冷屋面还是热屋面和建筑结构外侧的“正确通风哲学”的很激烈的辩论中,气密性问题只是一个陪衬。

  1981年颁布的ASHRAE标准中(美国暖通空调工程师协会,相当于德国的工程师协会VDI)给出了明确的定义:“今天大家一致承认,渗风将水蒸气输送到结露部位(…)的作用远大于水蒸汽本身的扩散。”

  协会纷纷成立

  作为对“能源危机”的反应,飞利浦公司于1974年在位于亚琛的研发中心建起了一栋能源试验楼,即所谓的飞利浦试验楼,用于测试各种减少建筑物热损失的措施。

  该建筑设计简单,采用快装配结构和尺寸较小的窗户,提高了保温厚度和建筑物外围护结构的气密性。在当时却引来了许多强烈的批评声。许多建筑师不是把这种节能建筑看作新的发展机遇,而是害怕会限制他们的自由发挥。他们把提高建筑物紧凑性看成是“积木式建筑设计”的一种威胁。

  就是“建筑物理学上的气密性”,也受到公众舆论不公正的负面评价。他们感情冲动地呼喊:“救命啊,我们会在密闭建筑物中窒息”或者“有人想让我们生活在保温瓶里”。

  但是,对于“能源危机”也有完全另一种反应。1974年,工业发展组织(OECD)成立了国际能源署(IEA)。作为第一批项目,国际能源署在70年代下半叶在“建筑和公共设施节能”分项目框架内成立总部在英国的“冷风渗透研究中心”。

  研究中心致力于整合国际上开展的空气渗透研发工作,组织各种会议,出版了大量技术资料,为在国家和国际层面制定一系列标准和建议作出了重大贡献”。1980年中叶,这个中心扩大为“冷风渗透和通风中心(AIVC),增加了“室内空气流动和建筑物通风”研究内容。从此时开始,联邦德国也成为了AIVC的成员国家。

  强烈的批评声和误解

  1984年2月24日颁布的建筑保温法规(WSVO1984)对外窗和门缝隙提出了渗风系数限制。在法规一般规定中写增加了以下文字:“传热外围护结构的其他缝隙必须按照当时技术水平进行耐久性密封。”

  对于屋面透气性没有提出过正式要求。早在20世纪30年代,赛特乐(E.Settele)就进行过“不同屋面构造透气性”的研究,他证明了对最上一层楼板进行保温的必要性,并提出“应该对屋面进行密封以防止冷风渗透”,并指出“在起风时,太薄的楼板和透气性瓦片损失的热量比密封屋面大许多”。

  按赛特乐方法测量屋面层透气性的试验构造(1932)

  虽然在1960年5月DIN4108颁布后已理所当然的认为缝隙应该是密封的。但是在建筑实践中有多少位置存在缝隙也理所当然地被“遗忘”了。

  数十年来,“坡屋面冷风渗透”一直是个老生常谈的话题。因屋面漏风发生过许多纠纷。但是一直到90年代还有人错误的相信“适当的透气性”可以保证最小换气次数。

  开始形成标准

  90年代中期以前,德国基本没有建筑物外围护结构透气性的标准。所以,1995年1月1日生效的建筑保温法规(1995WSVO)与之前的法规有明显的区别。法规第4章(1)明确要求,在使用板条式、对接式、搭接式或板式建筑构件或建筑构件覆盖层时,应该在“整个面上设置不透气防护层”。附件4第2条对气密性要求做了补充说明:“只要在具体情况下要求审查是否满足第4章(…)的要求,就应该按照公认技术规则进行检查。”此外,附件4第2条第一次提出,在具体情况下可能需要进行现场测试,检测是否满足气密性要求。

  在90年代,研究重点逐步转向了减少气密性差造成的通风散热损失。因为随着保温标准的提高,这部分损失的占比明显增加。

  尽管如此,专业人士还是抱怨在建筑实践中对气密性关注太少:“DIN4108‘高层建筑保温’(1981年版)(在1996年才出版了第7部分‘建筑构件和节点的气密性’(标准试行版1996年5月))和建筑保温法规(WSVO 1995)对气密性的轻描淡写与其重要性不成比例。”。

  屋面工和木工行业协会总会却在1991年就已经将“气密性意义和施工的具体意见”写进了技术规程。

  统一标准

  位于日内瓦的国际标准化组织(ISO)于1990年提出了一份题为“保温-建筑物气密性的确定-鼓风门法”的标准初稿。该标准草案(ISO/DIS 9972)包括了测试方法、建筑物准备和测量边界条件(如室外气象条件)的相关内容。DIN 4108附录1的讨论稿当时就引用了这份标准草案。

  1990年开始,ISO/DIS 9972成为测量建筑物气密性的国际标准,并且依据70年代中期开发的差压试验方法,通常称为“鼓风门法”。

  建筑保温法规(WSVO 1995)提出的“个例检查”也是采用ISO 9972的差压法。

  从“风窗”到“风门”

  70年代末,国际上开始采用所谓的“鼓风门”进行建筑物的压力测试。

  我们所认识的“鼓风门”,1997年在瑞典第一次使用,不过当时还叫做“风窗”。阿肯布朗沙特贝格(Ake Blomsterberg)把这个思路输出到了美国。出于研究目的,他也于1979年到了位于加利福尼亚州伯克利市的普林斯顿大学。测试系统为理解冷风渗透现象提供了可能。当时还是普林斯顿大学技术员的肯盖茨贝(Ken Gadsby)制作了第一台实用型风门。因为与窗户相比,门的尺寸是标准的,所以第一次将风机安装在一扇门的填充物内。

  1979年在普林斯顿大学劳伦斯-伯克利国家实验室(LBNL)第一次使用新开发的“鼓风门”。试验发现,隐蔽的漏损所造成的通风散热损失,比显而易见的薄弱环节如门窗和电气线路穿墙口造成的损失大很多。

  “鼓风门”和“房屋医生”这些名称可以追溯到普林斯顿大学在这个时期从事的工作。“房屋医生”表示利用仪器设备诊断建筑物。借助这种方法,可以很快找到隐蔽的缺陷,帮助设计修缮和节能措施。

  “鼓风门”作为科学实验仪器经受了实践的考验。正如节能公司(Energy Conservatory)的共同创始人盖里安德森(Gary Anderson)所说:“风门最大的威力在于它开创了将房子作为一个系统来理解的先河,并能够借助差压确定和诊断薄弱环节。”。第一代风门测试仪器,是在充满理想主义状态下在北美生产和进一步研发的。一开始是在家里的车库里倒腾,安德森回忆说。第一批用胶合板和丽盛板制作的风门很笨重,使用很不方便,后来就越做越轻巧了。

  开始时,北美有三家公司生产风门测试仪器。节能公司(EnergyConservatory)把用得最多的“Minneapolis风门”带到了德国市场。Infiltec在1980年售出了第一台鼓风门。Retrotec同样从1980年开始进入市场。

  测试

  在德国,1986/87在北莱茵威斯特法伦州的一个低能耗建筑项目和1988年在位于斯特莱巴赫(Strechsbach)的低能耗建筑上,利用差压方法进行了第一批测试。

  在斯特莱巴赫的低能耗建筑上使用的第一台自己组装的测试设备,用了缩短的测量段,风机事先进行了标定。(1988)

  在1987年完成的斯特莱巴赫低能耗建筑项目上,建筑工程师曼弗莱德苏赫(Manfred Such)第一次尝试将斯堪的纳维亚的经验用于德国。这个独栋别墅项目得到了德国联邦黑森州环境部的资助,达姆施塔特住房和环境研究所(IWU)进行了科学跟踪和咨询服务。约翰纳斯韦尔纳(Johannes Werner)(eboek工程咨询公司)和图林根物理研究所合作进行了静态压力测试。当时使用的还是第一台自己制造的测试装置。

  在测量体积流量时,一开始使用了压缩刨花板替代门扇,严丝合缝的装在了门洞里。由于运输原因分成两个部分的刨花板上有一个洞,用于严密地连接风机管道。风机和文丘里流量计装在一辆小车上。利用文丘里流量计(外径20cm)测量流量。流量计前有一根两米长缠绕镀锌管作为稳定段,以防止湍流。这样做虽然可以获得非常精确的测量结果,但是系统组装十分费事。

  后来撤掉了稳定段,剩下的仪器在试验台做了标定。这样测量就可以不要长长的管道了,尽管测量精度有所下降。简化后的系统缩短到了只有1.2 m(原来的有3 m长),轻巧了很多。

  在斯特莱巴赫的测量中,还把刨花板精确裁剪到门洞口尺寸,因而只能用于这个门洞。后来开发了灵活的木质或铝制安装框,在几何尺寸上做了重大改进。

  在“黑森州30栋低能耗房”项目范围内,1989年在德国首次进行了一系列的鼓风门测量。黑森州对这个项目给予资金支持,达姆施塔特住房和环境研究所提供科学技术服务。测量结果表明,“有些案例(建筑物外围护结构)气密性比预期差了10倍多”,而有些建筑表现良好。这就说明,“只要认真施工,好的气密性是完全可以达到的”。

  位于斯普林根-诶尔达克森能源环境中心(EUZ)的建筑+能源—环境工程师联合会和位于图宾根的eboek工程咨询公司从1988年开始利用差压方法测量,他们属于将风门用于现场试验的德国第一批测量公司。和现在一样,最常用的设备是“Minneapolis风门“。

  第一批风门测量仪很笨重,1987年利用这套风门在瑞士材料实验所EMPA进行了测量。

  80年代末,在德国开始销售第一批系列风门。从1989年开始,能源环境中心(风门责任有限公司)在德国经销“Mineapolis风门”。1997年开始,由ProTherm公司推出“INFILTEC E-3风门“。从2002年开始市场上可以买到Woehler BC 21 BlowerCheck。

  建筑法规定的气密性

  建筑实践也会经常遇到法律问题:外围护结构的“不密封”在多大程度上不会被认为是建筑缺陷?换气次数达到多少才可以被评价为达到了足够的气密性?

  直到90年代末,专业人士一致认为德国缺少检测建筑物外围护结构,特别是既有建筑气密性的法律规定,或者抱怨现有标准太不具体,因而得不到可靠保证。

  1996年11月颁布的DIN V 4108-7“高层建筑保温”第7部分“建筑构件和节点气密性”试行版,在修订过程中力争在尽可能短的时间内消除上述欠缺。迄今获得的经验和知识以及新材料的发展被融汇进了这份标准。2001年8月,经过修订的标准正式颁布:DIN4108-7/2001“建筑保温和节能”第7部分“建筑物气密性,要求、设计和施工建议以及示例”。2011年1月开始施行新版标准DIN 4108-7/2011。

  2000年4月,建筑气密性专业协会(FLiB e.V)在卡瑟尔成立。其目标是促进研究和开发,通过编制技术规则提升技术水准,并为立法和标准制定提供支持。

  2001年2月颁布DIN EN 13829“建筑物热工性能,建筑物透气性测试,差压方法”。从此,风门测试方法(透气性测试)在很大程度上得到了规范。

  建筑节能法规(EnEV)终于给出了非常明确的规定和保障。因为从第一版开始,法规就把建筑气密性作为一项义务加以规定;该法规于2002年生效,2004年第一次修编。2007年和2009年又进行了两次更新。法规第6款(1)要求,“按照公认技术规则”,对传热围护结构包括接缝进行“耐久气密性”施工。

  遵循技术规则

  从事建筑私法业务的律师伍尔福科普克(Ulf Koepcke)担心设计师和施工单位不会完全信赖标准。联邦法院认为DIN标准中只是“带推荐性质的私人技术规则”。

  “这些规则在某些情况下或许可以代表公认技术规则,但是这种成文的、因而是固化的规程经常会落后于公认技术规则的进一步发展”。在发生争议时,以工程验收时有效的规则为准,而不仅仅考量是否满足了合同约定。

  此时,像建筑气密性专业协会这样的独立专业协会的工作显得越加重要。他们可以总结来自建筑实践和研究领域的最新知识,将它们贯彻到标准和立法过程中去。只有这样,建设单位和投资方才能获得最大的保障,居民才能获得冬暖夏凉的居所。





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