高效節能圍護體系在大型居住區建設中的應用*

朱龍奎 俞 屏

上海建工房產有限公司 上海 200080

1 長效保溫建筑預制圍護體系的特點

1）節能圍護體系與建筑主體結構同壽命，不存在剝離脫落、保溫失效等問題，實現了長效保溫的功能；

2）節能圍護體系組成靈活，由鋼筋混凝土外墻模與外墻保溫材料復合構造而成，其保溫材料的品種和厚度可以根據實際的保溫性能選擇，靈活選擇保溫材料不受體系限制，技術適應性好；

3）節能圍護體系構造簡單，是集外墻門窗框、空調板等附件于一體的綜合部件，可替代現有保溫體系，節約材料，提高了材料利用率；

4）節能圍護體系以前期的標準化設計，中期的工廠化制作、模塊化運輸、標準化吊裝裝配，后期的長效免維護為其典型特征；

5）適應建筑產業化發展要求，工廠化預制部分在體系中兼具現澆部分外模板、建筑外墻保溫、建筑外墻面裝飾等多種功能[1]。

2 長效保溫建筑預制圍護體系在大型居住區建設中的運用

在上海周康航大型居住社區項目中，我們選取其中建筑總量50 000 m2的小區一處，進行工程示范實踐。該項目占地面積為24 500 m2。由6棟住宅樓、1棟社區服務用房及1個地下汽車庫組成。地塊總建筑面積約59 700 m2，地上建筑面積50 800 m2。

工程示范樓建筑結構形式為剪力墻結構，建筑外圍護結構采用長效保溫建筑預制圍護體系（含外側的工廠預制部分及內側現澆鋼筋混凝土部分），建筑物公共區域電梯廳、走道及戶內陽臺、廚房、衛生間區域采用預制疊合結構，樓梯段采用全預制結構。

2.1 長效保溫建筑預制圍護體系的系統設計

我們充分發揮了設計的前瞻性作用，在設計階段確定了該項目的墻體保溫型式，對建筑體型、圍護結構、關鍵節點等方面都進行了深入的分析，將可預期的困難和問題提前至設計階段給予考慮。本著適度預制、減少板型規格、提高構件利用率、降低預制構件成本的原則，從功能設計出發，以提高標準開間外墻板重復利用率為導向，簡化小區房型設計，將住宅立面開間作為房型設計的基本元素，將外墻預制構件的重復利用范圍擴展到各住宅房型之間。

2.1.1 圍護體系保溫材料對比優選

在進行本項目保溫材料選擇過程中，我們從外墻板構件中保溫材料所處位置出發，結合墻板的生產工藝流程，確定保溫材料的選擇原則為：導熱系數小，容重輕，吸濕性小，加工性能好，使用壽命長，溫度變化時線膨脹系數小，經濟性好。而對材料的耐火性、防蟲防蛀等方面則不作特別要求。

目前，市面上的保溫材料從應用上可分為有機類保溫材料、無機保溫材料、復合型保溫材料3大類。我們認為：保溫材料的選用及保溫構造的確定是建筑外墻保溫設計的原則。組成材料靈活多變應是該體系最大的特色，各種保溫材料，只要滿足保溫性能和建筑防火要求都可以應用于長效保溫建筑圍護體系。

我們在本項目的設計中選用泡沫混凝土作為墻體保溫層（圖1）。保溫材料與預制外墻板同為水泥基材料，因而具有較強的相容性是我們考慮的重要因素，同時，泡沫混凝土具有的封閉孔、吸水率低、不透水、防火性能好、熱工性能良好等特性與其適中的市場價格對預制裝配式住宅的市場推廣具有較大的促進作用。

圖1 墻體平面大樣

2.1.2 圍護體系保溫構造的研究

傳統建筑外墻保溫構造依保溫材料所處位置可分為外墻外保溫系統、外墻內保溫系統、外墻夾心保溫系統、外墻自保溫系統。先將不適應本項目特點的外墻外保溫系統、外墻自保溫系統予以排除。在綜合考慮外墻保溫的有效性、預制外墻板工廠制作的可行性、運輸及安裝過程中成品保護的難易程度、成品的耐久性與耐候性等涉及外墻板的材料特性、制作工藝、運輸、安裝工藝，擬在預制外墻模加外墻內保溫與預制保溫外墻板（保溫材料復合于預制外墻板內側，外墻夾心保溫系統的一種實現形式）兩者間予以擇優深化。

通過對兩者在技術與經濟層面的綜合考量，我們最終確定采用預制鋼筋混凝土復合自保溫外墻板（保溫材料復合于預制外墻板內側）的設計原型，并以建筑外圍護體系工廠預制化為抓手，進一步在實踐中提高建筑工業化程度。

在本項目中的設計過程中，我們從技術層面確定本系統預制外墻板厚度為55 mm（在構件翻身、起吊、運輸、吊裝過程中均需專用支架保護），保溫層厚度根據實際工程設計確定。在預制外墻板四周及門窗洞口四周均設與板同厚加勁肋，加勁肋與板體形成容納保溫材料的凹槽，使保溫材料在墻體施工完畢后與大氣完全隔離，保證其熱工性能不受外界環境的影響。在此基礎上形成本長效保溫建筑圍護體系（圖2、圖3）。

2.2 長效保溫建筑預制圍護體系的加工制作

圖2 墻體構造水平面剖切圖

圖3 墻體構造豎直面剖切圖

長效保溫建筑圍護體系的預制主要采用鋼模成型，鋼筋加工成型后分塊綁扎，然后吊到模板內整體安裝，在混凝土澆筑后進行蒸汽養護和保溫板的鋪設。生產過程中的模板清潔、鋼筋加工成型、預埋件的固定、混凝土施工及蒸汽養護、拆模搬運等工序均采用工廠式流水施工，每個工種都由固定的熟練技工進行操作實施。

對于長效保溫建筑預制圍護體系而言，保溫材料是通過連接件與預制混凝土連接的，其連接的質量直接影響該體系墻板的質量。因此，如何有效地將保溫材料和連接件緊密連接是關鍵技術之一。本次所涉及的連接件有鋼筋連接件和FRP連接件，當采用鋼筋連接件時，連接件采用預埋的方式，其一端與鋼筋骨架連接，在底層預制混凝土澆筑完成之后，鋼筋連接件露出混凝土表面（圖4），在此表面可以進行泡沫混凝土板的鋪設或者進行現澆泡沫混凝土的澆筑，由于鋼筋連接的形式為四棱錐形狀，故當采用預制泡沫混凝土板并對其開洞讓鋼筋連接件貫穿時，其留下的空洞需用泡沫混凝土填充，以保證保溫層的完整性。鋼筋連接件宜采用現澆泡沫混凝土進行保溫層的澆筑。

圖4 鋼筋連接件連接

若采用FRP連接件時，由于其連接件的特殊設計，其定位安裝順序為：底層預制混凝土的澆筑→FRP連接件在設計位置插入預制混凝土中→用水泥漿粘貼鋪設泡沫混凝土板。FRP連接插入混凝土中的深度必須大于30 mm。由于FRP連接件形式為圓柱狀，保溫層采用泡沫混凝土板或現澆泡沫混凝土形式均比較方便施工（圖5）。

圖5 FRP連接件連接

2.3 長效保溫建筑預制圍護體系的施工

從施工工藝、安全防護和質量驗收等方面入手，對現場施工的場地布置、施工流程等各個細節進行了深入研究，形成了獨具特色的現場施工技術，該施工過程在確保建筑保溫節能的優質功能外，現場資源消耗量小，環境保護能力強[2,3]。

3 經濟效益分析

3.1 建筑批量應用本體系的制作安裝成本分析

在本示范工程建設中，如果按照單幢建筑計算，采用長效保溫建筑預制圍護體系的制作安裝成本比一般采用外墻外保溫體系略高，這主要由于長效保溫建筑預制圍護體系定制鋼模板和成套安裝工具的加工成本較高，而重復利用率較低。以示范項目為例，制作安裝成本中大部分為定制鋼模板和成套安裝工具的加工費用。但實際定制鋼模重復利用可達300次以上，期間僅有少量的整修費用，成套安裝工具也同樣如此。以此推算，大量推廣應用長效保溫建筑預制圍護體系后，加工制作成本將進一步降低。

3.2 采用長效保溫建筑預制圍護體系的施工成本分析

由于長效保溫建筑預制圍護體系需要吊裝至安裝位置，與傳統的建筑施工相比，塔吊等級提高，因而施工機械成本有所增加。但鑒于本體系采用工廠化制作，比起傳統的外墻外保溫體系，減少了現場外保溫施工的人工成本。同時該體系可先于結構施工在工廠制作，如建筑采用外墻面磚飾面等工序可在工廠與預制結構一同制作，這樣更縮短了外墻施工工期，還可降低外墻腳手架和相應的粉刷、運輸機械的租賃費用。此外在預制保溫墻板制作時，可將外墻電氣PVC管線預留安裝在墻內，減少了結構施工時相應安裝人工，進一步加快了安裝施工的進度。

綜上所述，在本工程中，建筑批量應用長效保溫建筑預制圍護體系的總成本需比傳統的外墻外保溫體系增加約600元/m2，但應用效果明顯好于傳統的外墻外保溫體系。

4 社會效益分析

4.1 與主體結構同壽命，實現長效保溫，減少后期維護工作和費用

與傳統保溫體系不同，長效保溫建筑預制圍護體系與建筑結構主體的使用年限相當，從長期使用角度比較，大大減少了對材料和能源的消耗，解決了因多次施工對環境的影響，具有顯著的社會效益。

4.2 改善城市環境、緩解城市交通壓力

目前，在常規施工的不同階段，各種散裝建筑材料在運輸和裝卸過程中，產生的粉塵和垃圾會污染道路和施工現場周圍的環境，同時，在施工過程中，因切割、攪拌、搬運等工作產生的噪聲，給施工現場內外的人們生活和工作帶來不利的影響。通過本技術的運用使得施工過程中噪聲普遍降低10%左右。

4.3 提高資源利用、降低能耗

1）通過采用FRP連接件將保溫層置于鋼筋混凝土墻板內側的技術，最大限度地解決了保溫材料與墻體連接中的冷橋問題，提高了外墻體的保溫性能，進一步增強了建筑使用后的能源利用率。

2）采用長效保溫建筑預制圍護體系取代傳統施工中的外墻砌筑和相應保溫層的粉刷施工，減少了施工現場濕作業，從而減少施工用水，對提高水資源的利用率有著積極的作用，且大大減少了散裝建筑材料的運輸工作。

3）采用長效保溫建筑預制圍護體系技術提高了施工效率，加快了施工進度，減少了施工現場的作業人員，也相應減少了施工現場機械、人員對水、電等能源的使用[4]。

5 結語

長效保溫建筑預制圍護體系成套技術，其自身安全可靠性能強，同時，提高了建筑墻體本身的保溫性能，提高了外圍護體系的品質。在優化施工工藝的基礎上，使得施工效率、工程進度都得到了提高。同時本體系通過工廠化預制的方式降低了施工作業對城市環境的影響，符合綠色施工和環保節能的要求，若今后通過進一步的標準化研究，將具有更良好的推廣前景。