嚴寒地區EPS模塊保溫結構一體化新型農宅設計應用研究

李哲李效益謝美君 趙海旭

（1.吉林云亭石墨烯技術股份有限公司 長春 130000 2.長春工程學院建筑與設計學院 長春 130021）

引言

中國的能源消費目前占全球能源消費的1/5左右，我國嚴寒和寒冷地區建筑采暖能耗約占建筑總能耗的37%。建筑通過圍護結構散失的熱量約占整個系統熱量損失的70～80%。我國農村建筑約300億m2，節能、保溫、防災（水災和地震）型農村建筑的研發與應用在嚴寒地區受到格外關注。

1 現有農宅存在的問題

1.1 結構性能差

我國嚴寒地區的農村住宅大多是以磚木結構、磚混結構為主的高能耗房屋，其中墻體50%以上是采用砂土砌筑，房屋在結構體系方面防災能力差，近年遭受地震、洪水災害倒塌房屋大都是組砌墻體或是框架填充的砌塊墻體，房屋結構抵御突發事件的能力極差，如洪水、地震等突發性自然災害，造成了重大的人員傷亡和財產損失。

1.2 保溫性能差

嚴寒地區農宅冬季的室內平均溫度（冬季）在8℃左右，夜間更低，居民居住環境極差，部分房屋墻體還出現大面積結露、發霉長毛等現象。大部分的農宅使用實心粘土磚作為墻體，單層門窗，屋面隔熱保溫性能較差，原始的火炕供暖，或無供暖設施，冬季一般室內都會掛霜結冰。

目前也有一部分農民選擇價格便宜的彩鋼房作為長久居住的房屋，但其墻材蓄熱性能不好，隔音性極差，密閉性不好，鐵板宜腐蝕，出現開膠、變形等現象；彩鋼板中間所夾的苯板均為不阻燃，極易發生火災，因此并不是適合的選擇。

1.3 新型建材匱乏

新農村農宅建設，政府多次出臺相關文件，保護生態環境和土地資源，禁止使用粘土磚，但由于沒有一個完全取代粘土磚的、新型的、性價比高的建筑節能成套技術作支撐，政府的“禁實”文件也只是無源之水，難以落實。這時也急需研究一種新型建筑材料及構造方式，保暖性能好，抗災能力強，同時還具有耐久年限長、建造成本低、施工速度快、節省勞動力等優點。因此需要一種性價比更高的配套技術。

2 EPS模塊保溫結構一體化的基本特征

2.1 模塊的分類

在現有模塊技術和標準的基礎上（如表1所示），為滿足項目需求和下一步被動式住房推廣奠定基礎，本項目從材料和工藝上改進現有模塊產品性能，研究出不同保溫效果、規格及構造方式的模塊以及組合（如表2所示）。

EPS空腔模塊作為墻體的現場免拆模板，可在滿足自承重的前提下根據水平荷載等要求配筋形成墻體（即填充墻），也可按照相關結構要求作為結構承重墻體。根據EPS空腔模塊墻體按承重與非承重可分為EPS空腔模塊框架填充墻和EPS空腔模塊剪力墻兩種類型。

2.2 EPS空腔模塊框架填充墻系統

表2 模塊組合形式

按照錯縫插接的原則拼裝EPS空腔模塊，根據結構要求在空腔內配置構造鋼筋，空腔內現澆輕骨料混凝土，然后在墻體的內外側依次做找平層、抹面層及飾面層，所形成的保溫墻體系統就是EPS空腔模塊框架填充墻系統。EPS空腔模塊框架填充墻系統由于只是起到填充墻的作用，所從對建筑高度沒有限制上的要求，且對墻體內配筋要求較低。

2.3 EPS空腔模塊剪力墻系統

按照錯縫插接的原則拼裝EPS空腔模塊，根據結構要求在空腔內配置鋼筋，空腔內現澆混凝土，然后在墻體的內外側依次做找平層、抹面層及飾面層，形成的保溫承重墻體系統即為EPS空腔模塊剪力墻系統。

EPS空腔模塊剪力墻系統中，EPS模塊墻體作為結構承重構件，由于EPS空腔模塊剪力墻墻體結構的洞口較多，結構的應用有一定的局限性。適用范圍為位于抗震設防烈度Ⅷ度及Ⅷ度以下地區，層高不宜大于3.3m的，24m以下且層數不大于7層的H級抗震等級以內的保溫承重墻體工程。

EPS空腔模塊剪力墻系統的重要特點是承重結構與保溫一體化，這與低層住宅對結構強度要求相對較弱的特點相吻合，所以EPS空腔模塊剪力墻系統應用于低層住宅具有獨特的優勢，是本文研究的對象。

3 EPS模塊保溫結構一體化的應用研究

3.1 構造方式

新型建筑材料-EPS空腔模塊，模塊兩側共有12cm厚的保溫層，也解決房屋保暖問題，再將其內外表面用不小于10mm厚的纖維抗裂砂漿抹面、加一層耐堿玻璃纖維網格布復合，按設計要求飾面，由此所構成保溫承重一體化的房屋內外墻體，徹底取代了粘土磚方式。建房經過積木式錯縫插接，組合成空腔模塊墻體、空腔內配置單排鋼筋，經垂直度校正后，澆筑混凝土，混凝土硬化后，與模塊內表面燕尾槽形成機械咬合，構成具有抗災結構能力強的復合墻體，也稱為鋼筋混凝土剪力墻結構，同時還具有房屋結構抗災、施工速度塊、保溫效果好、建造成本低、節省勞動力等優點。建造后的房屋真正做到了保溫、模塊、結構一體化的新型材料與構造方式組合。

3.2 工藝流程

如圖1所示。

圖1 墻體安裝施工工藝流程圖

3.3 建造優勢

據調查目前農村常采用建房方式多為磚、木結構房屋，370mm紅磚墻外貼保溫，保溫板容重在15kg左右，厚度為5～6cm，塑鋼窗，木門，外抹水泥砂漿壓光或拉毛，正面外飾面采用粘貼瓷磚，這樣結構形式建造的房屋造價基本在800元/m2。EPS模塊保溫結構一體化新型農宅與傳統農宅相比較，使用面積增加8%，與傳統紅磚建房相比成本降低15%，建造速度提高50%，單位造價控制在680元/m2；即成本降低15%。

3.4 預期產業應用前景和效益

在國內，自建設小康社會目標提出之日起，國家就十分重視農民居住條件的改善與新式鄉鎮節能住宅的發展。建設部已多次下文收集這方面的研究成果和推廣成熟技術，為推動鄉鎮節能住宅技術發展，國家農行可給予低息或無息貸款。在外省，該類技術房屋的研制開發和樣板房的建設，已有幾年成功歷史，并取得了較大進展。

我國的鄉鎮人口數量不僅占有全國人口的比例高，而且絕對值大，居民房屋質量較差、起點較低，絕大部分居民只是解決了遮風擋雨和簡單的御寒功能，與國外相比相差甚遠。因此，為了保護生態、節約能源、節約土地，改善居民的生活條件；為了使我國早日實現小康社會，必須改變現有居民的居住觀念，現有農村住房多數為80年代前后建筑，多為磚木結構，尚有少量土坯房屋。木結構房屋壽命一般為20～40年，全省370萬戶，按平均30年更換周期，每年需新建12萬戶農房，平均每戶按100m2計算，面積為1200萬m2。所以市場潛力具大。

該技術徹底取代了粘土磚和塊狀組砌材料，并且具有高效的保溫性能。雙層保溫，保溫層厚度為120mm，而且該模塊修正系統為1.0，相當于傳統保溫板150mm保溫效果，室內溫度比傳統方式建房至少提高5℃以上，如果采用石墨烯EPS模塊，預計室內溫度可提高到8℃。另外還具有保護土地資源，降低能耗，操作方便，施工速度快，省人工等優點。對于改善環境也起到了極大的作用，減少二氧化碳排放，減少霧霾產生。農村住宅必須改變傳統住宅的建造方法，取消紅磚，節約資源，環境友好的新式房屋必然被采用。這種模塊化現場組裝式房屋建設方式給居民一個全新的建房理念，因此一定會產生重要的社會效益和經濟效益，同時，也會產生深遠的社會影響。

[1]艾洪祥.基于EPS空腔模塊的低層住宅圍護結構構造技術研究[D].山東建筑大學，2016.

[2]董艷秋.EPS模塊在建筑外墻保溫中的應用分析[J].黑龍江工程學院學報，2014，28（01）：41～42+51.