超低能耗建筑裝配式夾芯保溫板一體化施工技術

王大祿 張創業 秦一飛 顧 杰 郭云賀

1 研究的必要性

為了有效解決全球變暖、環境污染、高能耗等問題，節能減排已成為世界各國的普遍策略。工業生產、交通、建筑業是我國能源消耗的主體，根據國際能源組織的統計，我國建筑能耗占全球能源消費的32%[1]。

本項目擬針對我國各區域的氣候特點，充分發揮當地自然資源的優勢，采用不透光的高保溫和高強度的窗戶、無熱橋的結構、優良的氣密性、高效的新風熱回收等措施，最大限度減少建筑的冷熱負荷，盡可能利用可再生能源，實現節能降耗的目標。同時，對外墻圍護結構提出無熱橋、高保溫、低熱負荷的要求，以便節約資源，獲得更加健康、舒適的室內環境。其中，無熱橋設計，可以最大限度抑制周邊保護結構節點處的集中熱流對建筑的導熱作用，也是目前國內外研究的熱點和難點問題。

在施工過程中，拼裝結構具有質量好、工期短、節能環保及造價低等特點。被動式超低能耗技術與裝配式技術相組合，能夠充分發揮2 者的技術特性，從而達到技術集成、優勢互補的目的。另外，以預制構件為圍護結構，具備高密閉的氣密性、舒適的室內環境以及保溫隔熱效果良好等優點[2]。將被動超低能耗建筑與裝配式建筑技術相結合，亟須解決裝配式和超厚型隔熱材料這2 大難題。由于建筑外墻所產生的能量在建筑能耗中所占比重超過85%，因此如何提高外墻的保溫性能是建筑節能的關鍵。

2 裝配式夾芯保溫板一體化技術的研究

2.1 基本理論

在組裝式建筑墻體技術的開發中，其所涉及的保溫分項工程都在廠家進行。基礎墻體要具備一定的承載能力，擠塑式聚苯乙烯隔熱保溫板（Extruded Polysty Panel，XPS）板 用來增加墻體的保溫隔熱性，防火系統用來預防保溫系統發生火災，自清潔涂料用來清潔墻體表面并防止雨水侵襲，柔性飾面板用來改善外觀，將以上多種功能進行統一化，便形成了一體化墻板[3]。

裝配式建筑預制混凝土夾心保溫墻外飾面采用調制好的光面混凝土，其與石材、鋁板、真石漆等外飾面材料相比，具有較強的價格優勢和施工優勢，能夠極大的降低建筑的建造成本。在水泥中加入適量的添加劑和細骨料，能夠使混凝土擁有多種顏色。利用反模等模具，能夠讓混凝土立面的紋理呈現出多樣化。作為建筑師，應該從審美的角度設計立面墻板，充分體現建筑立面的多樣性，提升混凝土夾心保溫墻的保溫效果。

2.2 建筑外保溫組合結構

預制外墻夾心保溫墻板為“三明治”結構，由里向外分別為內葉墻、夾心保溫層和外葉墻。預制的內葉墻和夾心保溫層不能單獨發揮作用，而是通過連接件形成一個整體。夾心保溫層一般由XPS、泡沫聚苯乙烯（EPS）和聚氨酯板等組成。

在進行預制夾心保溫墻板施工時，提前將夾心保溫材料填充到內外葉墻體之間，形成一套高效的圍護結構保溫體系。這種施工方式可以極大的提升外墻的安裝效率，達到節約成本的目的[4]。

2.3 集成裝飾、防火、防水、自凈技術的組合建筑外墻

在集成式墻體系統中，塊狀墻體板的設計主要依靠XPS 板分倉的消防系統來實現。在實際應用中，需要對塊狀墻體板周邊采用防火帶進行加強。在基于XPS 面板與阻火條構造的分倉消防系統中，可利用XPS 面板有效分割空間。一旦失火，XPS 電路板就能起到密封作用，控制火勢，將CO2阻擋在外，起到自動撲滅的作用。

為了改善墻壁的美觀，采用膠粘法進行柔性裝飾，該涂層具有良好的防水、裝飾和清潔性能。自清潔涂層的組成比較復雜，包含苯丙乳液、硬脂酸鹽等，可廣泛應用于工業生產，在不同工序中所表現出來的顏色及裝飾效果也存在較大差異。

3 外墻保溫、隔熱系統的類別

3.1 外墻自保溫系統

外墻自保溫系統指的是由具有優良保溫隔熱性能的單一材料構成的墻體，目前應用最廣泛的是加氣混凝土砌塊、多孔磚和輕集料混凝土砌塊等。這種墻體將維護與保溫融為一體，不需要附加額外的保溫隔熱材料，能夠同時滿足建筑和節能的需要。但是該類墻體的強度較低，僅能作為非承重構件使用，且受限于材料的導熱性，其隔熱性能難以有效降低，無法大規模應用。

建筑外墻采用內襯保溫系統是建筑節能的一種常規方法，該方法簡單，成本較低，耐久性較好，施工方便，但在局部溫度較高的情況下，極易形成結露。裝配式外保溫通過在梁、柱等部位填充阻燃材料，保證內部保溫層連續，有效解決梁板柱、洞口等部位易形成熱橋的難題，并通過對預制外掛板進行反向加壓處理，達到提高外保溫耐久性的目的[5]。

3.2 建筑外墻的內襯隔熱系統

外墻的內襯隔熱系統是指在建筑外墻的內側采用聚乙烯泡沫板、保溫砂漿等保溫材料，以實現墻體的保溫隔熱。該系統的施工相對比較簡便，生產效率高，且因放置在室內，因此不需要太高的技術指標，例如防水、耐久性等。

但該系統對室內空間的要求較高，梁柱部位未進行隔熱處理，易形成冷熱橋，冬天易出現結露、發霉等現象。同時，該系統將主體結構直接暴露于自然條件下，易因長時間受力而產生裂紋，影響其耐久性。

3.3 外墻外保溫系統

外墻外保溫是指在建筑外墻貼上保溫材料，實現墻體的保溫隔熱。與其他系統比較，該系統的優點有如下3 個方面：第1，保護主體結構，提高了建筑的使用壽命；第2，基本消除熱橋效應，有利于維持室內環境的穩定性；第3，避免因裝修而損壞保溫材料，增大建筑的使用面積，同時也極易對已有建筑進行節能改造。

該系統對保溫材料的導熱率、耐久性、熱穩定性和阻燃等方面提出了更高的要求，但是在我國部分建筑物中，因保溫材料的耐火能力差而導致火災頻發，嚴重限制了該系統的推廣應用。

3.4 外墻板夾心式隔熱系統

夾芯墻由內葉墻、外葉墻、中間的保溫層以及連接三者的連接件組成。通常情況下，內葉墻用作承重結構，外葉墻用作維護結構，夾芯墻是目前唯一的一種集承重、保溫、維護或裝飾為一體的新型墻體。該墻體的主體結構位于隔熱層的內側，能夠確保其耐久性。隔熱層位于外葉墻的內側，能夠提升其防火性能。因此，應大幅增加隔熱層的厚度，以達到超低能耗對外墻導熱系數的要求[6]。

3.5 夾芯隔熱系統

根據內、外葉片混凝土板之間剪力的傳遞情況以及連接件的使用形式，將夾芯外掛板劃分為裝配式、非裝配式和部分裝配式3 個大類。

對非組合夾心墻板而言，外部葉片僅起到裝飾和保護的作用，并不與內部葉片發生直接接觸，其自重主要通過連接件傳遞到內部葉片，而內部葉片則承擔了整個墻體的受力。為此，本項目以非組合夾心墻板為研究對象，將外葉片墻板作為外部裝飾層，其受力形態獨立，與內葉片承重墻的聯系不大，二者互不干涉。而對于具有較高節能性能的組合式房屋，其絕熱性能將比常規房屋的絕熱性能更好。

以EPS 保溫材料為例，常規建筑中該材料厚度一般為50 ～100 mm，而在極低能耗建筑中，該種材料的厚度需達到200 ～300 mm。因此，連接內、外葉片式墻板的節點，不僅要具備較高的抗拉、抗剪性能，還應具有較高的彈性、韌性。

3.6 連接件

連接件是夾芯式墻板節點的關鍵部件。在實際工程中，可以從外部葉片墻體所受的垂直力來判斷墻體節點的剪切狀態，而所受的水平力可歸結為面外彎矩和節點的拉拔問題。因此，墻體連接處對內外葉片的約束能力的大小可直接反映出墻體結構的性能。常規的連接方式是將內、外葉片混凝土直接穿入絕緣層，在絕緣層上留有孔洞，破壞了絕緣層的連續性，產生了“冷熱橋”效應。

從結構上看，節點對墻體的強度有一定的保障，但其節能效果也會受到一定程度的影響，進而影響墻體的保溫節能效果。目前，在工程中使用最多的是2 種類型的連接―纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymer，FRP）連接、不銹鋼連接。相對于不銹鋼節點，FRP 節點強度更高、隔熱性更好，熱導率只有不銹鋼節點的約1/3，可有效避免“冷熱橋”現象，顯著提高墻體的保溫效果。

4 裝配式夾芯保溫板一體化建造工藝在工程中的應用

4.1 ALC條板在裝配式建筑外保溫中的應用

蒸壓輕質混凝土（Autoclaved Lightweight Concrete，ALC）條板，結合保溫裝飾一體的外墻圍護系統，具有保溫性能優良、裝飾豐富、耐久、防開裂及防水效果好、施工速度快等顯著優勢，是裝配式鋼結構住宅外圍護系統中使用最廣泛的一種。最常用的保溫裝飾一體板，通過粘錨結合的方法固定在條板上，并使用保溫嵌縫材料進行補縫。

4.2 PC外掛板在裝配式建筑外保溫中的應用

聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）外掛板使用夾芯保溫外掛板，它的組成成分為內外葉墻板、夾心保溫層、連接件及飾面層。PC 外掛板的保溫層提前被整合在外墻板中，并在工廠進行裝配。PC 外掛板對主體結構的安裝精度和施工吊裝設備的要求都比較高，它與主體結構之間采用柔性連接方式，連接節點具備足夠的承載力和適應主體結構變形的能力。

4.3 SLK點連內置保溫體系的應用

目前，在建筑減碳領域，被動式超低能耗建筑是世界上較為先進的節能建筑。利用高效氣密系統、一體化保溫系統、智能環境一體機系統、高性能超低能耗被動窗和被動門系統、外遮陽系統等高新技術，達到節能減排的效果。尤其是系統性集成技術，可以節約90%以上的能耗。

傳統的超低能耗建筑隔熱材料多采用兩層式的粘錨法，不僅對施工管理提出了很高的要求，而且還存在脫落引發火災等安全問題，長期制約著該產業的健康發展。為了消除隱患，SLK 點連內置保溫體系（圖1）省略了主體澆筑后還要進行雙層保溫施工，達到保溫與結構一體化施工的目的，完全解決了傳統超低能耗建筑外墻保溫施工過程繁瑣、速度慢、管理成本高、不適用于高層建筑、存在脫落著火等安全隱患的問題。SLK 點連式內保溫系統模式是將保溫材料的一面與鍍鋅絲焊接在一起，采用裝配式的設計理念，在工廠進行構件預制。構件運至工地后，將鋼絲網復合保溫板放置在澆注主體的鋼筋外部并進行搭接，再插入斷橋接頭，即可完成內保溫墻的封模、澆注等工序。

圖1 SLK 點連內置保溫體系（來源：網絡）

5 結語

超低能耗夾層墻體是一種集超低能耗與組合建筑于一體的新型墻體，具有安全、舒適、施工周期短、造價可控及施工過程對周邊環境影響小等優點，能夠適應國家節能減排的要求。在建筑減碳方面，超低能耗被動型建筑是當前國際上比較先進的一種建筑形式，其系統性的集成技術可以節約耗能90%以上。