真空絕熱板在超低能耗裝配式建筑中的應用

顧 林 張蘇雨 孟璐璐 李 泉 葉 偉

浙江精工鋼結構集團有限公司創新研究院

0 引言

在采暖建筑中，圍護系統熱損失約占建筑整體熱損失的五分之四，而其中外墻系統就占到一半以上。為使建筑降低能耗，更好地節能，外墻系統顯得尤為重要。

裝配式建筑和超低能耗建筑外墻系統的主要差異在于裝配式建筑外墻偏向集成裝配，需預留縫隙，而超低能耗建筑強調整體性，保溫材料整體厚型包裹，這就使裝配式建筑要實現具有等同超低能耗建筑的外墻系統非常困難。

真空絕熱板是一種由填充芯材與保護表層復合而成的真空保溫材料，其有效避免了空氣對流引起的熱傳遞，導熱系數K 值大幅降低，降到0.002～0.004 W/mK，為傳統保溫材料的1/10。在對該材料應用的研究過程中，不少學者提出了觀點，如蔣亮等［1］提出了建筑用真空絕熱板結構功能一體化設計的思想，耿進良等［2］提出復合鋁箔包覆方法邊緣冷橋對整體性能的影響因素，趙潤俐［3］、辛德勝［4］、薛一冰［5］和馮長偉［6］等分別通過實際案例介紹了真空絕熱板在建筑外墻外保溫中以粘錨工藝為主的應用技術。

本文介紹了真空絕熱板裝飾一體板技術，提出其在超低能耗裝配式建筑中應用的兩種方法，并詳細介紹了冷橋阻斷技術。

1 真空絕熱裝飾一體板技術

真空絕熱裝飾一體板是指通過專用設備將真空絕熱板與裝飾層面板復合而成的板狀制品，其在工廠制作成型，同時具有保溫和裝飾功能，性能指標滿足保溫一體板指標。傳統建筑外保溫做法見圖1［7］。

圖1 傳統建筑外保溫做法

2 超低能耗建筑外墻系統常規做法

常規超低能耗建筑外墻處理方式以厚度200 mm 以上的石墨聚苯板厚型整體包覆為主要手段，結合300 mm 左右的砌筑墻體，總K 值可達0.15，性價比較高，但粘錨結合外保溫施工方法由于質量難以控制，被很多地區禁用或限制使用，如超低能耗技術推廣力度較大的河北省住建廳印發了《河北省民用建筑外墻外保溫工程統一技術措施》［8］，要求自2021年7月1日起對在施工現場采用膠結劑或錨栓及兩種方式組合的薄抹灰外墻外保溫系統（砌體結構除外）限制使用。

3 裝配式建筑外墻特點及超低能耗技術

裝配式建筑外墻特點是盡量避免現場濕作業，以工業化構件形式工廠生產現場安裝，推薦使用集保溫、裝飾一體化的外墻大板系統。由于該系統保溫層在工廠預制一次成型，可有效避免空鼓、保溫材料剝離等質量缺陷，但應用在超低能耗建筑外墻系統時，大板與大板間間隙、保溫材料間間隙是一個問題，會使連通建筑內外的冷橋在上述間隙位置形成一連續的三角形延伸區，詳見圖2。這些冷橋延伸區對實際節能效果有所減弱，雖不能在簡單的節能計算中反映出來，但并不表示其影響不存在。

圖2 間隙位置冷橋延伸區

通過一種斷熱反打二合一的新型技術，將裝配式建筑外墻中一個品類預制混凝土外墻掛板，采用反打的方式復合高效保溫材料，并通過反打部件，實現縫隙斷熱，從而去除保溫材料的間隙。至于大板間隙，由于其面積占比較少且無法在工廠內處理，仍可采用后填充保溫材料的方式解決。

4 解決方案及冷橋阻斷技術

4.1 真空裝飾一體板反打技術

真空裝飾一體板反打技術見圖3。

圖3 新型真空裝飾一體板反打技術

該技術選用可開槽板材（如水泥纖維板、硅鈣板、薄型石材、瓷板等）飾面的真空裝飾一體板，采用反打工藝與預制混凝土外墻板結合，再采用附加節能材料與反打拉結件結合的形式進行縫隙冷橋阻斷。

該技術中的預制墻體由真空裝飾一體板及強度不低于C30 的混凝土預制成型，其中真空裝飾一體板的飾面板四周板縫處預先開設3 mm 以上深度的沉槽，飾面向下作為底模鋪裝在模臺上，并在真空絕熱板保溫層一側每個板縫交叉點上設置一金屬拉結件配合一個非金屬的斷熱扣件。斷熱扣件外側開設非貫通螺紋孔，側面設有安裝石墨聚苯板用的卡槽，沿每塊真空裝飾一體板的板縫設置石墨聚苯板條，石墨聚苯板條兩端分別嵌合在相鄰兩側的斷熱套卡槽內。金屬拉結件沿真空絕熱板板厚度方向插入板縫中，外側被沉槽限位，內側螺絲的另一端螺接于斷熱套的螺紋孔中形成包裹斷熱，最后，真空裝飾一體板內側鋪設構造筋，并澆筑混凝土形成混凝土預制墻板，完成結構一體。

該技術中作為斷熱反打技術核心的斷熱扣件有四個主要功能：阻斷金屬拉結件的冷橋；壓緊真空裝飾一體板使之在澆筑振搗中不產生位移；卡接石墨聚苯板條完成縫隙斷熱；通過帶有排氣孔的法蘭形成與混凝土的二次拉結。

4.2 背槽式真空裝飾一體板干掛技術

背槽式真空裝飾一體板干掛技術見圖4。

圖4 背槽式斷熱干掛技術

考慮到單純的預制外墻做法不能覆蓋全部建筑立面，本文提出了真空裝飾一體化板背槽式斷熱干掛技術作為補充。

該技術是將使用背部開槽實現連接的真空裝飾一體板代替正面開槽或側面開槽實現連接的真空裝飾一體板。在工廠復合真空絕熱板之前，嵌入鋁合金互插件，并使用鉚釘固定，同時配合帶有縫隙阻斷的斷熱型材，屏蔽冷橋輻射區，這樣既可保證外側膠縫連續，又可有效阻斷縫隙冷橋，降低輻射區影響。

該技術中，墻體由真空裝飾一體板、斷熱鋁龍骨及基礎墻體組成，其中真空裝飾一體板飾面板背面預先刨出深度不低于3 mm 的安裝槽口，并使用鉚釘錨入帶有公母槽口的鋁合金插件，然后再復合真空絕熱板，就得到了一塊帶有隱藏型槽口的真空裝飾一體板。

龍骨做法與傳統幕墻相似，構造上除設置注塑的斷熱構造外，還增加了兩個可填塞石墨聚苯、聚氨酯、巖棉等二次斷熱材料的空腔以屏蔽縫隙冷橋。安裝時先按傳統做法安裝橫豎龍骨，再通過真空裝飾一體板上預留的槽口將面板固定在斷熱龍骨的斷熱構造外側，需額外說明的是，最好在龍骨內側增加通鋪的防水透氣膜以增加整體氣密性。

5 冷熱橋有限元分析

分析基礎：利用粵建科MQMC軟件進行冷熱橋分析，按照寒冷地區氣候條件，設定內外溫差40 ℃，對縫隙位置不同材質的拉結件和不同的包覆狀態進行模型分析。

工況1：不銹鋼拉結件+尼龍斷熱扣件包覆（斷熱扣件凸出部分未保留），見圖5。

工況2：不銹鋼拉結件無包覆，見圖6。

圖6 不銹鋼拉結件無包覆

通過上述三個工況組對比，得出冷熱橋分析結果，數據見表1。

表1 冷熱橋分析結果

從分析結果可以看出：金屬拉結件在不作包覆

工況3：尼龍拉結件無包覆，見圖7?；虮⌒桶驳那闆r下發散性冷橋狀態比較明顯，嚴重影響整體保溫效果，結露風險較大，增加斷熱扣件后，冷橋效應被壓制。采用純尼龍拉結件是比較理想的斷熱方法，但構造外側僅有2 mm 的壓緊構造，對尼龍材料來說局部承壓能力不足，存在變形過大而失效的可能。

因此，現階段金屬拉結件配斷熱扣件或類似厚型包裹的方式是值得選用的方法。

6 結論

通過對真空絕熱裝飾一體板技術在超低能耗建筑外墻的應用及冷橋處理方法分析、冷熱橋的計算，得到以下結論：

1)真空保溫一體板結合預制反打工藝形成的預制大板是一種實現保溫、裝飾、結構一體化的外墻產品，可應用于滿足超低能耗標準的裝配式建筑中。

2)不作處理的金屬拉結件冷橋效應嚴重，采用阻斷技術處理掉冷橋對整體室內環境溫度的穩定非常有利。

3)由非金屬纖維材料（FRP）或尼龍材料組合金屬材料形成的復合型拉結件有著進一步的研究價值。