装配式建筑围护结构节能保温技术及应用

随着建筑工业4.0的到来，装配式建筑已成为国家及地方政府关注的重点。装配式建筑不仅能节约工期、保证质量，而且具有优异的节能效果，是实现建筑可持续发展的重要途径。2020年8月，住房和城乡建设部发布《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》中明确要求以新型建筑工业化带动建筑业全面转型升级，推动建筑高质量发展，充分表明装配式建筑在我国拥有广阔的市场和政策支持。现阶段，为了满足施工质量及居住需求，建筑施工材料必须满足质量及环保要求，符合我国可持续发展的目标，因此，新型节能材料在装配式建筑中的应用已成为主流。

1、外围护结构节能材料应用

1.1预制外墙夹心保温预制夹心保温墙板是一种“三明治”结构，构造形式从内到外依次为：内叶墙、夹心保温层和外叶墙（如图1所示），预制内外叶墙板并非独立工作，而是通过连接件组合成整体，夹心保温层通常可以采用挤塑聚苯乙烯泡沫板（XPS板）、模塑聚苯乙烯泡沫板（EPS板）、聚氨酯板等。预制夹心保温墙板施工时预先将夹心保温材料填充进内外叶墙体之间，形成有效的围护结构保温系统，这种施工方式可大大提高外墙安装的效率，达到节约成本的目的。

图1预制夹心保温系统节点预制混凝土夹心保温墙板可实现装饰、保温与承重一体化，并可以达到与主体结构同寿命的效果[1]，同时采用连接件进行内外叶墙板有效拉结，有效避免了薄抹灰系统易开裂、保温层易脱落等问题，防火性能也得到了有效提升[2]。传统夹心保温采用钢筋桁架进行内外叶墙板的连接，研究表明此种连接方式会产生明显的冷热桥，夹心保温墙板保温性能将受到影响。FRP是一种新型连接件，具有导热系数低、耐久性好、强度高等特点。近年来FRP连接件在国外应用较为广泛。预制夹心保温墙板在国内研究起步较晚。同济大学薛伟辰等[3]研制出新型预制混凝土无机保温夹心墙体，采用FRP连接件，具有良好的防火性能及节能效果。此后，申亚楠[4]研制了一种新型预制夹心保温墙板，采用FRP连接件代替钢筋桁架，并进行热工模拟，得到最终模拟值为0.404W/（m2·K）。1.2预制外墙内保温外墙内保温体系是一种传统的保温方式。现阶段内保温材料主要分三种：保温板材、现场喷涂发泡材料和保温砂浆。保温砂浆热工性能良好、防火阻燃性好、强度高，并且在热桥处理上简单方便，是房屋节能改造优异的选择。然而在施工过程中，由于保温砂浆质量的参差不齐，操作不规范，导致节能效果不够理想。余以明[5]在普通玻化微珠保温砂浆的基础上加入18%～20%的石灰对其进行改性研究，并制作了水泥钙基玻化微珠保温砂浆复合板。毛晓红[6]研究了胶凝材料及骨料对保温砂浆性能的影响，确定了原材料的种类和最佳掺量。现场发泡保温材料具有保温性能优异、防水性能好、施工速度快等优点，整体性好，减少了维修工作量。传统的发泡材料，虽然保温性能好，但易燃，并且燃烧后会产生有毒气体。余文俊[7]利用甲醛和苯酚合成低温发泡用酚醛树脂，制备出了用于常温发泡来制备酚醛泡沫的酚醛树脂，大大降低施工难度。保温板是应用最为广泛的保温材料之一。常见的保温板有XPS板、EPS板和PU板。保温板防潮、防水性能优异。朱原[8]采用以可膨胀石墨为主，难燃有机树脂和P-N系阻燃剂协同阻燃的复合阻燃剂，通过特殊工艺经发泡成型制成新型阻燃聚苯乙烯泡沫保温板。外墙内保温做法简单、造价较低、耐久性较好、施工便捷，但局部温差过大时容易产生结露现象。预制外墙内保温通过在梁、柱等部位填塞防火保温材料，以填补预制外挂板与主体结构之间的缝隙，确保了内保温层的连续性，有效解决了外墙内保温体系在梁、板、柱、洞口等部位容易产生热桥的问题，如图2所示。预制外挂板可采用反打工艺实现外墙装饰的耐久性。图2预制外墙内保温节点预制外墙内保温技术可广泛应用于混凝土框架结构或钢结构的建筑外围护结构中。1.3屋面及楼面保温装配式建筑屋面构造形式丰富，且需科学设置保温层和防水层。屋面板可采用夹心保温构造，但保温层厚度和预制外墙夹心保温有所不同，并且屋面施工完成后需要铺设防水层。表1是常见保温材料热工性能的对比。表1常见保温材料的性能此外，叠合楼板体系可与加气混凝土结合，提升楼板的保温隔热、防火隔音性能，叠合楼板及屋面在施工时减少单独设置保温层这一工序，因此，装配式建筑叠合体系同加气混凝土相结合将会是重要的优化方案。2、GRC在建筑外围护体系中的应用

GRC是以耐碱玻璃纤维作为增强材料，以水泥砂浆作为胶结材料并加入适量集料组成的新型无机复合材料。具有保温隔热、防水、隔音、安装清洗方便的特点，其物理性能见表2。表2GRC的物理性能GRC在建筑幕墙中应用良好，张凤军等[9]将GRC围护体系在南京青奥会议中心外围护体系中进行了应用，利用GRC高强、高防水特性与维护结构体系安装设计相结合，提高了建筑的节点防水、外围护的节能性和耐久性。目前，在低碳节能政策的指引下，GRC可与其他高性能节能材料复合，形成更高品质和附加值的产品。陈伟[10]研究了15%、12%、10%三种不同冷桥比例的传热系数对GRC外围护结构保温性能的影响，结果表明冷桥比例相同时，传热系数随着保温层厚度减小而增大；保温层厚度相同时，传热系数随着冷桥比例的增大而增加。GRC装饰一体板实现了装饰与节能一体化，缩短了施工周期，减少了现场湿作业，是实现可持续发展的必然趋势。3、工程应用

上海宝业中心（如图3所示）是上海虹桥新中心商务区二期开发的一部分，东至申贵路，南至兰虹路，西至申长路，总建筑面积约26672.11m2，地上计容建筑面积13008m2。

图3上海宝业中心项目外墙由GRC+PC外围护与幕墙组成，内圈为玻璃幕墙，外圈由GRC+PC单元板块组成，共854块单元块，最小尺寸为1880mm×1450mm，最大尺寸为2500mm×4350mm，共405个外形尺寸，每种尺寸的内倾角造型不同，固定玻璃窗尺寸不同，形成有序变化的波浪。GRC+PC单元幕墙板物理性能见表3。表3

GRC+PC单元板物理性能GRC+PC外围护单元系统由以下部分组成：GRC+PC单元外壳、窗、背负钢架、一次防水系统、二次防水保温及防火体系、三维调节连接组合等组成，窗与GRC面板接缝处通过断桥铝型材进行封闭，消除冷热桥的影响；防火岩棉与主体结构之间填充保温板，达到保温隔热的效果。节点详图如图4所示。图4GRC+PC外围护单元式幕墙系统横剖图GRC面层主要组成材料为：泰国白水泥，铁质颜料，石英硅砂，丙烯酸聚合物，细短玻璃纤维及CanbuildU801+T701材料；背层主要用料为：波特兰水泥，硬质硅砂，丙烯酸聚合物，长玻璃纤维及CanbuildU801材料。使用该类材料，达到了美观、抗渗、防冻、高强耐久的效果。项目融入了多项节能与先进建造技术，综合了装配式建筑施工进度快及现浇结构整体性好的优点，实现了良好的节能性和耐久性。

结论

随着国家政策的相继出台，装配式建筑逐渐推广开来，新型节能材料和节能技术的研发和使用