預(yù)制夾心保溫墻板在建設(shè)工程中的節(jié)能設(shè)計探索

朱堅明， 徐建業(yè)， 曾 理

(溫州建正節(jié)能科技有限公司， 浙江溫州 325000)

發(fā)展裝配式建筑是現(xiàn)在建筑行業(yè)最重大的變革之一，能夠節(jié)約能源、資源、減少施工造成的污染，提升勞動生產(chǎn)的效率和質(zhì)量安全水平[1]。在如今人工成本越來越高的趨勢下，工人緊缺的背景下，裝配式建筑可減少施工過程中對于人員數(shù)量的需求。

在裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件中，預(yù)制墻板是建筑外圍護結(jié)構(gòu)最主要、最常見的組成部分。墻體作為整個建筑物熱量傳遞和導(dǎo)出的最主要結(jié)構(gòu)，對建筑物熱量的傳遞有著最為直接的影響[2]。因此，提高預(yù)制墻板的保溫隔熱性能，降低熱量的傳導(dǎo)，是控制建筑物整體能耗最為有效的手段之一。

1 預(yù)制墻板保溫形式的簡介

在實際工程中較為常見的預(yù)制墻板保溫形式分為外保溫、內(nèi)保溫及夾心保溫，與傳統(tǒng)墻體的圍護結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)相似。

當采用內(nèi)保溫時，將預(yù)制墻板以外掛墻的形式進行安裝，與主體結(jié)構(gòu)外側(cè)保留出30～50 mm的間隙便于填充保溫材料，并且在容易產(chǎn)生熱橋現(xiàn)象的梁、柱、樓板上噴涂、粘貼保溫材料，以便有效地解決熱橋問題，保持整體內(nèi)保溫系統(tǒng)的連續(xù)性。

若采用外保溫的形式，則是將高效保溫材料粘貼在砌體墻或剪力墻的外側(cè)，再外掛預(yù)制的鋼筋混凝土裝飾板[3]。這種外掛板加外保溫的保溫系統(tǒng)除其組合的連接件部分有熱橋問題，其他部分均可形成完整的保溫層，從而形成良好的節(jié)能保溫效果。

在實際的施工過程中，上述的兩種預(yù)制墻板的保溫形式均有施工的環(huán)節(jié)較多、施工效率比較低及保溫層較厚的缺點。因此，最為常見的保溫形式為夾心保溫。

通俗地說，預(yù)制夾心保溫墻板就是一種“三明治”結(jié)構(gòu)，其從內(nèi)到外是由內(nèi)頁墻、保溫材料(EPS、XPS、無機輕集料保溫砂漿、聚氨酯等)和外葉墻通過連接件組合而成的。其相較于其他兩種保溫形式的優(yōu)勢在于能在外墻板的預(yù)制工序中，直接將保溫材料填充進墻體之中一體成型為有效的圍護結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)，便可大大提高外墻安裝的施工速度，節(jié)省大量的施工成本。

常見的預(yù)制保溫墻板的熱工性能見表1。

表1 預(yù)制保溫墻板的熱工性能

其中：普通混凝土λ=1.74W /(m·K)，發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)λ=0.041W /(m·K)，擠塑聚苯乙烯(XPS)λ=0.030W /(m·K)。

2 新型預(yù)制夾心保溫墻板

在溫州地區(qū)的實際工程中采用一種保溫材料分散填充的預(yù)制夾心保溫墻板，其與常見的“三明治”構(gòu)造不同(圖1)，其只在預(yù)制墻板的中間部分分散地填充保溫材料，其余部分均為鋼筋混凝土。無法按照常見的規(guī)范選取其熱工參數(shù)，且在各地規(guī)范、圖集中均無相應(yīng)的熱工參數(shù)，因此可考慮以GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》[4]中的經(jīng)驗公式為基礎(chǔ)，推算出該墻體結(jié)構(gòu)大概的熱工參數(shù)。

圖1 墻板構(gòu)造示意

根據(jù)GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》中傳熱系數(shù)的計算公式：

式中：K為圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，單位為W /(m2·K)；R為圍護結(jié)構(gòu)各組成部分的厚度與導(dǎo)熱系數(shù)的比值求和，δi為第i層的材料厚度，單位為m；λi為第i層的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W /(m·K)；Ri為內(nèi)表面換熱阻(m2·K/W)，可按規(guī)范的規(guī)定取值；Re為外表面換熱阻(m2·K/W)，可按規(guī)范的規(guī)定取值。

以一個簡單的三明治結(jié)構(gòu)的預(yù)制夾心混凝土墻板為例，其構(gòu)造兩側(cè)為90 mm鋼筋混凝土，中間為40 mm 厚EPS(發(fā)泡聚乙烯)保溫板，可得出相應(yīng)的熱工參數(shù)理論值為：

在不考慮內(nèi)外裝飾層及構(gòu)件對熱工參數(shù)的影響下，該傳熱系數(shù)與上表中實測0.85相接近，可說明該計算公式基本可靠。

以圖1墻板為例，該墻板采用了40 %面積20 mm厚XPS擠塑式聚苯乙烯隔熱保溫板夾心保溫(兩側(cè)90 mm鋼筋混凝土，中間為20 mm 厚XPS擠塑式聚苯乙烯隔熱保溫板)，其余部分均為普通混凝土，在計算過程中，可近似地將這塊墻板分為兩部分進行計算，再統(tǒng)一計算整體墻板的熱工性能。

保溫板部分傳熱系數(shù)理論值：

鋼筋混凝土部分傳熱系數(shù)理論值：

整體墻板傳熱系數(shù)理論值：

Km為圍護結(jié)構(gòu)整體傳熱系數(shù)，單位為W /(m2·K)；Ki為圍護結(jié)構(gòu)各組成部分的傳熱系數(shù)，單位為W /(m2·K)；Fi為圍護結(jié)構(gòu)各組成部分的面積，單位為m2。

由于該墻板為便于施工與一般住宅砌體墻整體厚度相同，為200 mm；為保證其結(jié)構(gòu)強度，保溫層厚度僅設(shè)置20 mm，保溫隔熱效果較弱，和規(guī)范要求的指標還存在較大差距。在實際工程中還需考慮制造過程中的缺陷，熱橋的影響，運輸存放的問題，因此還需適當?shù)卦黾颖卮胧詽M足相應(yīng)規(guī)范要求，達到整體節(jié)能保溫效果。

3 工程實例

溫州某大型房地產(chǎn)項目是典型的預(yù)制混凝土夾心保溫墻板工程案例。該工程為全裝修、裝配式建筑住宅項目，建筑朝向南偏東19 °，體形系數(shù)0.35～0.40，標準層高3.0 m，層數(shù)16～26層，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。

以其中一幢典型的住宅樓為例，南北向窗墻比約0.40(主要朝向)，其中預(yù)制外墻面積約占整體圍護結(jié)構(gòu)墻體面積的40 %，其外墻保溫采用了20 mm聚合物水泥砂漿+200 mm PC預(yù)制墻板(40 %面積20 mm厚XPS擠塑板夾心保溫，如圖1所示)+25 mm保溫漿料+5 mm抗裂砂漿(網(wǎng)格布)的作法，圍護結(jié)構(gòu)整體熱阻達到0.64 m2·K/W，傳熱系數(shù)達到1.56 W/ m2·K。如果采用溫州地區(qū)常用的自保溫墻材，如采用蒸壓加氣混凝土來達到相同的保溫效果，則需要17 mm厚的保溫砂漿；采用陶粒復(fù)合混凝土砌塊，則需要15 mm厚的保溫砂漿。由此，可得出該預(yù)制夾心混凝土墻板與常見的自保溫墻材的保溫性能還是有一定差距，應(yīng)結(jié)合實際情況增加夾心保溫材料的厚度以改善保溫效果。

4 結(jié)論

預(yù)制夾心保溫墻板正處于快速發(fā)展階段，其所擁有的具體優(yōu)點如下：通過工廠化批量生產(chǎn)的預(yù)制混凝土墻板，質(zhì)量規(guī)格精確穩(wěn)定；外葉墻、內(nèi)葉墻、保溫層一次成型，通過連接件拼接可以形成一個整體，并且保溫層和外飾面與結(jié)構(gòu)可視 為同壽命，基本無需維修；采用裝配式建造的方式進行施工，可大幅度縮短施工周期，預(yù)埋線管、線盒、鋼筋綁扎等原來在現(xiàn)場較為繁雜的工序都可在工廠生產(chǎn)過程中完成，現(xiàn)場施工只需工人進行拼裝連接。預(yù)制混凝土墻板在施工方面的優(yōu)勢明顯，在成本方面雖然略高于傳統(tǒng)墻材，但已經(jīng)開始在市場中逐步普及，成本會逐步下降。但其保溫效果受廠家制造工藝與保溫材料厚度影響較大，在設(shè)計制造中在保證結(jié)構(gòu)強度的前提下，應(yīng)適當增加保溫層的厚度。

建筑施工工業(yè)化的技術(shù)正在快速發(fā)展，預(yù)制夾心保溫混凝土墻板相較于傳統(tǒng)保溫墻材在各方面的優(yōu)勢日益凸顯。應(yīng)進一步加強新型預(yù)制混凝土節(jié)能體系的研究開發(fā)和工程應(yīng)用，根據(jù)各類工程設(shè)計的要求進行深化設(shè)計，滿足標準化，模數(shù)化，便于施工，從設(shè)計到施工全方位實現(xiàn)建筑施工工業(yè)化高效、節(jié)能、環(huán)保的目標。