室內(nèi)滑雪館墻體夾芯保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)探索

汪 濤 沈蔚甫

華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 200120

室內(nèi)滑雪館可滿足人們運(yùn)動(dòng)、休閑、娛樂等的綜合需求，其極端的溫度條件在不同的季節(jié)帶來差異性的環(huán)境體驗(yàn)，近年來此類項(xiàng)目備受民眾青睞。室內(nèi)滑雪館如同冷庫建筑，其保溫設(shè)計(jì)在某種意義上決定了項(xiàng)目的成敗。常用滑雪館保溫系統(tǒng)存在保溫整體性較差，氣密性不強(qiáng)、熱橋處理難度大等構(gòu)造缺陷，筆者通過實(shí)際項(xiàng)目案例中夾芯保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，力求嘗試為室內(nèi)滑雪館墻體設(shè)計(jì)提供兼具防火安全性及保溫隔熱高效性的墻體保溫隔熱系統(tǒng)[1]。

1 室內(nèi)滑雪館使用特殊性及保溫設(shè)計(jì)

室內(nèi)滑雪館有別于普通民用建筑，因工藝及使用要求其冷區(qū)環(huán)境具備低溫高濕的特點(diǎn)，且冷區(qū)大面積被冰、雪覆蓋，火災(zāi)荷載遠(yuǎn)低于一般人員密集的公共場所。保溫圍護(hù)系統(tǒng)是維持冷區(qū)特殊環(huán)境的重要載體，權(quán)衡多方制約因素設(shè)計(jì)利于營建冷區(qū)環(huán)境場的墻體保溫系統(tǒng)，是同類項(xiàng)目設(shè)計(jì)中首要解決的重點(diǎn)問題。

1.1 室內(nèi)滑雪館火災(zāi)荷載

室內(nèi)滑雪館冷區(qū)范圍大多以真雪、真冰覆蓋，雪層厚度可達(dá)500mm左右，覆雪面積一般占冷區(qū)面積70%-100%不等?；^冷區(qū)一般分為滑雪及嬉雪兩大功能區(qū)域，滑雪雪道上基本無火災(zāi)荷載，嬉雪區(qū)域除個(gè)別游樂設(shè)施嚴(yán)格控制B1級材料外，其余區(qū)域一般無火災(zāi)荷載。室內(nèi)溜冰場的冰面面積、滑雪場等的雪面面積不計(jì)入防火分區(qū)亦可說明冷區(qū)空間整體火災(zāi)荷載較小，消防安全性較高。

1.2 室內(nèi)滑雪館環(huán)境參數(shù)

室內(nèi)滑雪館屬于低溫高濕環(huán)境，室內(nèi)運(yùn)營溫度一般在-3至-5℃，此溫度為造雪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的適宜溫度及維持地面雪層的所需溫度，高于此溫度時(shí)，活動(dòng)人員產(chǎn)生的熱量將帶來雪面融化的風(fēng)險(xiǎn)，影響運(yùn)營及使用；滑雪館室內(nèi)非造雪狀態(tài)下相對濕度在70%-80%，造雪狀態(tài)下其空氣相對濕度可達(dá)90%-100%。

1.3 室內(nèi)滑雪館保溫設(shè)計(jì)

室內(nèi)滑雪館宛如一個(gè)巨大的冰箱，其保溫設(shè)計(jì)對滑雪館冷區(qū)制冷、運(yùn)營至關(guān)重要。室內(nèi)滑雪館墻體保溫材料及保溫系統(tǒng)的選擇一直是冷區(qū)保溫設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其保溫系統(tǒng)不僅應(yīng)滿足嚴(yán)苛的保溫隔熱要求，同時(shí)應(yīng)考慮保溫系統(tǒng)的耐火性、氣密性、防滲透性以及構(gòu)造熱橋處理等一系列影響因素。

2 室內(nèi)滑雪館墻體保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于滑雪館保溫材料選擇的局限性，結(jié)合滑雪館常用保溫系統(tǒng)的缺陷，在內(nèi)、外保溫系統(tǒng)基礎(chǔ)之上提出夾芯保溫系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)踐項(xiàng)目案例明確夾芯保溫系統(tǒng)構(gòu)造層次。

2.1 內(nèi)/外保溫系統(tǒng)

室內(nèi)滑雪館保溫設(shè)計(jì)通常采用內(nèi)保溫系統(tǒng)或外保溫系統(tǒng)。在保溫材料選擇上，聚氨酯、巖棉及發(fā)泡陶瓷等材料有實(shí)際應(yīng)用案例。其中發(fā)泡陶瓷防火性能優(yōu)異，抗壓強(qiáng)度大，但存在著容重大、導(dǎo)熱系數(shù)相對較大，造價(jià)較高等缺點(diǎn)，一般在室內(nèi)滑雪館中多用于冷區(qū)墻體底部或內(nèi)部小型建筑的保溫材料。室內(nèi)滑雪館內(nèi)外保溫墻體多采用預(yù)制聚氨酯金屬夾芯板以及巖棉金屬夾芯板，但這兩種保溫板均存在預(yù)制板拼縫多，保溫整體性較差，構(gòu)造熱橋難以處理等缺陷。金屬巖棉夾芯板在低溫高濕環(huán)境內(nèi)吸濕后變形率逐漸增大，保溫體系耐久性嚴(yán)重下降，且受到生產(chǎn)工藝的限制，市面最大成品板厚度240mm，無法滿足室內(nèi)滑雪館傳熱系數(shù)K值的要求。

2.2 夾芯保溫系統(tǒng)

從室內(nèi)滑雪館保溫整體性優(yōu)化出發(fā)，在滿足滑雪館冷區(qū)保溫傳熱系數(shù)要求的前提下，在建筑外墻的內(nèi)葉墻和外葉墻之間填充優(yōu)質(zhì)的保溫絕熱材料，從而使外墻系統(tǒng)兼具更優(yōu)的保溫整體性及防火安全性能，形成夾芯保溫系統(tǒng)。在上海冰雪之星項(xiàng)目實(shí)踐中，墻體夾芯保溫系統(tǒng)構(gòu)造層次依次為：砌塊墻體、隔汽層、自熄性聚氨酯發(fā)泡層、巖棉雙面?zhèn)蠕摪灞Ｗo(hù)層。此夾芯保溫系統(tǒng)依次形成的密閉、無空腔復(fù)合保溫體系，保證保溫體系連續(xù)貫通，有效克服預(yù)制板拼縫造成的熱橋缺陷，其整體保溫性能更優(yōu)，使用壽命亦可達(dá)數(shù)十年之久。

3 墻體夾芯保溫系統(tǒng)安全性分析

雙側(cè)墻體復(fù)合發(fā)泡聚氨酯的夾芯保溫系統(tǒng)在國內(nèi)顯有應(yīng)用案例，聚氨酯材料熱穩(wěn)定性差、燃燒性強(qiáng)，添加阻燃劑的聚氨酯在熱力作用下其火災(zāi)危險(xiǎn)性仍較高，針對此夾芯保溫系統(tǒng)潛在的安全隱患，提出通過系統(tǒng)型式檢驗(yàn)、加強(qiáng)施工措施以及燃燒試驗(yàn)檢測等一系列手段驗(yàn)證系統(tǒng)的安全性能。

3.1 型式檢驗(yàn)

為檢測該夾芯保溫系統(tǒng)作為室內(nèi)滑雪館外墻的耐火安全性，該系統(tǒng)委托經(jīng)國家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行型式檢驗(yàn)（安全性能），其檢驗(yàn)結(jié)論為：“經(jīng)檢驗(yàn)，該室內(nèi)滑雪場保溫系統(tǒng)構(gòu)造墻在墻厚420mm時(shí)耐火性能為60min”。根據(jù)檢測報(bào)告整體系統(tǒng)滿足規(guī)范中非承重外墻耐火極限1小時(shí)的要求。

3.2 加強(qiáng)措施

雙面彩鋼巖棉夾芯板作為保溫材料的防護(hù)層，其材料參數(shù)及連接方式等對整體系統(tǒng)安全性發(fā)揮至關(guān)重要的作用，為確?；馂?zāi)時(shí)防護(hù)材料持續(xù)發(fā)揮保護(hù)作用從而保證系統(tǒng)安全性，進(jìn)一步采取以下加強(qiáng)措施：

①防護(hù)措施：

作為防護(hù)層的雙面彩鋼巖棉夾芯板，巖棉容重不小于100kg/m3；雙面彩鋼巖棉夾芯板應(yīng)將保溫材料完全包覆，防護(hù)墻體厚度不小于50mm，且保溫層與結(jié)構(gòu)構(gòu)件及防護(hù)層之間不得存在空隙或空腔。

②連接措施：

雙面彩鋼巖棉夾芯板固定預(yù)埋件外露部分應(yīng)采取防火、防腐措施；巖棉夾芯板龍骨應(yīng)固定在結(jié)構(gòu)梁、結(jié)構(gòu)柱或構(gòu)造梁、構(gòu)造柱上，確保火災(zāi)發(fā)生時(shí)不脫落[2]。

③其他措施：

穿越夾芯保溫復(fù)合體系的配電線路應(yīng)設(shè)金屬導(dǎo)管保護(hù)；安裝于墻面的配電箱、控制面板、接線盒、開關(guān)、插座等應(yīng)直接安裝在A級材料上。

3.3 施工保障

雙側(cè)墻體復(fù)合發(fā)泡聚氨酯夾芯保溫系統(tǒng)，其防火關(guān)鍵還在于保證發(fā)泡聚氨酯材料的安全性，特別是在材料存儲(chǔ)及施工過程中。聚氨酯在施工過程中，因保護(hù)不當(dāng)或與電焊等交叉作業(yè)而引起火災(zāi)的案例曾造成巨大的傷亡和損失。施工過程中必須規(guī)范材料存儲(chǔ)，嚴(yán)控施工工藝，加強(qiáng)材料保護(hù)、保證施工安全。

①安全存儲(chǔ):聚氨酯發(fā)泡原料應(yīng)選擇獨(dú)立區(qū)域分罐/桶密封存儲(chǔ)，必須符合國家有關(guān)危險(xiǎn)品存放的有關(guān)規(guī)定。應(yīng)嚴(yán)格控制周圍火源、熱源，消除有可能導(dǎo)致聚氨酯發(fā)生受熱分解的隱患。

②分層施工:施工過程中嚴(yán)格控制分層施工工藝，經(jīng)處理后的砌塊墻體先進(jìn)行兩道噴涂，每一層厚度應(yīng)控制在25-30mm，后安裝雙面彩鋼巖棉夾芯板，最后在空隙內(nèi)進(jìn)行聚氨酯發(fā)泡。施工過程中應(yīng)留給聚氨酯充分的反應(yīng)時(shí)間，確保整體系統(tǒng)間無空隙無空腔。

③分段施工:為防止連續(xù)施工面積過大造成質(zhì)量控制及安全隱患，施工中采用分段噴涂的方式，垂直分段以雙面彩鋼巖棉夾芯板1m寬模數(shù)為分段基礎(chǔ)，水平分段以10m為模數(shù)，各分段之間預(yù)留1.5m的阻隔空間進(jìn)行后置噴涂處理。

④材料保護(hù):聚氨酯分段分層噴涂需在操作間隙及非施工時(shí)段內(nèi)進(jìn)行保溫材料保護(hù)，未完成復(fù)合無空腔系統(tǒng)的夾芯單元不得中止該段施工，每段噴涂完成后應(yīng)立即覆蓋不燃燒材料保護(hù)層，嚴(yán)格避免分段施工的聚氨酯長時(shí)間裸露在外。

⑤規(guī)范操作:施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)空間通風(fēng)，嚴(yán)禁與電焊等明火交叉作業(yè)，噴涂工作每天告一段落后，必須專人進(jìn)行安全性檢查；聚氨酯噴涂施工應(yīng)由專業(yè)人員操作，且應(yīng)配戴經(jīng)國家認(rèn)可的防護(hù)面具，穿戴防護(hù)服和防護(hù)手套。

3.4 墻體夾芯保溫系統(tǒng)燃燒試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證該夾芯保溫系統(tǒng)的防火安全性能，特搭建滑雪場保溫耐火試驗(yàn)樣板建筑（圖1、圖2），室內(nèi)空氣溫度經(jīng)制冷設(shè)備降溫處理至環(huán)境運(yùn)營溫度-3至-5℃，環(huán)境濕度80%-90%。燃燒試驗(yàn)選用不同規(guī)?；鹪矗▓D3）、不同位置、低溫環(huán)境及常溫環(huán)境等不同模式分別進(jìn)行系統(tǒng)耐火性檢驗(yàn)，同時(shí)于樣板建筑內(nèi)部安裝煙氣傳感器、視頻監(jiān)控和紅外熱成像等設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集分析。經(jīng)現(xiàn)場緊臨夾芯墻體進(jìn)行5MW大規(guī)?；馂?zāi)試驗(yàn)，該樣板建筑結(jié)構(gòu)保持良好，緊靠火源處夾芯保溫墻體外側(cè)巖棉采鋼板保護(hù)層局部變形(圖4)，巖棉彩鋼板內(nèi)與聚氨酯接觸一側(cè)有大面積碳化，但保護(hù)層未燒穿；火源側(cè)頂部和兩邊表面有明顯碳化（圖5），但內(nèi)部無明顯碳化。經(jīng)火災(zāi)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，該燃燒試驗(yàn)結(jié)論為：在大規(guī)?；馂?zāi)的沖擊下，該夾芯保溫系統(tǒng)墻體保持了良好的防/耐火性能。

圖1 耐火試驗(yàn)樣板建筑搭建中

圖2 耐火試驗(yàn)樣板建筑

圖3 試驗(yàn)火源

圖4 保護(hù)層燃燒變形

圖5 火源側(cè)保溫碳化

4 結(jié)語

室內(nèi)滑雪館冷區(qū)墻體保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和改進(jìn)，不僅有賴于高效、低價(jià)的保溫隔熱材料，統(tǒng)籌考慮隔熱材料在低溫高濕環(huán)境的參數(shù)影響，更需要全面研究驗(yàn)證其保溫系統(tǒng)的耐火安全性甚至施工過程中的防火措施及工藝流程[3]。在現(xiàn)行規(guī)范未對此類特殊功能建筑類型提供保溫設(shè)計(jì)指導(dǎo)的前提下，針對室內(nèi)滑雪館墻體保溫系統(tǒng)，嘗試不同途徑的解決方案，通過試驗(yàn)或檢測數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證，為同類項(xiàng)目實(shí)踐提供一定的參考及借鑒。