高效节能围护体系在大型居住区建设中的应用*

朱龙奎 俞 屏

上海建工房产有限公司 上海 200080

1 长效保温建筑预制围护体系的特点

1）节能围护体系与建筑主体结构同寿命，不存在剥离脱落、保温失效等问题，实现了长效保温的功能；

2）节能围护体系组成灵活，由钢筋混凝土外墙模与外墙保温材料复合构造而成，其保温材料的品种和厚度可以根据实际的保温性能选择，灵活选择保温材料不受体系限制，技术适应性好；

3）节能围护体系构造简单，是集外墙门窗框、空调板等附件于一体的综合部件，可替代现有保温体系，节约材料，提高了材料利用率；

4）节能围护体系以前期的标准化设计，中期的工厂化制作、模块化运输、标准化吊装装配，后期的长效免维护为其典型特征；

5）适应建筑产业化发展要求，工厂化预制部分在体系中兼具现浇部分外模板、建筑外墙保温、建筑外墙面装饰等多种功能[1]。

2 长效保温建筑预制围护体系在大型居住区建设中的运用

在上海周康航大型居住社区项目中，我们选取其中建筑总量50 000 m2的小区一处，进行工程示范实践。该项目占地面积为24 500 m2。由6栋住宅楼、1栋社区服务用房及1个地下汽车库组成。地块总建筑面积约59 700 m2，地上建筑面积50 800 m2。

工程示范楼建筑结构形式为剪力墙结构，建筑外围护结构采用长效保温建筑预制围护体系（含外侧的工厂预制部分及内侧现浇钢筋混凝土部分），建筑物公共区域电梯厅、走道及户内阳台、厨房、卫生间区域采用预制叠合结构，楼梯段采用全预制结构。

2.1 长效保温建筑预制围护体系的系统设计

我们充分发挥了设计的前瞻性作用，在设计阶段确定了该项目的墙体保温型式，对建筑体型、围护结构、关键节点等方面都进行了深入的分析，将可预期的困难和问题提前至设计阶段给予考虑。本着适度预制、减少板型规格、提高构件利用率、降低预制构件成本的原则，从功能设计出发，以提高标准开间外墙板重复利用率为导向，简化小区房型设计，将住宅立面开间作为房型设计的基本元素，将外墙预制构件的重复利用范围扩展到各住宅房型之间。

2.1.1 围护体系保温材料对比优选

在进行本项目保温材料选择过程中，我们从外墙板构件中保温材料所处位置出发，结合墙板的生产工艺流程，确定保温材料的选择原则为：导热系数小，容重轻，吸湿性小，加工性能好，使用寿命长，温度变化时线膨胀系数小，经济性好。而对材料的耐火性、防虫防蛀等方面则不作特别要求。

目前，市面上的保温材料从应用上可分为有机类保温材料、无机保温材料、复合型保温材料3大类。我们认为：保温材料的选用及保温构造的确定是建筑外墙保温设计的原则。组成材料灵活多变应是该体系最大的特色，各种保温材料，只要满足保温性能和建筑防火要求都可以应用于长效保温建筑围护体系。

我们在本项目的设计中选用泡沫混凝土作为墙体保温层（图1）。保温材料与预制外墙板同为水泥基材料，因而具有较强的相容性是我们考虑的重要因素，同时，泡沫混凝土具有的封闭孔、吸水率低、不透水、防火性能好、热工性能良好等特性与其适中的市场价格对预制装配式住宅的市场推广具有较大的促进作用。

图1 墙体平面大样

2.1.2 围护体系保温构造的研究

传统建筑外墙保温构造依保温材料所处位置可分为外墙外保温系统、外墙内保温系统、外墙夹心保温系统、外墙自保温系统。先将不适应本项目特点的外墙外保温系统、外墙自保温系统予以排除。在综合考虑外墙保温的有效性、预制外墙板工厂制作的可行性、运输及安装过程中成品保护的难易程度、成品的耐久性与耐候性等涉及外墙板的材料特性、制作工艺、运输、安装工艺，拟在预制外墙模加外墙内保温与预制保温外墙板（保温材料复合于预制外墙板内侧，外墙夹心保温系统的一种实现形式）两者间予以择优深化。

通过对两者在技术与经济层面的综合考量，我们最终确定采用预制钢筋混凝土复合自保温外墙板（保温材料复合于预制外墙板内侧）的设计原型，并以建筑外围护体系工厂预制化为抓手，进一步在实践中提高建筑工业化程度。

在本项目中的设计过程中，我们从技术层面确定本系统预制外墙板厚度为55 mm（在构件翻身、起吊、运输、吊装过程中均需专用支架保护），保温层厚度根据实际工程设计确定。在预制外墙板四周及门窗洞口四周均设与板同厚加劲肋，加劲肋与板体形成容纳保温材料的凹槽，使保温材料在墙体施工完毕后与大气完全隔离，保证其热工性能不受外界环境的影响。在此基础上形成本长效保温建筑围护体系（图2、图3）。

2.2 长效保温建筑预制围护体系的加工制作

图2 墙体构造水平面剖切图

图3 墙体构造竖直面剖切图

长效保温建筑围护体系的预制主要采用钢模成型，钢筋加工成型后分块绑扎，然后吊到模板内整体安装，在混凝土浇筑后进行蒸汽养护和保温板的铺设。生产过程中的模板清洁、钢筋加工成型、预埋件的固定、混凝土施工及蒸汽养护、拆模搬运等工序均采用工厂式流水施工，每个工种都由固定的熟练技工进行操作实施。

对于长效保温建筑预制围护体系而言，保温材料是通过连接件与预制混凝土连接的，其连接的质量直接影响该体系墙板的质量。因此，如何有效地将保温材料和连接件紧密连接是关键技术之一。本次所涉及的连接件有钢筋连接件和FRP连接件，当采用钢筋连接件时，连接件采用预埋的方式，其一端与钢筋骨架连接，在底层预制混凝土浇筑完成之后，钢筋连接件露出混凝土表面（图4），在此表面可以进行泡沫混凝土板的铺设或者进行现浇泡沫混凝土的浇筑，由于钢筋连接的形式为四棱锥形状，故当采用预制泡沫混凝土板并对其开洞让钢筋连接件贯穿时，其留下的空洞需用泡沫混凝土填充，以保证保温层的完整性。钢筋连接件宜采用现浇泡沫混凝土进行保温层的浇筑。

图4 钢筋连接件连接

若采用FRP连接件时，由于其连接件的特殊设计，其定位安装顺序为：底层预制混凝土的浇筑→FRP连接件在设计位置插入预制混凝土中→用水泥浆粘贴铺设泡沫混凝土板。FRP连接插入混凝土中的深度必须大于30 mm。由于FRP连接件形式为圆柱状，保温层采用泡沫混凝土板或现浇泡沫混凝土形式均比较方便施工（图5）。

图5 FRP连接件连接

2.3 长效保温建筑预制围护体系的施工

从施工工艺、安全防护和质量验收等方面入手，对现场施工的场地布置、施工流程等各个细节进行了深入研究，形成了独具特色的现场施工技术，该施工过程在确保建筑保温节能的优质功能外，现场资源消耗量小，环境保护能力强[2,3]。

3 经济效益分析

3.1 建筑批量应用本体系的制作安装成本分析

在本示范工程建设中，如果按照单幢建筑计算，采用长效保温建筑预制围护体系的制作安装成本比一般采用外墙外保温体系略高，这主要由于长效保温建筑预制围护体系定制钢模板和成套安装工具的加工成本较高，而重复利用率较低。以示范项目为例，制作安装成本中大部分为定制钢模板和成套安装工具的加工费用。但实际定制钢模重复利用可达300次以上，期间仅有少量的整修费用，成套安装工具也同样如此。以此推算，大量推广应用长效保温建筑预制围护体系后，加工制作成本将进一步降低。

3.2 采用长效保温建筑预制围护体系的施工成本分析

由于长效保温建筑预制围护体系需要吊装至安装位置，与传统的建筑施工相比，塔吊等级提高，因而施工机械成本有所增加。但鉴于本体系采用工厂化制作，比起传统的外墙外保温体系，减少了现场外保温施工的人工成本。同时该体系可先于结构施工在工厂制作，如建筑采用外墙面砖饰面等工序可在工厂与预制结构一同制作，这样更缩短了外墙施工工期，还可降低外墙脚手架和相应的粉刷、运输机械的租赁费用。此外在预制保温墙板制作时，可将外墙电气PVC管线预留安装在墙内，减少了结构施工时相应安装人工，进一步加快了安装施工的进度。

综上所述，在本工程中，建筑批量应用长效保温建筑预制围护体系的总成本需比传统的外墙外保温体系增加约600元/m2，但应用效果明显好于传统的外墙外保温体系。

4 社会效益分析

4.1 与主体结构同寿命，实现长效保温，减少后期维护工作和费用

与传统保温体系不同，长效保温建筑预制围护体系与建筑结构主体的使用年限相当，从长期使用角度比较，大大减少了对材料和能源的消耗，解决了因多次施工对环境的影响，具有显著的社会效益。

4.2 改善城市环境、缓解城市交通压力

目前，在常规施工的不同阶段，各种散装建筑材料在运输和装卸过程中，产生的粉尘和垃圾会污染道路和施工现场周围的环境，同时，在施工过程中，因切割、搅拌、搬运等工作产生的噪声，给施工现场内外的人们生活和工作带来不利的影响。通过本技术的运用使得施工过程中噪声普遍降低10%左右。

4.3 提高资源利用、降低能耗

1）通过采用FRP连接件将保温层置于钢筋混凝土墙板内侧的技术，最大限度地解决了保温材料与墙体连接中的冷桥问题，提高了外墙体的保温性能，进一步增强了建筑使用后的能源利用率。

2）采用长效保温建筑预制围护体系取代传统施工中的外墙砌筑和相应保温层的粉刷施工，减少了施工现场湿作业，从而减少施工用水，对提高水资源的利用率有着积极的作用，且大大减少了散装建筑材料的运输工作。

3）采用长效保温建筑预制围护体系技术提高了施工效率，加快了施工进度，减少了施工现场的作业人员，也相应减少了施工现场机械、人员对水、电等能源的使用[4]。

5 结语

长效保温建筑预制围护体系成套技术，其自身安全可靠性能强，同时，提高了建筑墙体本身的保温性能，提高了外围护体系的品质。在优化施工工艺的基础上，使得施工效率、工程进度都得到了提高。同时本体系通过工厂化预制的方式降低了施工作业对城市环境的影响，符合绿色施工和环保节能的要求，若今后通过进一步的标准化研究，将具有更良好的推广前景。