严寒地区EPS模块保温结构一体化新型农宅设计应用研究

李哲李效益谢美君 赵海旭

（1.吉林云亭石墨烯技术股份有限公司 长春 130000 2.长春工程学院建筑与设计学院 长春 130021）

引言

中国的能源消费目前占全球能源消费的1/5左右，我国严寒和寒冷地区建筑采暖能耗约占建筑总能耗的37%。建筑通过围护结构散失的热量约占整个系统热量损失的70～80%。我国农村建筑约300亿m2，节能、保温、防灾（水灾和地震）型农村建筑的研发与应用在严寒地区受到格外关注。

1 现有农宅存在的问题

1.1 结构性能差

我国严寒地区的农村住宅大多是以砖木结构、砖混结构为主的高能耗房屋，其中墙体50%以上是采用砂土砌筑，房屋在结构体系方面防灾能力差，近年遭受地震、洪水灾害倒塌房屋大都是组砌墙体或是框架填充的砌块墙体，房屋结构抵御突发事件的能力极差，如洪水、地震等突发性自然灾害，造成了重大的人员伤亡和财产损失。

1.2 保温性能差

严寒地区农宅冬季的室内平均温度（冬季）在8℃左右，夜间更低，居民居住环境极差，部分房屋墙体还出现大面积结露、发霉长毛等现象。大部分的农宅使用实心粘土砖作为墙体，单层门窗，屋面隔热保温性能较差，原始的火炕供暖，或无供暖设施，冬季一般室内都会挂霜结冰。

目前也有一部分农民选择价格便宜的彩钢房作为长久居住的房屋，但其墙材蓄热性能不好，隔音性极差，密闭性不好，铁板宜腐蚀，出现开胶、变形等现象；彩钢板中间所夹的苯板均为不阻燃，极易发生火灾，因此并不是适合的选择。

1.3 新型建材匮乏

新农村农宅建设，政府多次出台相关文件，保护生态环境和土地资源，禁止使用粘土砖，但由于没有一个完全取代粘土砖的、新型的、性价比高的建筑节能成套技术作支撑，政府的“禁实”文件也只是无源之水，难以落实。这时也急需研究一种新型建筑材料及构造方式，保暖性能好，抗灾能力强，同时还具有耐久年限长、建造成本低、施工速度快、节省劳动力等优点。因此需要一种性价比更高的配套技术。

2 EPS模块保温结构一体化的基本特征

2.1 模块的分类

在现有模块技术和标准的基础上（如表1所示），为满足项目需求和下一步被动式住房推广奠定基础，本项目从材料和工艺上改进现有模块产品性能，研究出不同保温效果、规格及构造方式的模块以及组合（如表2所示）。

EPS空腔模块作为墙体的现场免拆模板，可在满足自承重的前提下根据水平荷载等要求配筋形成墙体（即填充墙），也可按照相关结构要求作为结构承重墙体。根据EPS空腔模块墙体按承重与非承重可分为EPS空腔模块框架填充墙和EPS空腔模块剪力墙两种类型。

2.2 EPS空腔模块框架填充墙系统

表2 模块组合形式

按照错缝插接的原则拼装EPS空腔模块，根据结构要求在空腔内配置构造钢筋，空腔内现浇轻骨料混凝土，然后在墙体的内外侧依次做找平层、抹面层及饰面层，所形成的保温墙体系统就是EPS空腔模块框架填充墙系统。EPS空腔模块框架填充墙系统由于只是起到填充墙的作用，所从对建筑高度没有限制上的要求，且对墙体内配筋要求较低。

2.3 EPS空腔模块剪力墙系统

按照错缝插接的原则拼装EPS空腔模块，根据结构要求在空腔内配置钢筋，空腔内现浇混凝土，然后在墙体的内外侧依次做找平层、抹面层及饰面层，形成的保温承重墙体系统即为EPS空腔模块剪力墙系统。

EPS空腔模块剪力墙系统中，EPS模块墙体作为结构承重构件，由于EPS空腔模块剪力墙墙体结构的洞口较多，结构的应用有一定的局限性。适用范围为位于抗震设防烈度Ⅷ度及Ⅷ度以下地区，层高不宜大于3.3m的，24m以下且层数不大于7层的H级抗震等级以内的保温承重墙体工程。

EPS空腔模块剪力墙系统的重要特点是承重结构与保温一体化，这与低层住宅对结构强度要求相对较弱的特点相吻合，所以EPS空腔模块剪力墙系统应用于低层住宅具有独特的优势，是本文研究的对象。

3 EPS模块保温结构一体化的应用研究

3.1 构造方式

新型建筑材料-EPS空腔模块，模块两侧共有12cm厚的保温层，也解决房屋保暖问题，再将其内外表面用不小于10mm厚的纤维抗裂砂浆抹面、加一层耐碱玻璃纤维网格布复合，按设计要求饰面，由此所构成保温承重一体化的房屋内外墙体，彻底取代了粘土砖方式。建房经过积木式错缝插接，组合成空腔模块墙体、空腔内配置单排钢筋，经垂直度校正后，浇筑混凝土，混凝土硬化后，与模块内表面燕尾槽形成机械咬合，构成具有抗灾结构能力强的复合墙体，也称为钢筋混凝土剪力墙结构，同时还具有房屋结构抗灾、施工速度块、保温效果好、建造成本低、节省劳动力等优点。建造后的房屋真正做到了保温、模块、结构一体化的新型材料与构造方式组合。

3.2 工艺流程

如图1所示。

图1 墙体安装施工工艺流程图

3.3 建造优势

据调查目前农村常采用建房方式多为砖、木结构房屋，370mm红砖墙外贴保温，保温板容重在15kg左右，厚度为5～6cm，塑钢窗，木门，外抹水泥砂浆压光或拉毛，正面外饰面采用粘贴瓷砖，这样结构形式建造的房屋造价基本在800元/m2。EPS模块保温结构一体化新型农宅与传统农宅相比较，使用面积增加8%，与传统红砖建房相比成本降低15%，建造速度提高50%，单位造价控制在680元/m2；即成本降低15%。

3.4 预期产业应用前景和效益

在国内，自建设小康社会目标提出之日起，国家就十分重视农民居住条件的改善与新式乡镇节能住宅的发展。建设部已多次下文收集这方面的研究成果和推广成熟技术，为推动乡镇节能住宅技术发展，国家农行可给予低息或无息贷款。在外省，该类技术房屋的研制开发和样板房的建设，已有几年成功历史，并取得了较大进展。

我国的乡镇人口数量不仅占有全国人口的比例高，而且绝对值大，居民房屋质量较差、起点较低，绝大部分居民只是解决了遮风挡雨和简单的御寒功能，与国外相比相差甚远。因此，为了保护生态、节约能源、节约土地，改善居民的生活条件；为了使我国早日实现小康社会，必须改变现有居民的居住观念，现有农村住房多数为80年代前后建筑，多为砖木结构，尚有少量土坯房屋。木结构房屋寿命一般为20～40年，全省370万户，按平均30年更换周期，每年需新建12万户农房，平均每户按100m2计算，面积为1200万m2。所以市场潜力具大。

该技术彻底取代了粘土砖和块状组砌材料，并且具有高效的保温性能。双层保温，保温层厚度为120mm，而且该模块修正系统为1.0，相当于传统保温板150mm保温效果，室内温度比传统方式建房至少提高5℃以上，如果采用石墨烯EPS模块，预计室内温度可提高到8℃。另外还具有保护土地资源，降低能耗，操作方便，施工速度快，省人工等优点。对于改善环境也起到了极大的作用，减少二氧化碳排放，减少雾霾产生。农村住宅必须改变传统住宅的建造方法，取消红砖，节约资源，环境友好的新式房屋必然被采用。这种模块化现场组装式房屋建设方式给居民一个全新的建房理念，因此一定会产生重要的社会效益和经济效益，同时，也会产生深远的社会影响。

[1]艾洪祥.基于EPS空腔模块的低层住宅围护结构构造技术研究[D].山东建筑大学，2016.

[2]董艳秋.EPS模块在建筑外墙保温中的应用分析[J].黑龙江工程学院学报，2014，28（01）：41～42+51.