装配式钢结构超低能耗建筑气密性施工工艺研究

王超

（山西省建筑设计研究院有限公司， 山西 太原 030013）

十四五期间我国经济发展进入 “新常态”， 为了快速适应新型工业化、 城镇化、 信息化、 绿色化发展要求， 传统建筑业必须升级生产模式， 寻求新的发展方式， 节能减排与绿色发展必将是未来中国建筑领域两大发展主题。 建筑设计、 建筑施工与运行维护作为建筑全生命周期的三大重要环节， 也是碳排放的主要阶段， 对于如何优化管理这些重要阶段， 装配式与超低能耗技术将是不二之选。 装配式建筑与近零能耗建筑在技术措施方面又有着天然的联系， 二者的有机结合势必成为未来建筑设计与施工的主流趋势， 随着施工工艺的不断完善以及新型建筑部品的研发， 二者的结合必将更加的精细顺畅。 因此， 有必要对装配式建筑气密性设计及施工工艺进行分析。

1 理论研究

根据中国建筑节能协会发布的 《中国建筑能耗研究报告 (2020)》 显示， 我国建筑行业全过程碳排放总量占全国碳排放的比重超过50%， 其中建材 (钢铁、 水泥、 铝材等) 占28%， 施工阶段占1%， 建筑运行阶段占22%。 有效降低建筑领域碳排放将是实现碳达峰碳中和过程中极为重要的一环。 由此可见建筑在建成后的运行阶段碳排放不可小觑。 如何降低建筑在运行阶段对能源的消耗， 除了具有较高的保温性能之外， 良好的气密性也是减少能源消耗进而降低碳排放的重要途径。 据测算， 传统的房屋在有一定气压的情况下， 每小时换气次数一般在2 到3 次， 室内外热量交换明显， 建筑运行阶段综合能耗较高。 在超低能耗建造过程中， 保证建筑极佳的气密性， 特别是当建筑换气次数降低到单位时间0.6 次以下时， 能最大限度地减少房屋室内外气体的交换速度， 在冬季防止室内热量的丧失， 在夏季防止室外的热气进入室内发挥了非常重要的作用。

新源智慧建设运行总部A座 (图1) 是山西省首座集 “近零能耗+AAA装配式 (装配率达91.5%)+绿建三星 (总得分86.4)” 三位一体技术应用的办公类综合建筑， 达到国内同级别近零能耗建筑的领先水平。 该项目精细化设计、 精细化建造、 应用BIM智能技术， 打造 “设计、 制造、 采购、 施工、 管理” 五位一体的工程总承包建造模式， 优化资源配置， 大幅缩短建设周期。 打造 “绿色、 生态” 的未来建筑。 其近零能耗建筑设计理念体现在关键技术采用连续外保温、 连续气密性、 被动外窗体系、 无热桥设计 (C型钢节点、 断热连接等)、 带热回收功能的通风系统，应用太阳能光电系统、 中深层无干扰地热系统等清洁能源技术， 达到恒温、 恒湿、 恒氧、 恒静、 恒洁的五恒空间。 目前该项目已取得国家近零能耗建筑设计阶段的认证， 整体建筑在现行节能65%基础上再节能60 以上， 综合节能率达到61.78%。

图1 新源智慧建设运行总部A座

项目总建筑面积14353m， 近零能耗区域建筑面积: 13080m， 地上五层地下一层， 主体钢框架结构，外墙采用混凝土复合保温墙板加ALC条形板， 楼板为钢筋桁架楼承板。 建筑高度26.5m， 首层层高6.3m，其余各层4.8m。 首层采用玻璃幕墙， 二层及以上南侧均为通长带形窗， 其余侧为洞窗。 设置200 平m采光中庭采光天窗。 该项目气密区构造复杂， 建筑部品连接形式多样， 气密材料以气密膜为主， 局部区域使用建筑砂浆， 气密层施工工艺涵盖面广， 其中外围护系统创新采用装配式超低能耗复合墙体系统， 具有防火、 保温、 保证气密性等多种集成功能， 该技术尚属全国首例。 对寒冷地区装配式超低能耗建筑技术的推广具有较好的借鉴意义。

2 墙体气密性施工工艺研究

2.1 外墙气密性施工工艺

建筑外围护结构中墙体所占比例较大， 因此外墙的气密性防护是非常重要的， 直接关系到建筑的保温性能。 为了有效实现保温的功能， 不但要考虑建筑的运行老化， 而且要基于不同材质的冷热伸缩系数的情况， 合理安排建筑室内外气密材料的使用。

2.2 外墙ALC条板与钢梁的横向接缝

装配式钢结构建筑中， ALC条形墙板与钢梁之间的连接通常采用 “U” 型钢卡， 贯通缝不可避免， 同时在建筑使用过程中， 此部位易发生错动变形， 此部位宜选用自粘型气密膜作为气密材料。 在实际操作时， 首先清理基面， 剔除钢结构表面的尖锐毛刺， 如遇锋利棱角应用弹性材料包裹。 粘贴时边撕离背衬纸边粘贴， 不能产生空鼓， 但允许出现一些局部褶皱。粘贴完毕后， 还要用专用滚轮压实整粘结处， 禁止使用腻子铲刮抹气密胶带， 操作过程如图2。 对于墙面来讲， ALC板表面粗糙疏松， 非常容易出现掉渣的情况。 因此， 在粘贴自粘胶带之前， 最好先在ALC条板上预先抹粘接型砂浆， 或者直接使用打胶式气密膜，以避免后期脱落。 钢梁焊接点凹凸处也是容易产生空鼓的部位， 一旦发现， 必须要及时进行局部修补。

图2 外墙内侧气密施工

2.3 外墙ALC条板之间的接缝

为了保障建筑的密封性， 还要注意外墙ALC条板之间的接缝。 这一部位接缝较多， 同时往往属于隐蔽工程， 必须要保证质量， 因此在施工时， 施工人员一定要严格按照施工步骤进行施工， 以保证接缝的气密效果。 本项目在这一区域采用刚柔并济的气密防护措施， 具体为ALC墙板之间的拼缝凹槽内涂抹建筑砂浆， 同时敷设玻纤网格布， 待砂浆完全固化干燥后，再黏贴自粘型气密胶带， 在缝隙室内一侧贴防水隔气膜， 室外一侧贴防水透气膜。 这种气密构造即增强了ALC墙板之间的稳定性， 又能保证良好的气密效果，综合造价相较于满铺气密卷材有一定优势。 这里要注意的一点是， 墙体外侧一般都会贴有较厚的保温层，如岩棉板， 防水透气膜一定要敷设于岩棉板外侧， 由于岩棉板表面柔软质地疏松， 因此要在岩棉板保护层施工完毕后方能铺贴防水透气膜， 注意事项同内墙板。

2.4 外墙ALC条板与地面底板的接缝

在实际的施工过程中， 外墙ALC条板与地面底板的接缝是最难以处理的， 也是对整个建筑气密性性能影响最大的。 一般而言， 由于各种材料设备的堆积，施工现场环境一般比较复杂。 很多时候， 在施工现场的地面上， 经常就会出现一些地面底板不平整甚至砂灰较多的情况。 因此， 为了保证自粘胶带的气密性效果， 就必须要提前清理干净好地面。 然而实际上， 清理地面的难度非常大， 加上整个清理过程非常耗费时间， 因此， 建议此部位使用打胶式隔汽膜卷材进行粘贴。 具体步骤如下， 首先， 需要吸纳清理好整个粘贴的墙面， 并且也要清理好相关的地面。 清理完后， 再进行隔汽膜的粘贴。 施工人员在粘贴时， 一般都是先固定隔汽膜的上侧， 居中粘贴好整个隔汽膜， 然后再把隔汽膜往上翻进行临时固定。 而在墙面底部， 也需要及时打胶S 形， 并且要对整个胶体进行抹平粘贴。等整个贴膜结束后， 为了保证粘贴的效果， 施工人员还应该使用滚轮对隔汽膜进行适度按压。 如遇附设于墙面的管线时， 气密卷材应将管线整体覆盖， 覆盖处不得拉伸卷材， 应弯折一定距离， 预留变形余量。

2.5 螺栓孔洞处气密性施工工艺

对于室内钢构连接螺栓板和孔洞的封堵， 宜采用“打补丁” 的形式， 裁切气密膜呈100X100 mm大小，将孔洞粘贴密封。 对于大螺栓钢板， 一般采用300 mm宽自粘胶带气密性材料， 先固定大螺栓钢板的一边， 顺势粘贴至另一边， 最后取50 mm宽胶带上下各封边一条。 钢板周边一般采用直角粘贴。 对于外墙螺栓孔洞封堵而言， 先将PVC管皮切掉， 与墙面齐平。再将空洞中注入发泡胶。 气密膜居中粘贴至孔洞处。

3 对外管道井气密性施工工艺

建筑对外排气管道是易发生空气渗透的地方， 往往也是容易被忽视的区域， 是超低能耗建筑重点防护部位。 一般而言， 室内烟管道处的位置时非常特殊的， 加上室内烟管道处的材料和结构都非常特殊， 几乎每一个建筑的室内烟管道的建设都不太一样。 因此， 施工前要根据实际情况制定施工方案。

首先， 应观察烟道表面的情况， 查看其是否存在漏风等不良现象。 务必找到裂缝的位置， 使用挂网抹灰进行修补。 这一部位通常使用抗裂砂浆作为气密材料。 如遇烟气道表面有掉砂现象， 则不利于使用自粘型气密膜， 此时就需要使用渗透性墙固剂对井道表面进行处理。 避免出现 “两层皮” 问题， 从而有效保证粘贴效果， 延长整个烟道表面气密性的寿命。 除了要格外注意烟道表面的情况外， 施工人员还要关注井道底部。 施工现场的地面很容易积聚各种砂灰杂质。为了保证施工的质量， 此部位宜采用采用打胶式隔汽膜进行粘贴。 井道穿屋面板区域也是重点防护区域，此处构造层次复杂设计材料种类多， 需用气密胶带进行环形附加措施， 同时应做好保护层， 防止屋面找坡材料由于自重沉降将其撕裂。

4 外窗气密性施工工艺

外窗与墙体间的衔接部位是最容易发生热交换的区域， 因此也是气密性施工的重点防护部位， 施工时一定要引起足够重视。 图3 为本项目窗洞口墙体构造， 这一部位常采用自粘型气密膜进行气密作业， 施工之前要对窗框及其周边墙体进行仔细检查和清理，窗口四周不平整或者出现杂质堆积的不良现象， 就需要及时地剔凿清理， 必要时使用水泥基抹灰砂浆重新修补墙面， 以保证粘贴效果。 沿窗框四周室内一侧黏贴防水隔气胶带， 室外侧黏贴防水透胶带。 双层膜构造可以更好地提升该区域的密封性能。 一般而言， 气密胶带两侧与窗框接缝之间的粘贴宽度需要保持在15～20mm。 转角处需要加强处理， 采用搭接法， 搭接长度不小于150mm。 每次粘贴后， 要适当进行按压，防止空鼓。 内装修是造成窗口气密胶带破坏的主要因素， 窗台板以及内墙装饰板的安装都要避免对气密胶带进行穿刺， 如遇特殊情况必须铆钉穿刺时， 必须在穿刺点预先黏贴加强补丁， 保证气密效果。

图3 窗洞口气密措施构造节点

5 气密性施工要点

装配式钢结构超低能耗建筑的气密性施工是一个非常严谨的过程， 施工工艺的精细程度关乎建筑节能水平的高低。 这不仅要求方案设计阶段有统筹合理，而且在施工阶段也需要施工人员具有较高操作水平，根据选用的气密材料进行必要的专项培训， 从而提高每一道工序的合格率。 气密性施工需要注意以下几个方面: 1) 建筑气密层应当是连续的， 非连续气密层容易产生漏气点； 2) 不同的装配形式应用不同的建筑材料， 部品之间的链接构造不尽相同， 这就要有针对性的使用适宜的气密材料， 例如建筑砂浆作为气密层时， 适合敷设于接缝较少的区域， 其综合造价有一定优势， 但其气密持久性有待进一步验证； 气密胶带与气密膜等柔性气密材料属于有机高分子材料， 机械强度较高， 使用寿命长， 适合敷设于接缝较多且易发生形变的部位； 3) 气密膜材料有室内外之分 (室内贴隔气膜有效组织建筑内水蒸气渗透进外墙保温层，室外贴防水透汽膜)， 其空气渗透率不同， 铺贴不当不仅不会起到气密作用， 反而会使外墙保温性能大打折扣； 4) 建筑薄弱环节， 如各类穿越不同能耗区域的管道、 较大的缝隙、 局部穿透气密层的孔洞等需要进行加强处理， 选用材料往往刚柔并济； 5) 当不同材料之间的接缝宽度大于20mm时则不得直接使用气密胶带进行封堵， 应首先使用建筑砂浆将缝隙填实并平整。 如墙体单位面积缝隙率较大时可采用气密膜卷材对墙体进行整体气密作业， 由于此类卷材一般为非自粘性， 与基层粘结时需要辅助专业粘结剂， 通常采用点粘法， 每平方米6 ～8 个粘结点位， 每个点位直径不小于100mm； 6) 当使用气密胶带封堵材料接缝时， 不得用力拉伸胶带使之产生预应力， 同时胶带应随着接缝处自然凹陷， 胶带两侧边缘距离接缝不小于100mm， 当缝隙变形时保证胶带有一定的弹性余量，从而确保气密层的有效性； 7) 使用带有自粘效果的气密胶带时， 如墙体基层属于疏松多孔材料时， 应首先使用硅酸盐界面固化剂对基层进行固化预处理。 最后， 值得注意的是， 装配式建筑气密层构造往往属于隐蔽工程， 在施工过程中要做到随时检验， 施工完毕要做到及时检测， 及时排除有可能影响气密性的隐患。

6 结语

山西作为传统能源大省， 经济增长长期依赖化石能源的出口， 随着我国对清洁能源需求的不断增长和环境保护的日益加强， 山西产业转型升级与能源结构调整势在必行。 新源智慧建设运行总部作为山西综改示范区潇河产业园区首批启动项目， 先行先试， 落实国家低碳减排发展总要求， 立足 “绿色、 示范” 两个关键因素， 引入先进的绿色生态技术设计理念， 以此积累科学、 有效的实践经验， 建立可量化指标体系，达到可持续、 可复制、 可推广的发展目标。