[摘要] 简要介绍了装配式建筑目前国内外的发展状况，对装配式剪力墙外墙节能技术做了分析，提出目前常规的剪力墙结构外墙节能技术存在的不足，通过对一些新型自保温混凝土墙体及新型材料-自调温相变材料的研究，提出固-固相变材料与混凝土结合的可行性，对混凝土剪力墙自保温技术的发展做了分析与展望。
[关键词] 装配式剪力墙结构 剪力墙自保温 相变材料
0 引 言
随着我国建筑产业的现代化、规范化、集约化的发展需要，建设部已于2016年推出了《建筑产业现代化发展纲要》，期望在2020年全国装配式建筑比例达到20%以上，2025年达到25%以上[1]，上海、北京等地已全面推进装配式住宅，如上海已要求在全市范围内满足规定要求的建设项目全部实施装配式建筑；
另一方面，国家在绿色建筑及建筑节能方面的要求也逐年提高。2019年8月1日起，新版《绿色建筑评价标准》GB/T?50378-2019开始实施，对绿建要求进一步完善与提高，在“节能与资源利用”项下，“优化建筑围护结构的热工性能”、“降低建筑能耗”等条目的分值达到了25分；
装配式剪力墙结构为我国装配式住宅建筑的主要结构形式，目前在国内常规项目中，采用装配式剪力墙结构形式往往意味着在建筑外墙节能等方面做出妥协，往往难以在技术和性能上做到两全其美，可见，如何将装配式剪力墙结构建筑外墙与建筑节能技术良好结合，在我国今后关系到千家万户的住宅建设中具有重要意义。
1 装配式建筑及其外墙节能发展现状
1.1国外发展状况
从19世纪装配式建筑萌芽时期的“水晶宫”至今，装配式建筑在部分发达国家已经历了上百年的发展历程，从二战后期由于大量工程建设需要开始大规模推广。70年代后，各国开始利用自己独有的自然和人文环境朝着不同方向发展。如美国大量使用的钢、木结构、板式结构装配式建筑；新加坡以预制剪力墙及灌浆套筒连接技术为主；
张树懿[2]等人探究了日本的装配式建筑发展。其在装配式产业的发展中，由政府主导，各类标准、规范完善，并且注重PC构件设计、生产、施工的一体化；日本发展了预制框架加灌浆套筒技术，将结构与管线、内装等“填充体”脱开，使得建筑功能模块具有可变性，并使得内装集成化、工业化。
在欧美日等地区，框架及钢、木结构装配式建筑较为常见，这类建筑由于外墙为填充墙，较易采用优良的墙体节能材料，达到理想的建筑节能效果。
1.2国内发展现状
我国香港发展装配式住宅起步较早，得益于政府的积极引导及标准化设计，使得房间尺寸相互配合，建筑构件尺寸得以固定，新建公屋基本全部采用预制、板预制构件生产。
在内陆地区，装配式建筑在经济较发达地区率先试点推广，目前已形成一定规模，并已出台《工业化建筑评价标准》（GB/T51129-2015）、《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）等国家规范及行业标准。
目前，国内在大型公共建筑建设中，较多应用了装配式框架结构（包含混凝土及钢结构），以适应公建平面功能复杂多变的特点；在住宅等单元式高层建筑的建设中，仍以装配式剪力墙结构为主。
在装配式剪力墙结构外墙的结构布置中，剪力墙长度往往达到了外墙总长度（不含门窗洞口长度）的80%以上，如何处理好装配式剪力墙的节能措施，也成为该类建筑的设计及材料研发的难点之一。
2 装配式剪力墙结构外墙节能技术分析
22.1装配式剪力墙结构外墙节能常规技术
目前装配式剪力墙结构常用外墙节能做法主要有预制混凝土外墙板面层保温，预制夹心保温外墙板两种类型。面层保温包含了外保温、内保温及内外结合保温三种做法，如图1所示。
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图1 预制混凝土外墙板主要节能做法示意图
非装配式剪力墙结构外墙保温还包括了墙体自保温等节能技术，但在装配式剪力墙结构中，或由于自保温墙体强度无法达到结构强度要求，目前只能在部分地区满足多层建筑的强度要求，尚未在高层剪力墙结构建筑中见工程实例。
随着建筑节能要求的逐步提高及绿色建筑设计的普及，建筑在节能方面逐渐向着“被动式低能耗绿色建筑”发展，住房城乡建设部也已于2015年10月发布了《被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）》。
游又能[3]等人分析了被动式超低能耗建筑和装配式建筑的结合方式，阐述了装配式建筑外墙常见保温类型、在不同气候区的节能要求及节点构造要求，并提出了目前低能耗装配式建筑发展存在的问题。
田东[4]等人以我国北方某装配式剪力墙结构住宅项目为例，介绍了预制夹心保温外墙板技术及在北方地区的优化方案。在预制外墙节能上，采用模数化、少规格、多组合的方案，选用VIP真空保温板+EPS保温板作为夹心保温材料，优化拼接，有效控制了墙体厚度；对夹心墙体内外页连接件采用塑料材料，避免了冷热桥的产生。
目前装配式剪力墙结构外墙节能设计中，占比较高的仍然为挤塑聚苯板（XPS板）为代表的外墙外保温及预制夹心保温外墙板；内保温有施工便利，无高层外墙面层脱落风险等优点，但存在容易在二次装修时受到破坏，易形成冷热桥等问题，目前多在一次装修到位项目中采用。
2.2目前外墙节能措施存在问题
通过上一节分析，目前国内装配式剪力墙结构外墙的节能手段仍然非常有限，且暂未发展出在各方面表现优异的保温措施。
以挤塑聚苯板外墙外保温系统为例：如现场安装则需要大量的现场施工和安装作业，无法充分发挥装配式建筑的优点；如工厂预制，需要保温层、面层等在工厂全部制作完成，则会较大程度增加预制难度，另外由于保温层及面层强度普遍较低，在运输过程、现场堆放及安装过程中均容易破损，增加了预制构件成本。
而预制夹心保温外墙板，如图2所示，无论采用哪种夹心保温材料，从结构上分析，夹心板的主要受力构件仍然为内侧的预制剪力墙板，外墙板几乎不参与结构受力计算。从某种意义上来说，目前市面的预制夹心保温板相当于在外墙保温层外侧加了一层钢筋混凝土保护层，一定程度上增加了墙体自重和厚度。在工厂制作和拼接安装时也较为复杂，仍然无法成为装配式建筑的理想外墙节能措施。
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图2 预制夹心保温外墙板构造
内保温外墙节能做法多年前即在各类项目中应用，与装配式建筑结合度较低，除了前文提到的自身缺陷外，也与外保温做法存在同样问题。
可见，目前国内装配式剪力墙结构外墙的节能措施仍然主要由常规非装配式建筑外墙节能措施借鉴发展而来，未能与装配式剪力墙结构紧密结合。
3 装配式剪力墙结构外墙节能技术展望
3.1装配式剪力墙墙体自保温技术
通过上述分析，笔者认为装配式剪力墙结构的最佳节能措施应为剪力墙墙体自保温技术。
目前，非承重外墙的墙体自保温技术已经发展的较为成熟，诸如加气混凝土砌块、泡沫混凝土墙板、自保温模卡砌块装配式墙体等多种墙体自保温技术，而承重墙体的自保温技术由于受到材料力学性能等限制，在高层建筑领域一直没有大的突破。
张文华[5]等人对EPS混凝土技术进行了研究。研究发现，通过合理添加改性剂、抗裂纤维、矿物掺合料等添加剂后，EPS混凝土具有自重小、强度高、保温、阻燃、隔声等优点，采用EPS混凝土剪力墙的住宅能降低剪力墙的刚度，增加变形能力，提高剪力墙的延性，从而增强结构的抗震性能。但目前对于EPS混凝土在建筑结构中的综合研究还不够深入，存在受外加剂及改性剂限制，综合性能不够理想等问题，暂时没有足够的理论和实践基础将该技术实际运用到民用建筑工程中，目前多在交通设施领域开展应用。
在EPS混凝土中，由于EPS骨料具有质量轻容易分层、憎水性强等特点，从而需要采用特殊的搅拌工艺，添加界面改性剂来增强与混凝土的均匀度及结合度，无疑增加了配制难度；同时也导致了墙体的力学性能较复杂，难以保证墙体结构性能的均匀稳定性。因此，笔者认为在骨料的选择上如能另辟蹊径，或许能找到更好的自保温剪力墙解决方案。
3.2 自调温相变材料节能技术
自调温相变材料是近年来不断发展的新型节能材料。以相变状态划分，主要有液-液相变、固-液相变、固-固相变等类型。其节能原理为材料在其相变温度附近发生相变时的大量吸热或放热特性，使室内温差减少，保持相对舒适的室内温度（如图3所示），大大降低室内空调能耗。相变材料，特别是固-固相变材料，通过合理的制备或封装工艺，存在与混凝土剪力墙良好结合的可能性。
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图3 相变材料调温原理
（PCM：Phase Change Material）
相变材料在建筑及道路材料领域属于热门研究材料。
郭娟利[6]等人介绍了常见相变材料的物理性能及应用特点，并详细介绍了相变材料在建筑墙体、地面、吊顶等围护结构中的应用；
马福宪[7]介绍了FTC自调温相变蓄能材料在大型交通建筑楼地面保温中的应用及施工工艺及特点，其使用的FTC相变材料经检测38mm厚度即优于50mm厚挤塑聚苯板的保温性能。
孔祥飞[8]等人对相变蓄能外墙在北方夏季时的多因素热特性进行了分析及优化，指出了相变材料设于室内侧更有利，提出了增加室内换热系数、选择适当相变材料及墙体厚度等一系列优化建议。但或许受实验条件限制，其实验只采用了一种固定变相温度（高于室外全天综合温度）的相变材料，其实验结论具有一定的局限性。
张小松[9]等人对变相材料在墙体中的封装方式及安装位置进行了研究，其介绍的“微观封装”方式采用高分子聚合材料将变相材料封装为直径较小（一般100μm以下）的微胶囊，图4所示为其列举的石蜡相变胶囊，较好的解决了相变材料泄漏的问题，但具有较高的生产技术要求。
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图4 石蜡相变胶囊[9]
在实际项目应用中，由于受材料价格、毒性等因素限制，目前相变材料多为石蜡类（固-液）相变材料、水合盐类无机相变材料等，该类材料仍然存在材料封装困难、容易泄漏等问题，难以达到与混凝土剪力墙同等或相近的寿命。近年来，有企业已开发出可应用于实际项目的固-固相变材料[10]，其多级固-固相变材料可在0℃~40℃温度区间内连续相变，在 17℃及 23℃形成两个相变峰值，其固-固相变潜热值达到70J/g，导热系数可达到0.030W/（m·k）。
由于固-固相变材料具有较好的稳定性及使用寿命，如制成混凝土添加剂或替代混凝土细骨料，或有望将混凝土剪力墙节能性能大为提高，制作和施工工艺也相对简单，具有较高的研究价值。
4 结论
在我国，装配式剪力墙结构一定时期内仍然是高层装配式住宅建筑的主要结构形式，优良的装配式外墙节能技术是近期非常值得研究的课题之一。装配式外墙如能采用墙体自保温技术即可达到建筑节能要求，且生产及安装简单便利，无疑对装配式建筑的发展具有重要意义。多级固-固相变材料目前成本仍然较高，如能经过技术及材料的改进，进一步降低材料成本，并对该类材料与混凝土结合的材料性能、参入比例等作进一步研究，制定相关规范标准，则该类相变材料无疑是应用于装配式剪力墙结构建筑，与混凝土剪力墙相结合的理想节能材料。
参考文献：
[1] 徐成贤，张德军. 装配式建筑施工关键技术及BIM应用探讨[J]. 建筑机械，2019（07）：88-90.
[2] 张树懿，刘莹莹. 日本装配式建筑发展的启示[J]. 工程经济，2018（10）：43-45.
[3] 游又能，康一亭，马健，邢英瑞. 我国被动式超低能耗装配式建筑关键技术的研究与发展 [J]. 建筑科学，2019（8）：137-142.
[4] 田东，张士兴，幸国权，王羽，王仑. 装配式混凝土建筑与超低能耗技术应用研究[J]. 建筑技术，2019（8）：918-920.
[5] 张文华，吕毓静，刘鹏宇. EPS混凝土研究进展综述[A]. 材料导报，2019，33（7）：2214-2228.
[6] 郭娟利,徐贺,刘刚. 相变材料与建筑围护结构蓄能一体化设计及应用[J]. 建筑节能，2017（10）：38-42.
[7] 马福宪. FTC自调温相变蓄能新型建材的应用[J]. 建筑施工，2010（9）：970-971.
[8] 孔祥飞，刘少宁，钟俞良，戎贤，杨华，齐承英. 相变蓄能墙多因素热特性分析及优化研究[J]. 建筑施工，2010（9）：970-971.
[9] 张小松，夏燚，金星. 相变蓄能建筑墙体研究进展[J]. 东南大学学报（自然科学版），2015，45（3）：612-618.
[10] 上海市化学建材行业协会. FTC自调温相变蓄能材料保温系统应用技术标准[S]. T/SHHJ0014-2018.