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超低能耗夹芯保温外墙及内部连接件的应用探究

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：郭佳伟

[导读] 摘要：建筑能耗在世界总能源消耗中占有较大的比重，为实现建筑可持续发展，被动式超低能耗装配式建筑作为新型的节能建筑已经为人们所关注。

        河北建筑工程学院河北 075000
        摘要：建筑能耗在世界总能源消耗中占有较大的比重，为实现建筑可持续发展，被动式超低能耗装配式建筑作为新型的节能建筑已经为人们所关注。本文主要介绍了超低能耗夹芯保温外墙板，提出其内部连接件的无热桥连接以及受力要求，从而为我国被动式超低能耗装配式建筑的研究提供一些参考。
        关键词：被动式超低能耗，装配式，连接件，无热桥连接
        引言
        近年来，能源问题已经引起了人们广泛的关注，为积极应对全球气候变暖，环境污染和能源消耗问题，“节能减排”已经成为全球共同的战略选择。能源主要用于工业生产、交通运输和建筑行业，据国际能源机构统计，其中建筑能耗约占世界能源消耗的32%。随着国家节能减排战略的实施，建筑业积极加快传统建筑的转型升级，而被动式超低能耗装配式建筑实现了新型建筑工业化，符合国家能源战略发展要求，进一步推动了未来新型节能建筑的研究发展。
        被动式超低能耗建筑旨在根据不同地区的气候特征和充分利用当地的自然资源条件，通过高保温隔热的非透明围护结构，高性能门窗，无热桥结构设计，良好的气密性，高效的新风热回收系统来最大程度降低冷热负荷需求，并尽可能通过可再生能源的应用来满足剩余的能耗需求，对于其外墙围护结构就要要求其具备高保温隔热性能以及无热桥的结构设计来最大程度降低冷热负荷需求，以更少的资源实现更健康舒适的室内环境；其中，无热桥设计最大限度地阻断了建筑外围护结构节点部位集中热流的传导效应，是被动式超低能耗建筑设计中至关重要的一个环节。
        装配式建筑具有高品质、工期缩短、节能环保以及降低工程造价。将被动式超低能耗技术与装配式技术结合，则可以充分发挥两者的技术特点，实现技术集成，优势互补，以预制构件作为围护结构，它拥有高密封的气密性、舒适的室内环境以及保温隔热效果良好等优点。但被动式超低能耗建筑与装配式建筑的技术耦合集成，需要突破装配式与超厚保温层的挑战。
        研究表明，建筑外墙造成的能耗占整个建筑总能耗的比例能高达85%以上，因此将建筑外墙保温性能作为实现建筑节能的核心。
        1 外围护结构
        研究表明，建筑外墙造成的能耗占整个建筑总能耗的比例能高达85%以上，因此将建筑外墙保温性能作为实现建筑节能的核心。目前，外墙保温体系有外墙自保温、外墙内保温、外墙外保温、外墙夹芯保温四种类型。
        1.1 外墙自保温体系
        外墙自保温系统是指由具有良好保温隔热性能的单一材料形成的墙体，目前使用较多的是加气混凝土砌块、多孔砖、轻集料混凝土砌块等，这种墙体将维护和保温合二为一，无需附加额外的保温隔热材料，在满足建筑要求的同时又满足节能要求。但是这种墙体由于材料强度比较低，只能用作非承重，而且受材料导热系数的限制，外墙传热系数无法做到很低，很难大规模推广。
        1.2 外墙内保温体系
        外墙内保温是在建筑外墙的内侧通过黏贴聚乙烯泡沫板、保温砂浆等保温材料来达到墙体的保温隔热效果。这种体系施工方便，效率高，而且由于保温材料置于室内，对其防水、耐久性等技术指标要求不高。但是这种体系的缺点也比较明显，如占用室内使用面积，在结构梁柱的位置由于无法进行保温处理，会形成冷热桥，冬季严重的话会形成结露、发霉等情况，此外，这种体系还将主体结构暴露的自然环境，这可能会导致主体结构在长期的不良冷热循环中形成裂缝，导致耐久性降低。
        1.3 外墙外保温体系
        外墙外保温是在建筑外墙的外侧通过黏贴聚乙烯泡沫板、保温砂浆等保温材料来达到墙体的保温隔热效果。这种体系跟其它相比具有明显的优势：保护主体结构，延长建筑物使用寿命；基本消除热桥影响，有利于保持室内环境的稳定；避免了装修对保温层的破坏，增加建筑物的使用面积，而且非常便于对既有建筑物进行节能改造。

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然而，这种体系对保温材料提出了更高的要求，如较低的导热系数，良好的耐久性，良好的热稳定性，特别是对防火性能提出了更高级别的要求，纵观国内一些建筑的火灾，大部分都是由于外墙保温材料的耐火性低引起的，这些都制约着外保温体系的应用。
        1.4 外墙夹芯保温体系
        夹芯墙由内叶墙、外叶墙、中间的保温层以及连接三者的连接件共同形成，一般内叶墙作为承重结构，外叶墙作为维护结构，这是唯一一种集承重、保温、维护或装饰为一体的新型墙体。这种墙体的主体结构处于保温层的内侧，保证了耐久性，保温层处于外叶墙里侧，防火性能提高，从而可以大大增加保温层的厚度，以满足超低能耗对于外墙导热系数的要求。
        2 外墙夹芯保温体系
        根据内、外叶混凝土板间剪力的传递情况和连接件的采用形式，在工程上人们把夹芯外挂板分为三大类：组合式、非组合式、部分组合式。其中对于非组合式夹芯墙板，该类墙板的外叶墙板只起装饰和保护作用，不与内叶墙板进行直接接触，其自重主要通过连接件传递给内叶墙板，整体墙板的受力主要由内叶墙板承担。因此，本文主要针对于非组合式夹芯墙板，外叶墙板作为一个外挂的装饰层，其受力形式处于单独的状态，与内叶承重墙无太大关系，两者之间互不干扰。
        而对于超低能耗装配式建筑而言，其保温层较于传统建筑保温层会更厚，比如，以EPS保温材料为例，传统建筑所使用的EPS保温材料的厚度一般为50～100 mm，而超低能耗建筑的使用该种材料的厚度要达到200～300mm。故连接内外叶墙板的连接件在功能上更显得尤为重要了，其要求连接件在抗拉和抗剪上都需要更高的受力要求，且必须具备一定的弹性和韧性。
        3 连接件
        墙板本身的连接件在夹芯墙板中是非常重要的构件。在实际工程应用中，外叶墙板受到垂直力（包括竖向地震和重力）可以看出墙板连接件的抗剪情况；而承受的水平力（包括风荷载和水平地震）可以看成墙板的平面外抗弯和墙板连接件的拉拔问题。所以墙板连接件对内外叶板的制约能力的大小直接反应了墙板结构性能的好坏。
        传统的连接件直接贯穿保温层，对内外叶混凝土进行连接，这种连接件由于在保温层开了洞，损伤了保温材料的连续性，形成了冷热桥效应。从结构的角度考虑，连接件虽然可以起到保证墙体强度的作用，但是在节能方面却起到了反作用，导致墙体的保温节能效率有所下降。目前工程中常用的连接件有纤维增强复合材料（FRP）连接件和不锈钢连接件2类。与不锈钢连接件相比，FRP连接件具有较高的比强度和优越的隔热性能，其导热系数约为不锈钢的1 /3，能够避免墙体的冷热桥效应，大大保证墙体的高保温性能。
        4 结语
        被动式超低能耗夹芯墙作为超低能耗建筑外围护结构，其结合了超低能耗建筑和装配式建筑的特点，健康舒适、工期较短、成本可控、施工过程对周围环境影响小等，符合我国“节能减排”战略发展，将会作为未来建筑行业的发展方向。
        对墙体内部所用FRP连接件的各项性能的研究就成了重中之重，虽然国内外针对FRP连接件的力学性能和耐久性能以及预制夹心保温剪力墙的力学性能与抗火性能已开展了一定的研究，并取得了阶段性成果。但是在与超低能耗建筑技术相结合后，对其的基本力学性能特出更高的要求，需要通过相关试验以及有限元模拟对其基本力学性能进行进一步的分析研究。
        参考文献：
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