真空绝热板在超低能耗装配式建筑中的应用

顾 林 张苏雨 孟璐璐 李 泉 叶 伟

浙江精工钢结构集团有限公司创新研究院

0 引言

在采暖建筑中，围护系统热损失约占建筑整体热损失的五分之四，而其中外墙系统就占到一半以上。为使建筑降低能耗，更好地节能，外墙系统显得尤为重要。

装配式建筑和超低能耗建筑外墙系统的主要差异在于装配式建筑外墙偏向集成装配，需预留缝隙，而超低能耗建筑强调整体性，保温材料整体厚型包裹，这就使装配式建筑要实现具有等同超低能耗建筑的外墙系统非常困难。

真空绝热板是一种由填充芯材与保护表层复合而成的真空保温材料，其有效避免了空气对流引起的热传递，导热系数K 值大幅降低，降到0.002～0.004 W/mK，为传统保温材料的1/10。在对该材料应用的研究过程中，不少学者提出了观点，如蒋亮等［1］提出了建筑用真空绝热板结构功能一体化设计的思想，耿进良等［2］提出复合铝箔包覆方法边缘冷桥对整体性能的影响因素，赵润俐［3］、辛德胜［4］、薛一冰［5］和冯长伟［6］等分别通过实际案例介绍了真空绝热板在建筑外墙外保温中以粘锚工艺为主的应用技术。

本文介绍了真空绝热板装饰一体板技术，提出其在超低能耗装配式建筑中应用的两种方法，并详细介绍了冷桥阻断技术。

1 真空绝热装饰一体板技术

真空绝热装饰一体板是指通过专用设备将真空绝热板与装饰层面板复合而成的板状制品，其在工厂制作成型，同时具有保温和装饰功能，性能指标满足保温一体板指标。传统建筑外保温做法见图1［7］。

图1 传统建筑外保温做法

2 超低能耗建筑外墙系统常规做法

常规超低能耗建筑外墙处理方式以厚度200 mm 以上的石墨聚苯板厚型整体包覆为主要手段，结合300 mm 左右的砌筑墙体，总K 值可达0.15，性价比较高，但粘锚结合外保温施工方法由于质量难以控制，被很多地区禁用或限制使用，如超低能耗技术推广力度较大的河北省住建厅印发了《河北省民用建筑外墙外保温工程统一技术措施》［8］，要求自2021年7月1日起对在施工现场采用胶结剂或锚栓及两种方式组合的薄抹灰外墙外保温系统（砌体结构除外）限制使用。

3 装配式建筑外墙特点及超低能耗技术

装配式建筑外墙特点是尽量避免现场湿作业，以工业化构件形式工厂生产现场安装，推荐使用集保温、装饰一体化的外墙大板系统。由于该系统保温层在工厂预制一次成型，可有效避免空鼓、保温材料剥离等质量缺陷，但应用在超低能耗建筑外墙系统时，大板与大板间间隙、保温材料间间隙是一个问题，会使连通建筑内外的冷桥在上述间隙位置形成一连续的三角形延伸区，详见图2。这些冷桥延伸区对实际节能效果有所减弱，虽不能在简单的节能计算中反映出来，但并不表示其影响不存在。

图2 间隙位置冷桥延伸区

通过一种断热反打二合一的新型技术，将装配式建筑外墙中一个品类预制混凝土外墙挂板，采用反打的方式复合高效保温材料，并通过反打部件，实现缝隙断热，从而去除保温材料的间隙。至于大板间隙，由于其面积占比较少且无法在工厂内处理，仍可采用后填充保温材料的方式解决。

4 解决方案及冷桥阻断技术

4.1 真空装饰一体板反打技术

真空装饰一体板反打技术见图3。

图3 新型真空装饰一体板反打技术

该技术选用可开槽板材（如水泥纤维板、硅钙板、薄型石材、瓷板等）饰面的真空装饰一体板，采用反打工艺与预制混凝土外墙板结合，再采用附加节能材料与反打拉结件结合的形式进行缝隙冷桥阻断。

该技术中的预制墙体由真空装饰一体板及强度不低于C30 的混凝土预制成型，其中真空装饰一体板的饰面板四周板缝处预先开设3 mm 以上深度的沉槽，饰面向下作为底模铺装在模台上，并在真空绝热板保温层一侧每个板缝交叉点上设置一金属拉结件配合一个非金属的断热扣件。断热扣件外侧开设非贯通螺纹孔，侧面设有安装石墨聚苯板用的卡槽，沿每块真空装饰一体板的板缝设置石墨聚苯板条，石墨聚苯板条两端分别嵌合在相邻两侧的断热套卡槽内。金属拉结件沿真空绝热板板厚度方向插入板缝中，外侧被沉槽限位，内侧螺丝的另一端螺接于断热套的螺纹孔中形成包裹断热，最后，真空装饰一体板内侧铺设构造筋，并浇筑混凝土形成混凝土预制墙板，完成结构一体。

该技术中作为断热反打技术核心的断热扣件有四个主要功能：阻断金属拉结件的冷桥；压紧真空装饰一体板使之在浇筑振捣中不产生位移；卡接石墨聚苯板条完成缝隙断热；通过带有排气孔的法兰形成与混凝土的二次拉结。

4.2 背槽式真空装饰一体板干挂技术

背槽式真空装饰一体板干挂技术见图4。

图4 背槽式断热干挂技术

考虑到单纯的预制外墙做法不能覆盖全部建筑立面，本文提出了真空装饰一体化板背槽式断热干挂技术作为补充。

该技术是将使用背部开槽实现连接的真空装饰一体板代替正面开槽或侧面开槽实现连接的真空装饰一体板。在工厂复合真空绝热板之前，嵌入铝合金互插件，并使用铆钉固定，同时配合带有缝隙阻断的断热型材，屏蔽冷桥辐射区，这样既可保证外侧胶缝连续，又可有效阻断缝隙冷桥，降低辐射区影响。

该技术中，墙体由真空装饰一体板、断热铝龙骨及基础墙体组成，其中真空装饰一体板饰面板背面预先刨出深度不低于3 mm 的安装槽口，并使用铆钉锚入带有公母槽口的铝合金插件，然后再复合真空绝热板，就得到了一块带有隐藏型槽口的真空装饰一体板。

龙骨做法与传统幕墙相似，构造上除设置注塑的断热构造外，还增加了两个可填塞石墨聚苯、聚氨酯、岩棉等二次断热材料的空腔以屏蔽缝隙冷桥。安装时先按传统做法安装横竖龙骨，再通过真空装饰一体板上预留的槽口将面板固定在断热龙骨的断热构造外侧，需额外说明的是，最好在龙骨内侧增加通铺的防水透气膜以增加整体气密性。

5 冷热桥有限元分析

分析基础：利用粤建科MQMC软件进行冷热桥分析，按照寒冷地区气候条件，设定内外温差40 ℃，对缝隙位置不同材质的拉结件和不同的包覆状态进行模型分析。

工况1：不锈钢拉结件+尼龙断热扣件包覆（断热扣件凸出部分未保留），见图5。

工况2：不锈钢拉结件无包覆，见图6。

图6 不锈钢拉结件无包覆

通过上述三个工况组对比，得出冷热桥分析结果，数据见表1。

表1 冷热桥分析结果

从分析结果可以看出：金属拉结件在不作包覆

工况3：尼龙拉结件无包覆，见图7。或薄型包覆的情况下发散性冷桥状态比较明显，严重影响整体保温效果，结露风险较大，增加断热扣件后，冷桥效应被压制。采用纯尼龙拉结件是比较理想的断热方法，但构造外侧仅有2 mm 的压紧构造，对尼龙材料来说局部承压能力不足，存在变形过大而失效的可能。

因此，现阶段金属拉结件配断热扣件或类似厚型包裹的方式是值得选用的方法。

6 结论

通过对真空绝热装饰一体板技术在超低能耗建筑外墙的应用及冷桥处理方法分析、冷热桥的计算，得到以下结论：

1)真空保温一体板结合预制反打工艺形成的预制大板是一种实现保温、装饰、结构一体化的外墙产品，可应用于满足超低能耗标准的装配式建筑中。

2)不作处理的金属拉结件冷桥效应严重，采用阻断技术处理掉冷桥对整体室内环境温度的稳定非常有利。

3)由非金属纤维材料（FRP）或尼龙材料组合金属材料形成的复合型拉结件有着进一步的研究价值。