基于模块化建造的围护结构保温节能探讨

基于模块化建造的围护结构保温节能探讨

李欣阳

(重庆大学建筑城规学院，重庆400044)

摘要：通过对建筑模块化标准预制构件生产带来的施工方 节约的能耗。装配式建筑在建造过程中采用了各种保温节 能的材料，能大量减少能tt损失M。构件预制采用定型模板 平面施工作业，代替现浇结构立体交叉作业，具有生产效率 高、产品质m好、安全环保、有效降低成本等特点。在预制构 式变化进行研究，针对建筑建造和使用过程中的节能问题， 采用对比监测建筑建造能耗数据和对比模拟建筑节能效果 数据的方法，探求装配式建筑中围护结构保温部分相对传统 现浇式建筑在节能方面的优势，讨论其从生产施工到使用质 量等产生的直接或间接的节能贡献，以期发现模块化建造节 能的新方向和引发对建筑节能新的思考。

关键词：模块化；预制构件;保温；节能 中图分类号:TU111.41

文献标志码:B

文章编号：1672 -4011(2017)02 -0007 -03

DOI ： 10. 3969/j. issn. 1672 - 4011. 2017. 02. 004

〇前言

传统的现浇建筑建造方式以现场手工湿作业为主，具有 建设周期长、能耗高、环境污染大、效率低的特点，并且受建 筑工人的技术水平参差不齐的影响，建筑的质量和性能难以 保证[1] D节能方面，传统现浇式的建筑模式存在建造过程耗 能大、施工完成后建筑围护结构易受到施工质量影响和外界 污染破坏造成建筑保温节能性能下降等问题。

模块化建筑的设计从选材和使用上最大限度地合理安 排能耗与材料，以求低耗费获取需求的回报ws模块化装配 式的设计建造**式将各模块单元视为独立的体系，在结构和 构造上相对独立，各功能模块预制加工，保证产品质量^同时 也简化施工现场工序，有利施工[|]3现有研究主要集中于装 配式建筑的便捷性、部件化以及结构方式0于景杰教授提出 装配式组合墙体承载性能和热工性能方面具有足够坚固抗 震和保温节能的性能。潘志I®等[4]认为装配式和传统墙体 保温性能衰减对建筑保温性能有不利影响Q:但相关研究中 对于装配式建筑如何解决传统建筑模式高能耗问题的整体 系统总结和分析相对较少。通过对建筑模块化标准预制构 件生产带来的施工方式变化进行研究，本文认为，模块化建 造模式对于建筑节能方面有直接和间接两方面的贡献:一方 面是模块产业化生产和吊装施工减少现场能耗浪费的直接 节能贡献I另一方面是标准预制构件生产的质M控制保证在 建筑使用过程中的间接节能贡献。

1产业化生产直接节能

1.1 工厂标准化规模生产节能

节能是装配式建筑传统建筑相比所具备的一个重要 优势，主要体现在施工过程中节约的用电量以及在使用阶段

收稿日期=2016-12-30

作者简介：李欣阳（1990 -)，男，重庆人，助理工程师，在读硕士研究

生，主要研究方向：商业建筑防火疏散。

件生产环节可采用反打一次成型工艺或5：模工艺将保温、装 饰、门窗附件等特殊要求的功能高度集成，减少了物料损耗 和施工工序

IT化生产流程见图1,

图1 预制混凝土外挂墙板的工厂化生产流程

预制装配式住宅采用蒸汽养护，水用量控制严谨，比现 浇模式节约水量约36%。制装配式住宅预制构件蒸汽养护 中锅炉运行消耗煤，现浇住宅采用自来水养护，不消耗煤，综 合其他能源消耗，预制装配式住宅较现浇住宅具有明显优 势。工厂生产的标准化模式，规模效应的形成可以有效地降 低建筑材料成本，同时进一步减少重复性的工作量和不必要 的能源消耗[83 9见图2。

图2 工厂制作加工建筑预制构件

1.2现场施工干作业吊装节能

以京投万科新里程二期项目建造过程能源消耗为例（见 表1)，建筑维护结构外墙板采用预制夹心保温外墙板，保温 板为厚50 mm的阻燃型挤塑聚苯板。通过对本项目多个标 准层的构件生产、运输、施工、吊装过程中能源消耗统计进行 分析，比较装配式建筑模式相对现浇式建筑模式施工阶段的 节能贡献5

比较两种模式能源消耗，预制装配式住宅采用工厂蒸汽 养护，水用量控制严谨，比现浇模式施工现场浇水养护水资 源节约超过1/3#保温材料消耗方面，预制装配式住宅夹心 保温材料较现浇住宅保温材料的使用寿命长；同时，模块化 外保温板材较薄，可有效节约保温板用量。

电耗节能方面，预制装配式住宅相比现浇式住宅节能主 要从四个部分。①场内运输工程部分，电耗差异最主要来自 于塔吊使用耗电。预制装配式住宅采用大型预制构件吊装， 而传统现浇住宅釆用钢筋、混凝土等各类材料分批次吊装，

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Vol.43,N〇.2 February, 2017 (T hi

Sichuan Building Materials 第43卷第 2 期2017 年 2 月

装配式住宅塔吊用电量为现浇住宅的42.7% @②装修工程 部分，现浇式建筑外墙保温现场施工作业使用电动吊篮耗 电，预制装配式住宅预制外墙采用夹心保温，无需使用电动 吊篮，耗电tt为现浇式的25. 4%。③模板工程部分，现浇住 宅现场按需搭设木模板，模板使用量m复利用率低，预装配 式构件标准化工厂预制生产采用钢模板，重复使用率高，加 工搭设拆除模板综合能耗降低，为现浇式的46. 4%。④混凝 土工程部分，耗电量主要来自于空压机振捣器工作，预制装 配式住宅混凝土消耗量较现浇式住宅大，振捣器工作M多， 预制装配住宅耗电量为现浇住宅的131%。

油耗和煤耗节能方面，现浇住宅混凝土施工现场浇筑使 用泵车垂直输送混凝土，是柴油的主要消耗来源。预制装配 式住宅的耗油量为现浇住宅的48. 19% ^预制装配式住宅预 制构件蒸汽养护中锅炉运行消耗煤，现浇住宅采用自来水养 护，不消耗煤。从电耗油耗煤耗等能源综合消耗方面看，预 制装配式住宅整体较现浇住宅具有节能优势。

表1

能源消耗数据表

名称数据名称单位

预制装配现浇比例

式住宅

住宅

/%

耗油蠹

MJ/m2

7.99

16.58

48. 19

混凝土工程

耗煤量kg/m2

1.250耗电量

0.250. 19模板工程木模板耗电量0.06

0.24钢模板耗电量kW • h/m2

0.220. 1756.78

外装修工程外保温耗电婧0. 170.67运输工程运输耗电量1.884.4钢筋工程

加工安装耗电量

1.92

1.95

2

墙板保温性能间接节能

2.1

标准化构件保温节能质量保证

工厂制造的最大优点是既保证了各种材料构件的个性， 又考虑了房屋各种材料间的相互关系。特别是对材料的性 能如强度、耐火性、抗冻性、防水性、隔声保温等，可以得到很 好的控制，从而确保构件的质量[9] Q装配式建筑围护构件墙 体内部实体墙热容M大，导热性低，工厂模块化生产可以减 少产生热桥，在采用同样厚度的保温材料的情况下，相对现 烧式建筑现场施工保温层热损失减少约1/5 $

以建筑保温绝热板系统（SIPS)板材为例，以聚苯乙烯泡 沫或聚亚氨脂泡沫作为夹心层3成品厚度120〜240 mm，根 据需要可采用不同的平板（如工程化的胶合板木板等）制作 面U，SIPS板建造的建筑具有强度高、保温效果好、造价低、 施工简单、节约能源、保护环境的特点（见图3) e单块SIPS 板1. 2 m宽，最大可以做到8 m长，模块化标准尺寸，可根据 工程需要制作供应，施工现场进行吊装组合3

在同厚度的条件下，新型保温墙体的应用为传统砖墙保 温性能的3倍，大幅降低运行能耗。根据不同地区的气候及 温度组成不同厚度和结构形式的墙体，节能效果达到国家现 行节能要求，比传统建筑节能65 % ^

图3 SIPS板

2. 2集成模块保温节能长效使用寿命

预制装配式建筑的预制夹心保温外墙板容易实现，不会 有外保温易脱落及内保温被破坏的缺点W。预制装配式住 宅夹心保温材料使用寿命较现浇住宅长，现浇建筑保温以保 温效果受现场施工质量影响较大，施工完成后内外墙面保温 层易受污染破坏，降低使用过程保温效能。相比之下，预制

集成保温维护结构构件拥有工厂标准化生产质tt控制优势。

比较分析潘志颖等W提出的装配式和传统墙体保温性 能衰减模拟结果。衰减模拟中以建筑使用年限50年为一个 计算周期，对传统住宅建筑墙体保温材料的保温性假设为5 种工况。对装配住宅建筑墙体保温材料的保温性假设为2 种工况[4](见表2)。

表2

工况假设

每10年

建造模式

工况假设衰减至史'换 最大传热系数

衰减

保温材料/[W-(m2-K) _1]

工况1

30%不更换

1. 128工况230%60%

0.762传统墙

工况350%1.439体保温

不更换

工况450%100%

0.928工况515%

不更换0. 815装配式工况6不变化

不更换0.410墙体保温

工况7

5%

不更换

0.471

注：数据来源：《保温材料保温能力对预制装配式建筑节能性的

影响分析》。

60

—--工况1

-------工况2

■5S0

. 645■/ 握40 «

皤35 30

图4不同工况下全年累计热指标随使用年限

变化趋势图隨

对比能耗结果[4](见图4)，装配式建筑(工况6、7)与普 通现浇建筑(工况1〜5)相比具有明显的节能效果，可有效 地降低能源的单位面积消耗率。标准工业化的模块制作保 证了构件功能的高质a冇效性，避免了现场施工质量的不可 控性以及传统内外保温防水层易污染破坏造成失效的缺点#

(下转第19页)

第43卷第2期 2017年2月

1)

Sichuan Building Materials

f h丨^£

方才

Y〇L43,N〇.2

February, 2017

1. 5 混凝土养护过湿筛:对刚出机的新拌混凝土做拌和物的性能试验

时，如果骨料的粒径大于40 mm，就需要使用湿筛法来去除 粒径大于40 mm的骨料，筛选之前要使用湿拖把或者喷雾器 润湿方孔筛。过湿筛之后的拌和物，需要两个人使用小方铁锹对翻三遍。

2)

养护是确保硬化混凝土 能与试验结果精度相当关键 的一个条件。

1)养护室的条件:一定要满足温度在(20 ±2)°C、湿度大

50〜100 mm，温度测试完成后才能够拔出温度计，并同时记录下室温。

3)

于95%的保湿、保温条件，需要配置恒温、恒湿自动控制仪，

温度的测试:把温度计插进出机之唇的混凝土中大约 空调与喷雾设施。

2 )养护架:通常使用乙50 mm角钢（或妒2 mm钢筋）和

试验的时候，要削弱人为的误差，碾压混凝土的VC值通常要 提供依据，

小10 mm〜小14 mm的钢筋制作养护架，平常的养护架尺寸长 坍落度（VC值）：通常两个人一起在钢板上做坍落度 X 宽 X 高为（1 500 〜2 000) mm X (500 〜600) mm X (1 400 〜1

600 ) mm，每层高度一般是250〜300 mm，分为5〜6 U。

3)试件摆放:混凝土试件的摆放距离是10〜20 cm,试件 按试验的时间摆放在规定月份的养护架上面，以便检查与 试验。

测tt两次。与此同时，还要做坍落度经时损失试验，为浇筑

4 )含气識f对抗冻等级要求相对较高的水工混凝土，含 气量的测试需要使用精密的含气仪器。装料的时候防止工 具相互之间碰撞含气仪量钵沿口，在试验之后要迅速对含气 仪器阀进行保护清洗。与此同时，还要进行坍落度和含气M 经时损失的关系试验，为拌合楼质控、施工浇筑以及混凝土 耐久性提供依据。

5 )含砂量的评定:含砂量情况对混凝土的性能有着较大 影响，通常使用三种方法评定:①用镘刀涂混凝土拌和物的 表面;②通过振动台振实过程中测试试模内混凝土泛浆的情 形;③在仓面监测振捣器振捣过程中混凝土泛浆的情形5

6)

土，用四分法进行装料，用振动台进行试验。常态混凝土一

2结束语

大体积混凝土结构的施工技术和对策与混凝土结构的

使用性能有着接的联系，理解大体积混凝土结构开裂的因 素和掌握应对该问题所使用的相关施工对策，对于确保施工 的质量至义觅要。

参考文献：

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7) 凝结的时间:对新拌的混凝土拌和物超过5 mm湿筛， 筑工业学院学报：自然科学版，2008,16(6) :9 -14.把砂浆装进试模。常态混凝土接近初凝与终凝的时候需要 [4] 王朋.大体积的混凝土施工温度控制计算[I].安徽水利水电 加密试验，碾压混凝土按等时间（每隔1〜2 h)进行试验。试 职业技术学院7:报，2008,8(3):49 -51.

验数据使用计算机来计算绘图。

(上接第8

页）

同时预制标准化完成保温防水墙体，相对现场受施工质量影 响的墙体保温防水层的标准化工业优势，以及模块化的建筑 保温防水板材外挂构件在预制和施工过程中的可操作性，更 加长期、稳定、高效发挥效果。

实现建筑节能不仅是从减少建筑内总的能源需求量，也 需要充分利用建筑技术减少建筑领域内包括建筑过程中的 能源浪费@相比传统现浇式建筑墙体保温层现场施工，模块 化的墙板保温构件由工厂标准化预制完成，其完成质量和保 温性能能得到保证，相对于传统墙面保温层，拥有更加可靠 的质量优势，使得建筑在适用过程中的节能性能得到提升。

参考文献：

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3结语

建筑从传统现场混凝土浇筑向工厂产ik化生产现场装

配的转变是未来建设行业的发展方向。模块化装配式建筑 在生产施工使用等阶段对于建筑从建设到使用的整体节能 冇m要意义，也是解决传统建筑模式围护结构保温质M性能 下降等问题的方法。相比较传统现浇建筑模式，装配式建筑 模式在总体节能方面有着明显优势，模块化装配式建筑的推 广对于建筑节能将起到积极的效果5

[ID： 003873]

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