盧 煜，劉明蓉，周 渝，霍海娥*

（1.西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院,四川 成都 610039；2.江蘇省招標(biāo)中心有限公司,江蘇 南京 210000）

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，建筑能耗在逐年攀升，提高建筑的節(jié)能率是解決這一嚴(yán)峻問題的最佳途徑。建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是能量消耗的主要部位，因此，建筑能耗與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式和熱工性能有著密切的關(guān)系，外墻、屋面、外窗的保溫隔熱性能對建筑運(yùn)行負(fù)荷的影響最大。裝配式建筑是一種基于綠色理念的現(xiàn)代化建筑形式，其主要部件在工廠預(yù)制并在工地現(xiàn)場裝配而成。裝配式建筑具有整體式剪力墻結(jié)構(gòu)和整體式框架結(jié)構(gòu)，往往可以承受很高級別的地震，因此裝配式建筑是抵御地質(zhì)災(zāi)害和重建家園的利器。2016 年9 月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》[1]，明確要求大力發(fā)展裝配式建筑，截至2018 年底，31 個?。▍^(qū)，市）陸續(xù)出臺了推進(jìn)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的系列激勵措施。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出，到“十四五”末裝配式建筑占新建建筑的比例要達(dá)到30%以上。國內(nèi)外對傳統(tǒng)建筑的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了深入研究，其研究成果應(yīng)用于實際工程中已取得明顯的節(jié)能效果。裝配式建筑作為新興建筑相比傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)節(jié)能潛力有多大提升空間，同樣的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于不同的裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果如何，以及不同裝配式構(gòu)造形式的氣候適應(yīng)性都是目前裝配式建筑節(jié)能研究亟待解決的問題。

1 國外裝配式建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能研究

1970 年爆發(fā)的全球能源危機(jī)，使得世界各國開始著眼建筑的節(jié)能研究。國外百年前便開始了對裝配式建筑的研究，相關(guān)的技術(shù)體系已基本成熟，各項規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也比較完備[2]。裝配式建筑的發(fā)展與社會經(jīng)濟(jì)、地理環(huán)境和科技水平息息相關(guān)，因此各國的裝配式建筑在發(fā)展過程中也存在差異性。

1.1 美國

美國裝配式建筑盛行于20 世紀(jì)70 年代，并于1976 年出臺了一系列嚴(yán)格的建筑行業(yè)體系規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。目前美國大城市建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型以混凝土和鋼結(jié)構(gòu)為主，小城鎮(zhèn)以輕鋼和木結(jié)構(gòu)體系為主，城市住宅的建造已經(jīng)實現(xiàn)了工廠流水生產(chǎn)構(gòu)件，極大限度地實現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)材。近年來，相關(guān)學(xué)者對于新型圍護(hù)構(gòu)造與新材料的應(yīng)用研究層出不窮。Lee 等[3]通過對實心混凝土區(qū)域連接的預(yù)制三層夾心保溫墻板和預(yù)制兩層夾心保溫墻板進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)三層板的熱工性能優(yōu)于雙層板，原因是三層板增加了通過實心混凝土的熱路徑長度，采用高電阻隔熱材料從而在熱工性能方面獲得了更大的提升。Woltman 等[4]對裝配式混凝土墻板拉結(jié)件的力學(xué)性能和熱工性能進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，通過優(yōu)化玻璃纖維增強(qiáng)聚合物（GFRP）拉結(jié)件尺寸和截面幾何形狀等參數(shù)，可大大減少GFRP 拉結(jié)件引起的熱橋。Kim 等[5]對帶有W 型、Z 型和J 型3種不同形狀金屬連接件的預(yù)制混凝夾心保溫墻板的熱工性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：W 形連接器的傳熱率低于其他類型的連接器，且與溫度測量位置無關(guān)；在設(shè)計和實踐中需要考慮多個連接器之間的傳熱并對設(shè)計方法加以改進(jìn)。

1.2 歐洲

歐洲具有較長的裝配式混凝土建筑歷史，預(yù)制技術(shù)非常成熟，各國已形成的系統(tǒng)基礎(chǔ)理論均能符合節(jié)能環(huán)保與循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求[6]。法國擁有130 多年推行裝配式建筑的歷史。以預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)為主，鋼、木結(jié)構(gòu)為輔，如今建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)由框架或板柱體系逐步向大跨度發(fā)展。獨創(chuàng)的SCOPE 體系裝配率高達(dá)80%，相比于傳統(tǒng)建筑，建筑的能耗可降低30%，已被眾多國家熟知且應(yīng)用。德國通過自身的獨有研究和發(fā)展調(diào)節(jié)，在降低建筑能耗方面的研究趨于世界領(lǐng)先水平，近幾年又在裝配式建筑基礎(chǔ)上融入被動式的概念，從而推動住宅與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)相互之間的融合。在保證人體熱舒適性的前提下，節(jié)能原則從初期的建筑圍護(hù)體系各結(jié)構(gòu)最低耗熱量值轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖ芷跓峁ば阅艿奶嵘?，新建建筑?jié)能技術(shù)規(guī)范中對于圍護(hù)體系熱能損耗等建筑能耗計算量提出強(qiáng)制性指標(biāo)要求。波蘭的Major 等[7]對一種由條狀聚氨酯和混凝土制成的新型預(yù)制復(fù)合墻結(jié)構(gòu)的熱工性能進(jìn)行了研究。通過熱工分析和動態(tài)數(shù)值模擬得知該復(fù)合結(jié)構(gòu)混凝土墻體抗壓強(qiáng)度較高，在冬季可提高墻體內(nèi)表面溫度2.3 ℃。意大利威尼斯IUAV 大學(xué)的Boscato 等[8]研究了一種由鋼筋混凝土板和膠合層木框架制成的預(yù)制復(fù)合墻體系（CGFP），利用熱箱法對其熱工性能進(jìn)行評估，分析不同保溫材料墻體熱阻，最優(yōu)的墻體導(dǎo)熱系數(shù)為0.2 W/(m2·K)，通過計算碳足跡和碳排放進(jìn)行全生命周期評估，CGFP 顯示出良好的熱工性能。英國的Robetro 等[9]通過理論計算和實驗的方法，對一種磚混復(fù)合預(yù)制外墻體ETIS 的熱工性能進(jìn)行了分析，理論計算值為2.68 m2·K/W，實驗中由于構(gòu)件間有空氣滲入，測得實際熱阻為1.7～2.15 m2·K/W，此外，發(fā)現(xiàn)含水率對該復(fù)合墻體系統(tǒng)的熱工性能影響較大。

1.3 日本

綜上所述，國外裝配式建筑發(fā)展時間較早，工業(yè)化水平較高，建筑體系完善。有關(guān)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能方向的研究對象已經(jīng)不局限于單一的混凝土構(gòu)造形式，不斷向鋼-混凝土、木-混凝土等復(fù)合結(jié)構(gòu)形式過渡，綜合考慮了能耗、碳排放、人體熱舒適、智能技術(shù)等多個優(yōu)化控制目標(biāo)，研究內(nèi)容更加細(xì)化。

2 國內(nèi)裝配式建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能研究現(xiàn)狀

我國的裝配式建筑起步于20 世紀(jì)50 年代，經(jīng)歷了開創(chuàng)、發(fā)展、低潮及恢復(fù)再發(fā)展這4 個階段[14]。近幾年我國在政策上對于裝配式建筑不斷傾斜，裝配式建筑發(fā)展步入快車道，同時也推動著相關(guān)節(jié)能技術(shù)、保溫技術(shù)的發(fā)展[15]。關(guān)于裝配式建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的理論研究主要集中在不同結(jié)構(gòu)體系墻體的保溫構(gòu)造、節(jié)能外窗窗框與玻璃的節(jié)能改造、屋面板的最佳保溫層材料與厚度選擇等方面。

2.1 裝配式建筑外墻節(jié)能技術(shù)

墻體是建筑最重要的圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，對建筑能耗水平具有顯著的影響。當(dāng)前我國裝配式建筑外圍護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)熱點和難點均集中在外墻系統(tǒng)領(lǐng)域，主要圍繞在適用于不同結(jié)構(gòu)體系的外圍護(hù)墻體性能以及構(gòu)件連接節(jié)點的優(yōu)化方面。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展在結(jié)構(gòu)主體、設(shè)計方法上主要參照現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)以及預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛，這兩種結(jié)構(gòu)體系在當(dāng)今的眾多建筑體系當(dāng)中無論是理論研究還是實踐應(yīng)用都處于領(lǐng)先地位[16]。目前國內(nèi)預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)分為全預(yù)制和部分預(yù)制兩種。全預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系全部剪力墻都采用預(yù)制構(gòu)件，預(yù)制率高，但連接拼縫較多；部分預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)主要指內(nèi)墻現(xiàn)澆、外墻預(yù)制的結(jié)構(gòu)，性能與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)類似。預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)一般采用外掛墻板構(gòu)件，主要用于工業(yè)廠房和公共建筑，與剪力墻結(jié)構(gòu)相比，外掛墻板模數(shù)更固定、協(xié)調(diào)性更好，近年來也逐漸用于民用建筑。目前國內(nèi)用于裝配式建筑的外掛墻板按結(jié)構(gòu)類型分類主要有單一材料外掛墻板、內(nèi)保溫外掛墻板、外保溫外掛墻板、夾芯保溫外掛墻板[17]，外掛墻板一般不作為承重構(gòu)件，只起到圍護(hù)結(jié)構(gòu)功能，國內(nèi)學(xué)者針對外掛墻板的熱工性能研究集中在新型材料的應(yīng)用和內(nèi)部連接件兩個方面。

2.1.1 預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)

2.1.1.1 全預(yù)制整體式剪力墻節(jié)能技術(shù)

目前，裝配式整體式剪力墻的節(jié)能技術(shù)通常沿用傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑的既有方式，在我國北方的嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)，建筑外墻大多使用外保溫構(gòu)造。趙輝[18]通過BIM 信息化平臺發(fā)現(xiàn)對利用防水混凝土和鋼筋混凝土剪力墻組成的混凝土空氣間層復(fù)合墻體增加外保溫構(gòu)造處理，能夠進(jìn)一步增加墻體的保溫隔熱性能，是適宜嚴(yán)寒地區(qū)的裝配式建筑外墻構(gòu)造選型。南京長江都市建筑設(shè)計股份有限公司[19]為解決外墻外保溫存在的易脫落、使用壽命短等技術(shù)問題，設(shè)計了自保溫雙墻復(fù)合系統(tǒng)，以當(dāng)前應(yīng)用較廣的ALC 板為基本選材，采用“外包內(nèi)嵌”的圍護(hù)形式，運(yùn)用到南京某保障房公寓和人才公寓中。項目的外墻分別采用了125 mm+75 mm厚和125 mm+100 mm 厚的蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土ALC 保溫板，兩板之間設(shè)置30 mm 封閉空氣隔層，建筑的節(jié)能率分別達(dá)到68.14 %和67.63%[19]，為裝配式建筑外墻設(shè)計提供了一種新途徑。近年來南方裝配式混凝土剪力墻外墻多采用夾心保溫一體化墻體。王禹[20]嘗試將夾心保溫技術(shù)引入北方地區(qū)，從墻板內(nèi)部的空氣夾層流動特性及傳熱特性入手，在夾心保溫的保溫材料里添加2 層空氣層，形成了5 層保溫層構(gòu)造，研究封閉空氣夾層隨夾層尺寸、兩側(cè)溫度差等條件改變時的換熱規(guī)律，設(shè)計出一種適合嚴(yán)寒地區(qū)建筑的裝配式混凝土雙層空氣夾層保溫外墻板。墻板厚度為遼寧地區(qū)典型墻體的80%，且傳熱系數(shù)僅為0.225 W/（m2·K）[20]。

該項目的技術(shù)關(guān)鍵是山洪預(yù)報，歐盟專家清晰地認(rèn)識到，鑒于山洪的特點，傳統(tǒng)的洪水預(yù)報方法在應(yīng)用于山洪災(zāi)害防治工作中面臨諸多問題，突出表現(xiàn)在如下幾個方面：

2.1.1.2 部分預(yù)制剪力墻——疊合板式混凝土剪力墻節(jié)能技術(shù)

疊合板式剪力墻是近年來由德國引入并結(jié)合我國基本情況加以改進(jìn)而成的[21]，在我國的應(yīng)用時間尚短。兩側(cè)為預(yù)制墻板，中間一層是現(xiàn)澆混凝土，現(xiàn)澆過程中，兩側(cè)的預(yù)制墻板充當(dāng)模板并作為結(jié)構(gòu)的一部分，通過格構(gòu)鋼筋連接，格構(gòu)鋼筋起到了拉結(jié)的作用，拼裝過程中也可以作為起吊點[22]，保溫層的鋪設(shè)可根據(jù)節(jié)能設(shè)計放置在預(yù)制墻板的內(nèi)外部或者中間。國內(nèi)學(xué)者對于此新型墻體構(gòu)造的抗震性能[23-24]、水平接縫性能[25-26]和界面采用非桁架鋼筋[27-28]進(jìn)行了大量探索，力學(xué)性能上改進(jìn)已逐步適用于我國的建筑情況；但還沒有針對熱工性能方面的研究。該剪力墻體系在節(jié)能方面還有多大潛力，以及在不同的氣候分區(qū)節(jié)能效果有何差異，亟待更多科研學(xué)者進(jìn)行深入探索。

2.1.2 預(yù)制混凝土外掛墻板節(jié)能技術(shù)

聚氨酯泡沫、EPS 和XPS 等有機(jī)保溫材料一直以來作為主要的墻體保溫材料，雖然輕質(zhì)、隔熱、易加工，但他們都有易燃這個最大的缺點；因此，上海市建筑科學(xué)研究院的管文[29]用不燃型泡沫混凝土保溫板代替可燃型有機(jī)材料作為夾芯保溫層材料。通過實驗和計算表明，內(nèi)外為60 mm厚預(yù)制鋼筋混凝土板、中間為70 mm 厚泡沫混凝土保溫板的預(yù)制夾芯復(fù)合墻體能滿足夏熱冬冷地區(qū)建筑65%節(jié)能要求[29]。馬曉紅[30]在不改變墻板240 mm 原有厚度的情況下，對內(nèi)、外葉板表面分別預(yù)留尺寸為2 170 mm×700 mm×40 mm 和3 000 mm×200 mm×40 mm 凹槽，其內(nèi)部填充泡沫混凝土，使預(yù)制夾心外掛墻板的傳熱系數(shù)降低到0.45 W/（m2·K）以下，運(yùn)用到寒冷地區(qū)某裝配式建筑中，優(yōu)化后的墻板使圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率提升了15.5%～26.6%[30]。泡沫混凝土的干密度、導(dǎo)熱系數(shù)、抗壓強(qiáng)度3 個主要性能參數(shù)相互制約，一定程度上限制了泡沫混凝土的應(yīng)用。李悅[31]以泡沫、水膠比、氣凝膠和纖維摻量為因素研究生產(chǎn)出干密度為673.12 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.162 3 W/(m·K)，抗壓強(qiáng)度4.12 MPa 的最優(yōu)配合比泡沫混凝土外掛墻板，采用DesT 能耗模擬軟件，測得使用該外掛墻板的裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑相比，節(jié)能率達(dá)到67.8%[31]。泡沫混凝土板被廣泛使用后，王旭東[32]針對泡沫混凝土板的主要材料水泥在生產(chǎn)過程中能耗和污染高的問題提出改進(jìn)方案，通過摻入一定配比的工業(yè)廢料粉煤灰、納米蒙脫土以及聚丙烯纖維，研制出一種新型納米材料改性粉煤灰A 級保溫材料。通過PKPM PBECA 節(jié)能計算軟件能耗模擬分析，用該保溫材料作150 mm 厚裝配式墻板的建筑與傳統(tǒng)建筑相比其節(jié)能效率達(dá)到65.28%[32]。

與普通混凝土相比，輕集料混凝土具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、耐火及抗凍性能好、無堿骨料反應(yīng)等優(yōu)點。管文[33]以頁巖陶粒作為輕骨料，研發(fā)出內(nèi)外頁墻板分別為55 和100 mm 的輕骨料混凝土墻板、夾心保溫層為40 mmXPS 的預(yù)制輕骨料混凝土夾心保溫外掛墻板，與同強(qiáng)度等級的C40 普通混凝土相比，預(yù)制LC40 輕骨料混凝土夾心保溫外掛墻板時可使墻板自重減小27%，且平均傳熱系數(shù)為0.67 W/（m2·K），滿足夏熱冬冷地區(qū)公共建筑節(jié)能外墻的要求。太原理工大學(xué)的課題組[34-35]研發(fā)出了兼顧力學(xué)和熱工性能的?；⒅楸鼗炷?，以該混凝土為材料研發(fā)裝配式?；⒅楸鼗炷量招募袅?，相比傳統(tǒng)保溫墻體，該墻體體系擁有很好的自保溫性能，無須進(jìn)行額外保溫層施工。對空心孔洞內(nèi)進(jìn)行聚氨酯填充和接縫熱橋部位進(jìn)行擠塑聚苯板外保溫處理，能分別降低墻體32.8%和約16.2%～18.7%的傳熱系數(shù)，且墻體內(nèi)表面不會結(jié)露，滿足夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能65%的要求。

裝配式外掛墻板與傳統(tǒng)的墻板相比有生產(chǎn)效率高、保溫隔熱性能好、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)勢，隨著對外掛墻板理論技術(shù)研究的深入與完善，新技術(shù)、新型材料的應(yīng)用、節(jié)點連接等細(xì)部構(gòu)造的改進(jìn)，將有效地擴(kuò)寬外掛墻板在裝配式建筑行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展空間。

總體來說，無論是預(yù)制復(fù)合保溫外掛墻板還是預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，它們外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造做法都不同于傳統(tǒng)建筑。目前我國還沒有關(guān)于裝配式建筑方面的節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)政策，對細(xì)部構(gòu)造的保溫處理也就很難落實到位，施工完成后各種節(jié)能效率不達(dá)標(biāo)的問題亟須得到改善。

2.2 裝配式建筑外窗節(jié)能技術(shù)

無論裝配式建筑還是傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑，外窗都是熱量損失的重要部位之一，對外窗進(jìn)行合理的節(jié)能設(shè)計以降低能耗極為重要。借鑒傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑做法，裝配式建筑多采用節(jié)能外窗，但各種類型節(jié)能窗的熱工性能存在較大差異，因此需要對外窗進(jìn)行合理的選擇，同時注意避免熱橋產(chǎn)生，以最大程度上降低外窗部位的熱量損失。

針對窗框部分，外窗框所用型材占據(jù)外窗洞口面積的15%～30%，是外窗能量流失的薄弱環(huán)節(jié)，目前市場上常見的窗框型材的保溫性能差異很大。張麗娟[36]根據(jù)市場上常見的3 種腔體結(jié)構(gòu)，研究開發(fā)出窗框熱阻2.09 m2·（K·W）-1、平均傳熱系數(shù)0.44 W（m2·K）-1的適宜寒冷地區(qū)裝配式建筑的新型窗框。窗框與墻體之間的氣密性問題，可通過窗框外側(cè)采用透氣膜粘貼封堵，窗框室內(nèi)側(cè)與外墻內(nèi)側(cè)裂縫處采用隔氣膜緊密粘貼的方式解決[37]。

除了提高窗框的熱阻以外，對玻璃進(jìn)行節(jié)能改造也可以減少熱損失。夏赟[38]對嚴(yán)寒地區(qū)裝配式建筑外門窗傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)對建筑耗熱量指標(biāo)的影響進(jìn)行分析，提出對中空玻璃5 號面進(jìn)行鍍單銀Low-E 膜技術(shù)改進(jìn)，或?qū)⑺芰闲筒暮穸仍黾又?0 mm 并使用（5+12A+5+16A+5）mm 加暖邊條的中空玻璃這兩種滿足75%節(jié)能要求最佳技術(shù)方案。Qiang Jin 以某裝配式單體建筑為對象，研究了填充稀有氣體并粘貼low-e 膜的節(jié)能窗對整體能耗的影響，使用DeST 軟件計算能耗得出該窗節(jié)能率為25%，建筑年熱負(fù)荷從60.26 W/m2降低到54.84 W/m2[39]。隨著新材料、新技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，玻璃纖維增強(qiáng)塑料、鋁木復(fù)合材料、新型鋁塑復(fù)合材料、中空玻璃暖邊技術(shù)以及透明性塑料板等為外窗節(jié)能提供了更多的選擇，同時外窗與遮陽設(shè)施一體化不斷發(fā)展，將百葉窗安裝于密封的雙層中空玻璃內(nèi)側(cè)，并固定在開放式鋁板內(nèi)部，通過磁力控制其升降和翻轉(zhuǎn)，當(dāng)在水平位置時，兼顧采光與遮陽，可有效阻隔太陽輻射。同時這種復(fù)合窗清潔方便且節(jié)能效果較好[40]，勢必成為裝配式建筑未來節(jié)能窗的發(fā)展方向之一。

對于外窗的節(jié)能設(shè)計，除了關(guān)注窗戶本身的保溫能力之外，窗墻比也是不能忽略的一個重要因素。設(shè)計時確定的窗墻面積比既要滿足國家規(guī)定的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，也要最大化滿足建筑物室內(nèi)生活照明需求，從而提高生活質(zhì)量[41]。邸梵[42]以西安某裝配式住宅為例建立基礎(chǔ)模型，得出建筑各朝向合理的窗墻比并得出結(jié)論，寒冷地區(qū)裝配式住宅的外窗類型宜選用中空玻璃塑鋼窗和單框雙層塑鋼窗，同時應(yīng)盡可能降低窗墻比。

裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑外窗最大的區(qū)別在于裝配式構(gòu)件在制作時預(yù)留了窗洞口，窗洞口預(yù)埋防腐木磚和拉結(jié)鋼筋會破壞墻體的一維傳熱形成熱橋。今后在研究墻體自身強(qiáng)度和熱工性能的同時，也要重點關(guān)注對裝配式墻體窗洞口熱橋部位的影響，無論是已有研究還是未來即將開發(fā)的不同的窗框和玻璃構(gòu)造組合，對裝配式窗洞口熱橋有何種影響，采取怎樣的有效處理措施；墻體使用不同的保溫材料與不同的保溫層厚度分別對窗洞口處熱橋效應(yīng)影響如何，都是未來裝配式外窗節(jié)能研究需要攻克的難點。

2.3 裝配式建筑屋面節(jié)能技術(shù)

裝配式建筑屋面板節(jié)能技術(shù)與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑類似，區(qū)別在于裝配式建筑屋面板采用疊合板的形式且保溫層厚度略有不同，因此，屋面板的節(jié)能設(shè)計主要集中于合理選擇保溫材料及保溫層厚度。王佳瑋[43]開發(fā)了一種由縱橫交錯的鋼筋混凝土密肋和密肋間填充體組成的大跨復(fù)合樓板，并以該樓板為結(jié)構(gòu)基層發(fā)展為新型裝配式混凝土復(fù)合屋蓋，通過有限元數(shù)值模擬得出：保溫層厚度超過40 mm時，其熱工性能好壞取決于保溫層材料及保溫層厚度，在屋蓋-墻體節(jié)點和屋蓋板后澆帶節(jié)點之間無顯著熱橋熱工缺陷與表面結(jié)露隱患。對不同氣候分區(qū)針對性進(jìn)行保溫設(shè)計，嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)優(yōu)先選用容重小，保溫性能好的有機(jī)保溫材料；在寒冷地區(qū)使用120 mm XPS 可達(dá)到理想的保溫效果；夏熱冬冷地區(qū)使用30 mm EPS 保溫層不會造成屋蓋內(nèi)表面結(jié)露。

目前，國內(nèi)對裝配式混凝土屋面節(jié)能設(shè)計基本沿用傳統(tǒng)做法，研究局限于防水施工技術(shù)[44]，而針對熱工性能的研究非常匱乏。屋面作為重要的圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，耗能占據(jù)建筑整體耗能的7%，受到太陽輻射和室外空氣溫度的影響都十分顯著。如今新材料、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，對于現(xiàn)有的高效保溫材料保溫屋面、種植隔熱屋面、蓄水屋面、架空型保溫屋面等節(jié)能設(shè)計[45]，可研發(fā)更多配套的裝配式建筑新型節(jié)能復(fù)合屋面。

2.4 裝配式構(gòu)件連接節(jié)點熱橋優(yōu)化

裝配式建筑與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的根本不同點在于：現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)是一個整體，而裝配式結(jié)構(gòu)在便捷施工的同時，存在大量的安裝連接構(gòu)造縫。熱橋主要在預(yù)制混凝土夾心外墻板的內(nèi)部拉結(jié)件及其附近區(qū)域、外墻板之間及與梁、柱等主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接處產(chǎn)生，致使建筑整體的熱工性能降低，不能達(dá)到預(yù)期設(shè)計的要求[46]。

2.4.1 混凝土構(gòu)件內(nèi)部連接熱橋

預(yù)制混凝土夾心墻板早期連接件大多采用金屬格構(gòu)筋，由于金屬的熱傳導(dǎo)率較高，因此連接件和其附近的區(qū)域易產(chǎn)生熱橋。徐桂明等[47]和魏燕麗等[48]選取纖維Thermomass 棒式、金屬Halfen 的針式與板式和金屬peikko 桁架3 種不同連接件，探索連接件對墻板熱工性能的影響。結(jié)果表明，采用纖維連接件的預(yù)制混凝土夾心保溫墻板相較于采用金屬連接件的保溫墻板熱工性能明顯更優(yōu)，促使很多學(xué)者和企業(yè)的研究向研發(fā)絕熱性能好的非金屬材料連接件轉(zhuǎn)變。同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合上海建工集團(tuán)、北京萬科企業(yè)有限公司和南京斯貝爾復(fù)合材料有限公司自主研發(fā)的FRP 片狀和棒狀連接件成為國內(nèi)首個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的預(yù)制混凝土夾心保溫墻體連接件[49-50]。薛偉辰等[51]使用該新型連接件開發(fā)了集圍護(hù)與節(jié)能一體化的新型預(yù)制混凝土無機(jī)保溫夾心保溫墻體。熱工性能試驗研究結(jié)果表明，作為外墻和內(nèi)墻時傳熱系數(shù)分別為0.738和0.701 W/（m2·K），滿足夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。劉卉[52]提出了一種采用鋼筋玻璃纖維復(fù)合筋的W 型接件形式，在鋼筋外包一層玻璃纖維，利用玻璃纖維的熱傳導(dǎo)系數(shù)較鋼筋低的特性，可有效地減少金屬件的冷熱橋問題。江煥芝[53]研發(fā)兼具力學(xué)性能和熱工性能的鋼-纖維復(fù)合連接件（SGCC），通過試驗和理論相結(jié)合的方法對該連接件體系的力學(xué)性能及夾心墻板的結(jié)構(gòu)性能、組合性能和熱工性能等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：對于保溫層厚度為50 mm 的夾心墻板，每平方米配置不多于13 個連接件可滿足《夏熱冬冷地區(qū)的居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》和《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的熱工要求；當(dāng)保溫層厚度為90 mm時，每平方米配置4 個連接件可滿足大部分嚴(yán)寒地區(qū)及寒冷地區(qū)的《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的熱工性能要求。

2.4.2 混凝土構(gòu)件之間連接熱橋

預(yù)制裝配整體式剪力墻體系中，剪力墻之間的接縫采用濕式連接，水平接縫處鋼筋采用套筒灌漿連接、漿錨搭接連接和底部預(yù)留后澆區(qū)內(nèi)鋼筋搭接連接的形式[54-55]。套筒灌漿連接會使得建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的局部傳熱系數(shù)增大，產(chǎn)生熱橋，影響連接節(jié)點保溫隔熱的效果，因此，鄺福軍[56]研究了灌漿套筒對夏熱冬冷地區(qū)建筑墻體熱工性能所帶來的影響。結(jié)果表明套筒的存在會使裝配式結(jié)構(gòu)墻體的傳熱系數(shù)增大、整體熱阻減小，套筒距離墻體數(shù)量越多、表面越近，則該墻體的熱橋效應(yīng)越明顯，采用夾心保溫體系的裝配式框架剪力墻結(jié)構(gòu)，在框架柱區(qū)域做局部保溫處理可以有效減少熱量損失。馮宏欣[57]從施工誤差層面分析寒冷地區(qū)裝配式混凝土剪力墻建筑熱橋?qū)?jié)點的影響，提出構(gòu)造設(shè)計優(yōu)化策略：對屋面-女兒墻節(jié)點應(yīng)選擇將空調(diào)板外包保溫層的構(gòu)造形式；對屋面-女兒墻節(jié)點則應(yīng)選用保溫層位于外墻和屋面內(nèi)表面，從而消除熱橋影響。劉惠安[58]則提出對墻板與樓板連接處熱橋部位使用較好的砌筑砂漿材料，陽臺板與樓板連接處熱橋部位豎向與水平向分別鋪設(shè)0.35 和0.55 m 的保溫層可以有效地減小熱橋影響。符躍[59]對蒸壓加氣混凝土裝配式建筑墻板外包橫板、外包豎板、內(nèi)嵌橫板及內(nèi)嵌豎板4 種墻板連接形式進(jìn)行了局部熱橋節(jié)點溫度場模擬、墻體熱工性能修正、建筑能耗模擬及熱橋處理措施等一系列的研究。研究發(fā)現(xiàn)與自保溫形式相比，采用外保溫形式熱橋?qū)ㄖ膳芎牡挠绊懜　?/p>

3 結(jié)論

當(dāng)前我國裝配式建筑行業(yè)正在急速升溫，與其匹配的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)卻仍然滯后，本文通過對不同結(jié)構(gòu)體系的裝配式建筑外圍護(hù)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的綜述，得到如下結(jié)論。

1）目前國外裝配式建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能研究對象已經(jīng)不局限于單一材質(zhì)構(gòu)造形式，不斷向鋼-混凝土、木-混凝土等復(fù)合結(jié)構(gòu)形式過渡，反觀國內(nèi)裝配式建筑，節(jié)能研究對象仍以混凝土結(jié)構(gòu)形式為主，缺乏復(fù)合結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)用。在實踐過程中，國內(nèi)裝配式建筑技術(shù)體系大多借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，然而由于地域的差異，國外成熟的裝配式建筑節(jié)能技術(shù)并不能完全適用于我國的裝配式建筑節(jié)能設(shè)計。因此，為保證我國裝配式建筑的快速發(fā)展，亟需對不同復(fù)合結(jié)構(gòu)形式的熱工性能和能耗特點進(jìn)行本土化研究，盡快使裝配式建筑的研究發(fā)展與國際接軌。

2）隨著節(jié)能環(huán)保要求的提高，新型材料不斷涌現(xiàn)，新型裝配式圍護(hù)構(gòu)件類型層出不窮，但與之匹配的應(yīng)用案例較少，通用性不強(qiáng)，推廣難度較大。我國的地理環(huán)境十分廣袤，劃分為5 個氣候分區(qū)，南北方氣候差異較大，尤其是南北方之間的過渡區(qū)域，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選型始終存在很大爭議。目前國內(nèi)針對圍護(hù)構(gòu)造的研究多集中于單個構(gòu)件的節(jié)能分析，而對于外墻、窗戶和屋頂不同構(gòu)造選型組合的整體節(jié)能效果卻鮮有研究。不同構(gòu)造形式的組合在不同氣候分區(qū)的能耗特點各不相同，因此，如何根據(jù)各氣候分區(qū)氣候環(huán)境特點確定外圍護(hù)構(gòu)造體系選型以達(dá)到最佳節(jié)能效果還需學(xué)者進(jìn)行深入研究。