基于超低能耗建筑的装配式混凝土系统关键技术研究与开发

一、立项背景

为实现“碳达峰”、“碳中和”目标，建筑行业致力于减少建筑使用耗能和碳排放，实现绿色低碳发展、产业转型。开发被动式建筑与装配式建筑的复合建筑体系，在被动式建筑的设计、生产和建造中，融入装配式的理念，进行合理的预制化和模块化施工，已经成为建筑行业发展的关键点。

二、研究内容

本项目进行了满足超低能耗建筑要求的预制夹心保温墙板及其连接件，以及悬挑构件热桥处理技术的研究工作，主要内容如下。

1）满足超低能耗要求的预制夹心保温外墙板体系研究

目前市场上常见的预制混凝土夹心板，保温层厚度一般为60~90mm，连接件长度一般为160~200mm，无法达到超低能耗建筑的热工要求。为此，课题组研发了适用于超低能耗建筑的超厚型预制夹心保温墙体的连接件，并开展了连接件的抗拉拔试验和抗剪试验，进行了保温层200-250mm厚的预制夹心保温墙体的抗弯、组合效应等结构试验和墙体热工性能试验，并进行了有限元模拟分析。结果表明，本项目研发的片状FRP连接件具有良好的拉拔、抗剪承载力；采用该连接件的预制夹心保温墙板具有良好的力学性能，其热工性能可满足超低能耗技术标准要求，传热系数低于采用不锈钢连接件的墙板。

保温墙板抗剪试验试件类型左：棒状GFRP连接件，中：片状GFRP连接件，右：不锈钢连接件

2）超低能耗建筑悬挑阳台的研究

当前阳台等悬挑结构一般采用保温材料全包裹或悬挑梁式断热桥做法，施工工序较为复杂。本项目在引进国外产品和技术的基础上，研发了适用于悬挑构件与主体结构连接的断热桥悬挑构件连接件，并进行了采用该悬挑连接件的悬挑构件抗弯试验，热工性能试验及有限元分析。结果表明，研发的断热桥悬挑构件连接件可以满足悬挑构件的承载能力要求；热工性能好，可以降低约60%的悬挑构件的热工系数。

悬挑结构断热桥连接组件

3）装配式超低能耗建筑施工技术的研究

通过项目的设计和施工，总结了装配式超低能耗建筑的施工技术和关键工序的操作方法，并给出了部分节点的施工构造详图，解决了装配式夹心保温墙板的施工和拼缝处理问题。

三、关键技术和创新点

1. 研发了适用于超低能耗混凝土建筑的预制夹心保温外墙板连接件，开展了连接件和保温层200-250mm厚度夹心墙板的结构承载性能和热工性能试验研究及数值模拟分析，采用该连接件的墙板体系具有良好的力学和热工性能，满足超低能耗建筑标准要求；

2. 研发了用于悬挑结构构件的断热桥连接组件，开展了悬挑构件抗弯承载力试验和热工性能试验研究及数值模拟分析，该连接组件具有良好的承载力和断热桥效果；

3. 通过对装配式超低能耗建筑的相关部品部件的技术研究和工程应用，形成了设计要点、构件生产工艺和施工工法等技术成果，为装配式超低能耗混凝土建筑的发展提供了技术支撑。

项目技术应用于秦皇岛和信大厦

四、经济和社会效益

本项目成果装配式超低能耗建筑夹心保温预制外墙板及悬挑构件连接技术已在秦皇岛市海港区等实际工程中进行应用，总面积约4万平米。与传统连接方式相比，本项目成果具有高耐久性、与建筑同寿命的优点，维护和使用成本大幅降低。初步造价核算显示，采用本项目成果的外墙板连接件及悬挑构件，相对于传统的全包裹式超低能耗建筑，单个断热桥悬挑构件连接组件综合成本可节省约100元/m2，有效降低建筑结构全生命周期的综合成本，具有良好的经济效益。

本项目成果为装配式超低能耗建筑的发展提供了技术支持，具有广泛的社会需求。我国幅员辽阔，横跨多个气候区，各地区之间气候差异性较大。本项目成果将多种被动式节能手段与建筑围护结构高效节能技术相结合，满足了建筑维护结构的安全性和超低能耗建筑的热工要求，能够显著提高室内环境舒适性，降低建筑对机械采暖和制冷系统的依赖，大幅度减少建筑的运营能耗。本项目成果将超低能耗建筑和装配式建筑的理念结合起来，符合我国建筑业绿色低碳、转型升级的发展方向，具有良好的社会效益。

五、总结

本项目成果已获授权实用新型专利4项，制订企业标准2项、企业施工工法1项，发表论文6篇，研究成果已在秦皇岛和信大厦等2项工程中进行了应用，该项目成果具有良好的社会效益，取得了较好的经济效益，应用前景广阔。