0 引言

　　在政府大力提倡发展被动式超低能耗建筑和装配式建筑的背景下，到2020年，全国装配式建筑占新建建筑的比例达15%以上，其中重点推进地区达20%以上，积极推进地区达15%以上，鼓励推进地区达10%以上^[1]。如何更好地将装配式建筑与超低能耗建筑紧密结合是我们目前所面临的问题。苟龙珠等^[2]研究了ALC墙板在装配式钢框架中的安装技术。孙钢柱等^[3]研究了非承重ALC外墙板的保温性能，但对ALC墙体节点用于装配式建筑的热工性能研究十分匮乏。本研究从分析现有装配式技术建造被动式超低能耗建筑过程中ALC墙体节点的热工性能入手，研究ALC墙体节点的传热过程及热桥分布，优化ALC墙体节点设计，并加以试验进行验证。由于提升墙体节点间缝隙的密封性能，以及减少由于构造措施引起的热桥，从而降低围护结构的热损失，提升装配式建筑自身的节能率。

　　1 目前ALC墙体节点设计及问题

　　1.1 墙体节点典型构造体系

　　ALC(autoclaved lightweight concrete)板全称为高压蒸养轻质加气混凝土，是一种轻质的具有保温、隔热、隔声和抗震性能良好的绿色建材，并广泛应用于装配式建筑的墙体^[4]。在目前的ALC墙体节点施工工法中多采用H型钢梁作为建筑物的梁，采用连接件等构件，通过锚固等方式将钢梁与墙体连接成整体，以满足荷载要求。目前蒸压加气混凝土板(NALC)构造详图图集^[5]中主要的墙体构造如图1所示。

　　图1 ALC墙体典型构造体系 

　　被动式超低能耗建筑要求墙体具备良好的保温性能和密封性能，要求室内温度维持在20～26℃，要求围护结构非透明部分内表面温差≤3℃，围护结构内表面不得低于室内温度3℃^[6,7,8]。装配式ALC墙体构造体系要满足被动式超低能耗建筑的要求需对节点进行优化设计。

　　1.2 存在的问题

　　依据被动式超低能耗建筑对围护结构的技术要求，图1所示墙体构造体系中，由于H型钢梁暴露在室内空气中，要满足内表面温差≤3℃的要求，便给后续内保温造成困难。同时，由于钢梁与ALC墙体间构造中需通长L型钢固定，极易在上、下两块ALC板接缝处产生热桥，其中较典型的热桥如图1中灰线所示。

　　2 墙体节点优化设计

　　2.1 墙体节点设计

　　为了使ALC墙体构造体系能满足被动式超低能耗建筑的要求，需对ALC墙体构造体系进行重新设计。在忽略连接件、螺栓、锚杆等构件时，比较典型的改造设计如图2所示。H型钢梁嵌在墙体内部，为了减少H型钢梁热损失，在H型钢梁外部用真空绝热板来阻断热桥。

　　图2 ALC墙体钢梁嵌入式设计及保温系统 

　　该设计的优势在于内墙壁面形成平面，H型钢梁不再是突出在墙体外部的一个构件，对内壁面后续保温处理为满足被动式超低能耗建筑的要求提供基础。

　　该设计的缺点在于热桥依然明显，热桥主要存在于H型钢梁与下部ALC板的接缝处，这是一条典型的线性热桥。

　　2.2 优化设计

　　由于如图2所示设计存在典型的贯通式线性热桥，对H型钢梁嵌入墙体内的设计进一步优化设计，如图3所示。

　　图3 优化后墙体及保温系统 

　　该设计把H型钢梁外用于阻断热桥真空绝热板向下做了适当延长，该设计的优势是解决了贯穿墙体的线式热桥问题。该设计需对H型钢梁下ALC板顶部做适当处理。

　　在建筑墙体保温系统中，存在内保温系统和外保温系统，目前，在国内外保温系统占据主导，在日本、欧洲等内保温系统也占据比较重要的地位。内保温系统相对于装配式钢结构建筑内壁面更易满足内壁面温差要求。同时，内保温系统在施工作业方面更具优势。因此，本文重点研究了外墙内保温系统ALC墙体节点热工性能。

　　3 试验系统

　　3.1 试验系统概述

　　搭建的墙体热工性能试验系统如图4所示。系统主要由热室、冷室和测试墙体组成，热室内有加热系统，可保证热室在50℃以下持续工作。冷室内有制冷和加热系统，可满足-20℃以内持续稳定工作。

　　图4 ALC墙体节点热工性能测试试验系 

　　1-热室;2-冷室;3-热室电加热器;4-冷室电加热器;5-压缩机;6-冷凝器;7-干燥过滤器;8-膨胀阀;9-蒸发器;10-低压保护;11-高压保护;12-热室侧红外热像仪;13-冷室侧红外热像仪;14-计算机采集控制系统;T-热电偶测温

　　3.2 试验测试系统

　　试验测试系统主要由热室红外热像仪、热室测温热电偶和冷室红外热像仪、冷室测温热电偶组成，红外热像仪用于分析内墙壁面和外墙壁面温度分布与热桥分布，热电偶用于测定墙体内、外表面各布点温度，并通过二者相互验证测试数据的准确性。

　　采用2台红外热像仪，分别布置在热室和冷室，同时实时监控热室和冷室ALC墙体表面温度分布。热室侧红外热像仪为日本NECTH9100Pro，温度分辨率为0.06℃;冷室侧红外热像仪为德国Testo890，温度分辨率为0.04℃。采用热电偶20个，在热室侧和冷室侧ALC墙体表面分别布置10个。由于整个试验测试温度在-20～30℃，在试验开始前，对热电偶进行标定，对每根热电偶标定出温度曲线，以保证温度测试的准确性。

　　热室侧ALC墙体热电偶布置位置:ALC墙布置3个(代号101,102,103)、ALC墙体与楼板下接缝布置2个(代号104,105)、在楼板下面布置2个(代号106,107)、ALC墙体与楼板上接缝布置3个(代号108,109,110)。

　　冷室侧ALC墙体热电偶布置位置:ALC墙布置3个(代号111,112,113)、ALC墙体与H型钢梁接缝均匀布置2个(代号114,115)、S50板布置3个(代号116,117,118)、S50板与ALC墙体上接缝布置2个(代号119,120)。

　　4 试验方案与结果分析

　　4.1 内保温通缝节点试验

　　如图2所示对ALC墙体节点进行实际施工设计，设计如图5所示。在节点处，内侧保温采用30mm厚真空绝热板双层错缝黏结保温，楼板上与ALC墙板接缝处做了防热桥措施。在H型钢梁与楼板连接的外侧，采用20mm厚真空绝热板双层错缝黏结保温。在H型钢梁与下部ALC墙板连接形成的通缝处采用岩棉填充和水泥砂浆垫块密封。H型钢梁间隙用岩棉填充，两侧用大型板封闭。

　　试验时热室温度保持在28℃，冷室温度保持在-15℃，试验稳定4h后对试验数据进行采集和分析。

　　1)热室侧墙体温度分布

　　热室侧墙体温度分布测试结果如图6所示，热室侧热电偶温度如图7所示。

　　由图6和图7可看出，在设计条件下，热室侧墙面温度分布非常均匀，基本看不出热桥，墙体表面温差一般≤1.5℃，能满足被动房内墙壁面温差<3℃的要求。

　　2)冷室侧墙体温度分布

　　冷室侧墙体温度分布测试结果如图8所示，冷室侧热电偶温度如图9所示。

　　图5 内保温通缝节点墙体设计 

　　图6 热室侧墙体红外热像结果 

　　图7 热室侧热电偶测试结果 

　　图8 冷室侧墙体红外热像结果 

　　图9 冷室侧热电偶测试结果 

　　图8中点状热桥为钩头螺栓造成的热桥，线状热桥为H型钢梁与下ALC墙板接缝造成的热桥。由图8和图9可看出，在墙体外侧钩头螺栓及连接缝隙处热桥非常明显。冷室侧墙体表面温差在6℃左右，在热桥处存在非常大的热损失。在墙外侧钩头螺栓节点需做好保温密封工作，在采用水泥砂浆密封时，钩头螺栓处外表面温度可达2.5℃，效果不好;在采用保温密封胶密封时，钩头螺栓处外表面温度可达-3℃，效果有一定改善。

　　4.2 内保温阻断热桥试验

　　如图3所示对ALC墙体节点进行实际施工设计，设计如图10所示。该设计主要是对图5中H型钢梁与下ALC墙板连接处外侧真空绝热板往下延长50mm，其他与图5相同。

　　图1 0 内保温H型钢梁下接缝阻断热桥设计 

　　试验时热室、冷室温度等条件与内保温通缝的条件一致。

　　1)热室侧墙体温度分布由于墙体节点设计对阻断热桥更有利，热室侧墙体温度与前述内保温通缝节点基本一致，在此不做赘述。

　　2)冷室侧墙体温度分布冷室侧墙体温度分布测试结果如图11所示，冷室侧热电偶温度如图12所示。

　　图1 1 冷室侧墙体红外热像结果 

　　由图11和图12可看出，通过阻断通缝热桥设计，在墙体外侧依然可看出热桥存在，但墙面温差在3℃左右，与未改进的经典做法相比，已有非常明显的改善。钩头螺栓处采用聚氨酯发泡封堵后用砂浆抹平，钩头螺栓处外表面温度可达-9℃，对阻断钩头螺栓热桥都起到非常好的效果。

　　图1 2 冷室侧热电偶测试结果  

　　5结语

　　1)室内温度稳定在26℃以上、室外温度在-15℃时，在设计图条件下，在良好的施工情况下，该设计能保证室内墙体温差≤3℃，室外墙体温差≤6℃，能满足被动房关于墙体热工性能的要求。

　　2)对钩头螺栓外墙侧需做特殊保温处理，采用聚氨酯发泡密封或采用橡塑套帽密封，然后再用水泥砂浆表面抹平，其保温效果会更好，有效降低热桥产生。

　　3)由于产生线式热桥的部位主要是H型钢梁与ALC墙接缝处，因此，图纸设计可将外侧真空绝热板和S50板竖向加长，在此位置形成“Z”形接缝，避免形成通透接缝，对热桥阻断的效果更好。