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集大成:创新的四位一体外墙外保温系统

 

文章发布时间:2015/2/8 16:29:03

 

 

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  “集大成干挂式外墙防火保温装饰系统(下称集大成系统)实际上是HQL(轻钢轻混凝土)建造体系的一部分。当HQL建造体系有保温要求的时候,集大成系统相当于给它穿了一件安全、暖和、漂亮的衣服。同时,这套外墙外保温系统也适用于新建建筑和既有建筑的节能改造。”北京门窗发展有限公司常务副总经理沈执丹说这句话的时候,他办公室外的院子里,工人们正在给一套HQL建造体系样板房铺挂外墙保温系统。

  实际上,从研发者的角度,集大成系统拥有HQL体系绿色节能、产业化程度高和施工便捷这些一以贯之的产品理念和商业血统。“集大成系统正是考虑到施工、防火、保温和装饰等多方面的要求而形成的一个综合体系。”沈执丹说,“这或许是我们把这套系统称作集大成的主要原因吧。”

  不得不说的是,相较于HQL体系复杂的产业化进程来说,集大成系统从研发到推入市场,其过程要相对单纯得多。2012年1月,由中国建筑科学研究院所属的中国建筑技术集团牵头组织的“十二五”国家科技支撑计划《标准化绿色建筑研究与工程示范》课题正式立项,其中《绿色建筑外墙保温装饰一体化研究与示范工程》子课题由北京门窗发展有限公司承担。2013年5月,课题研究成果――集大成系统正式面世。2013年8月,集大成系统通过住建部科技创新成果项目评估。

  防火和保温不可得兼?

  沈执丹是参与集大成系统研发的主要负责人之一,在他看来,集大成系统的研发是政策和市场双驱动的结果。“这件事是从去年开始讨论的。研发这个系统的主要原因是住建部要颁布新的建筑防火规范。这个新规范将对新建高层建筑防火提出较高要求,据悉50米以上的建筑要求达到A级防火。另外,近几年发生了几起影响巨大的高层建筑火灾,大家把导致火灾发生的原因归罪到有机保温材料上。”沈执丹说。2009年元宵节,中央电视台新址附属文化中心发生重大火灾;2010年11月15日,上海胶州路高层住宅发生58人遇难的特大火灾;2011年2月3日凌晨,沈阳五星级酒店皇朝万鑫大厦发生火灾……业内和媒体解读这几起火灾事故的帮凶时,都将矛头指向了耐火等级较低的建筑外保温材料。

  如果简单地来解释上述事件的结论,那就是常用的有机物外墙保温材料不能很好地兼顾保温和防火两大功能。传统上,符合严格保温要求的材料多为有机材料,其耐火性能相对较低。若施工方法不当、构造不够合理,遇到火情,这些有机材料往往会成为“助燃”材料。为此,公安部和住建部联合发布了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》。这个被业内称为46号文的规定的核心内容,就是高层民用建筑保温材料的燃烧性能为A级,且不应低于B2级。但现实的情况是,当前市场上B2级以上的保温材料基本为有机材料,A级防火标准的无机材料可选空间并不大。而且,无机材料虽然防火性能强,但因应用体系少,给施工应用造成一定的困难。

  从2001年开始就从事建筑节能保温研究的沈执丹,深知传统外保温系统生产商们应对政策调整时所做的努力。“大家往往把无机材料想象成砖、瓦、灰石这类不容易燃烧的物质,认为把这类材料做成轻质的,里面带气泡的,保温性能就提高了。但即便确实提高了,这类材料的保温性能也没法与有机材料、传统岩棉相比,并且它们的体积更大,强度又很低。如果施工方的施工方法和构造不够完善,这类材料就极易脱落,从而引发安全事故。”沈执丹说。他认为,既然保温材料的选择是有限的,那就应该从结构和应用体系上着手来解决问题,这才是关键。

  2012年1月,由北京门窗发展有限公司承担的“十二五”国家科技支撑计划的子课题《绿色建筑外墙保温装饰一体化研究与示范工程》正式启动。这一子课题的研究目标和需要解决的问题是如何确保建筑外墙保温材料在严格满足防火安全等级的前提下,实现保温性能和装饰效果的全面提升,并最大限度地满足绿色建筑的节能降耗要求。经过1年多的研发,这一课题研究取得重大性突破。

  今年5月,课题研究成果――集大成系统正式面世。该系统的面世,有效化解了节能保温与防火安全这对看似不可调和的矛盾。这套系统的特色在于全部采用A级不燃材料;并通过结构创新实现其优秀的保温性能;与传统的外保温系统相比,克服了保温和防火不能同步达标的难题。

  四位一体外墙外保温系统

  今年8月,集大成系统通过了住建部的科技创新成果项目评估。评估委员会认为,该成果在建筑外墙外保温系统构造及施工工艺方面具有创新性,达到国内领先水平。在这段评估意见中,有两个关键词――系统构造和施工工艺。也就是说,集大成系统并非一个材料创新的产品,而是一个应用体系创新的成果。

  

集大成:创新的四位一体外墙外保温系统

  四位一体外墙外保温系统

  

集大成:创新的四位一体外墙外保温系统

  集大成干挂式外墙防火保温装饰系统

  集大成系统的保温材料采用岩棉,支撑结构为钢龙骨,装饰面是硅酸钙板,均为A级不燃材料。这套系统使用了特殊的断桥结构,有效解决了冷桥问题,在提升保温性能的同时,确保了系统的整体安全和可靠。这套体系中的可调节连接件设计,实现了保温层厚度的可调,能满足不同地区的节能保温要求,同时无需对基层墙体平整度进行预处理。

  “干挂式是一个重点。”沈执丹指出。他拿出一个集大成系统的剖面模型解释道:“目前外保温施工以湿法施工居多,干法施工虽有人研究,但研究得比较理想的不多。主要矛盾在一个地方,就是冷桥问题。凡是采用干法施工的,要么有龙骨作为支撑,要么有其他的一些要跟基础墙体发生关系的连接固定点或者固定装置。因为龙骨和这些连接构件都是金属件,导热快速,这样就形成了冷桥。冷桥会对整个保温系统的保温性能产生影响。为了规避冷桥问题,我们专门研究设计了一套具有特殊构造的装置。”

  沈执丹口中的“特殊构造”的重点在于这套系统中的断桥设计。“目前检测出来的断桥效果比较理想,对整体保温系统的影响约等于零,即损耗非常少。”沈执丹介绍。这一特殊的断桥结构有效地解决了施工中的冷桥问题,目前已经申请国家发明专利。

  从常识上来理解,干法施工在便捷性、安全性、对气候的依赖性、施工周期控制等方面,都远远优于湿法施工。可以想到的情形是,从生产线上出来的成型构件加上岩棉和装饰板,只需要根据施工说明文件,按图索骥地进行安装,几乎就是一整套的标准流程,质量控制也更加得心应手。以集大成系统的单元式系统安装过程为例,基本流程为进行测量放线,安装胀栓,安装连接件、龙骨,填充岩棉,粘贴密封条,安装装饰面层,补钉眼,勾板缝。整个过程没有任何湿作业,工艺简单,工期短。

  不得不提到的一点是,集大成系统的装饰功能也非常强大。北京门窗发展有限公司在山西的配套生产基地生产的具有不同装饰效果的装饰面板,让这一体系的应用满足了建筑师的个性化设计及用户的各种装饰效果需求。

  集大成的市场空间

  今年1月,北京推出《居住建筑节能设计标准》,在全国率先要求实现建筑节能75%的设计标准。这一地方标准从今年4月1日起强制执行。这也就意味着,新建建筑必须实现节能目标才能通过验收。这对于从设计之初就注重绿色节能的集大成系统来说,是一个利好消息。

  与此同时,沈执丹还透露,在住建部不久出台的新的建筑防火规范中,可能对外墙保温材料的防火级别提出更严格的要求,比如50米以上的高层建筑的外墙保温材料的防火级别必须达到A级。这一规范的出台,将对完全采用A级不燃材料的集大成系统带来积极的市场反馈。

  “在新的防火规范实施后,我觉得主要的影响因素不是价格。传统外保温系统在高层的施工难度大,并且完工后质量很难保证。50毫米厚的水泥砂浆或其他A级材料的板材挂在高层,不仅重而且不安全。想象一下,它如果掉下来,后果会多么可怕。所以说这方面存在很多隐患。”沈执丹如是说。

  集大成系统既适用于新建建筑,也适用于既有建筑的节能改造。尤其是对于既有建筑而言,这套四位一体的外墙保温系统在综合成本和施工难度上,相对其他的外保温系统,拥有较为明显的竞争优势。

  从工程项目方的角度来看,选择何种外墙保温系统,一般取决于两个因素,即政策和价格。毫无疑问,工程项目的建设必须符合国家或地方的政策规范,方可通过验收。在此前提下,价格越低越好。对比目前较常用的两类外墙保温系统,集大成系统的综合性价比很高。在满足北京地区75%节能目标的前提下,相较于EPS系统,集大成系统虽然综合造价略高,但其在工法实施上的难度要小得多,比如其就不存在厚抹灰问题。

  从防火角度来看,集大成系统也无需C类防火窗、防火隔离带等工程附加措施;与发泡水泥系统相比具有明显的成本优势,且工法更为简单可靠,外装饰效果更加多样化。除此之外,工期较短、受气候影响小,都让集大成系统的综合成本更具优势。

  集大成系统的绝大部分工作都在工厂完成。比如,龙骨、连接件、固定件等零部件是在工厂加工好的,岩棉要用的规格尺寸也是在工厂里完成的,装饰面板是按要求在配套工厂生产的。这样,该系统到现场就剩下相对较为简单的安装过程了。这是一个工业化程度很高的产品体系,和HQL体系的产业化思路一脉相承。

  目前,北京门窗发展有限公司已经建成了拥有11条生产线的集大成系统生产基地,年产能达到300万平方米。

  集大成者,金声而玉振。这是孟子夸赞孔子全面而深厚的音乐修为的一句古语。在沈执丹和所有的集大成系统的参与者心中,早日实现防火保温装饰节能一体化,就是他们追求的最美乐章。

  北京门窗发展有限公司是集大成干挂式防火保温装饰系统的主研单位。本公司成立于1958年,至今已有50余年的门窗、幕墙生产历史,积累了丰富的门窗和幕墙的生产、施工、安装经验,具备年产量50万平方米建筑节能门窗和幕墙的生产、安装能力。该公司主要产品包括节能保温木、塑、断桥铝合金、铝木复合等各类门窗和各类幕墙,是集研发、设计、制作、安装、服务于一体的现代化生产企业。50年来,该公司以技术开发,产品创新为生存理念,在门窗、幕墙的研发和引进中创造了多项全国第一。曾荣获“全国科学大会重大贡献奖”,该奖项是目前为止门窗、幕墙界的最高奖。近年又主持、参与研发了钢塑共挤门窗、“罗宝”外墙保温装饰系统等应用技术和产品。

  2010年,中国建筑科学研究院所属的中国建筑技术集团与北京门窗发展有限公司在北京通州共同建立了低碳建筑研发生产基地。近两年来,北京门窗发展有限公司在中技集团轻钢轻混凝土结构体系的基础上,研发了HQL部品装配式建造体系,进而开发研制了具有自主知识产权的集大成干挂式防火保温装饰系统。

  HQL体系

  HQL体系是一种由薄壁冷轧的轻钢构架和轻质混凝土现浇墙体所构成的结构体系。这套体系是由中国建筑科学研究院研发的一项国际首创、具有自主知识产权的专利技术。这套体系的独创性在于,它采用实心墙,不同于轻钢体系运用的是轻质保温材料,墙体是空的;它用的是现浇轻质混凝土,不同于传统钢筋混凝土体系运用的是强度较高的混凝土。

  2010年7月,中国建筑科学研究院和北京门窗发展有限公司达成合作意向。同年12月28日,中国建筑科学研究院直属企业中国建筑技术集团与北京门窗发展有限公司合作成立的低碳建筑生产基地正式落成。中国建筑技术集团负责该体系软件设计、产品实验、规范编制等,北京门窗发展有限公司负责体系核心产品的研发和生产。至此,一套以HQL体系为核心技术体系的完备科研产业化架构搭建完成。

  HQL建造体系采用了先进的墙体技术,主张大量采用当地材料,其墙体既不是由黏土砖或者水泥砌块构成,也不是由加气混凝土或者钢筋混凝土构成,而大部分是由当地的废弃物构成,比如工业废弃物,少量是由水泥和石膏构成。在没有废弃物的情况下,以当地土壤为主,不需要烧结。因此,它不仅可以有效降低成本,也体现出循环经济的发展模式。

  我国新型城镇化建设浪潮汹涌,城镇化已上升为国家经济发展的重要战略之一。据了解,目前有两类HQL建造体系产品可在中国城镇化建设中大有作为。一类是低层轻钢轻混凝土建筑,适用于新农村建设;一类是中高层轻钢加重钢加轻混凝土建筑,可用于保障房建设。

  HQL建造体系不仅在国内受到欢迎,而且在中东的阿富汗、沙特,非洲的坦桑尼亚、肯尼亚、尼日利亚,南美洲的巴西、委内瑞拉等住房需求量很大的发展中国家也很受欢迎。

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