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                                          首頁 >> 論文評鑒 >>建筑論文 >> 于冰清:裝配式龍骨薄板外墻內保溫技術在豫中風土建筑改造中的應用探討
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                                          于冰清:裝配式龍骨薄板外墻內保溫技術在豫中風土建筑改造中的應用探討

                                          方頂村傳統村落位于鄭州市上街區南部,距省會鄭州約38 km,隸屬于上街區峽窩鎮,位于豫東平原與豫西淺山區的過渡地帶,是進入豫西山地的重要門戶。該村處于五云山山腳下,屬大陸性季風氣候;所在位置地勢較平坦,以逐級而上的臺地為主,臺地位于汜水河與其支流疙顫河交匯的一塊三角臺地邊上,聚落多沿臺地邊緣的沖溝和崖底分布。

                                          方頂村建于明洪武年(1372年),是目前鄭州市內發現的面積、規模最大,保持較為完整的一處明清民居建筑群,是中原淺山地區民居建筑風格的典型代表,直觀展示了河南地區明清以來村落的格局、街道、風貌、民居類型和民風民俗等,具有豐富的歷史、科學、社會研究價值,2015年被確定為河南省省級歷史文化名村。

                                          1  傳統墻體結構現狀分析

                                          方頂村風土建筑按墻體構造可分為4種類型:(1)土坯、夯土墻體;(2)青磚墻體;(3)“金包銀”墻體;(4)紅石墻體。

                                          風土建筑最常采用的構造方式是土坯、夯土墻體。內飾面均采用麥秸泥+石灰膏,土坯、夯土墻體外飾面采用麥秸泥,金包銀、青磚、紅石墻體外飾面露明(圖1)。

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                                          圖1  墻體形式

                                          (a)下石上土坯;(b)下石上夯土;(c)金包銀;(d)青磚;(e)紅石

                                          2   方頂村風土建筑墻體現存問題

                                          2.1  保溫性能較差

                                          方頂村最常采用的厚度標準為440 mm,經熱工計算,得出土坯、夯土墻體,金包銀墻體,青磚墻體,紅石墻體4種墻體的總傳熱系數,分別為1.724 W/(m2·K), 1.45 W/(m2·K), 1.37 W/(m2·K), 2.857 W/(m2·K)。

                                          計算結果表明,相同厚度的4種類型墻體傳熱系數差距較大,且均遠高于GB/T 50824—2013《農村居住建筑節能設計標準》中寒冷地區外墻傳熱系數0.6 W/(m2·K)的要求。其中紅石墻體傳熱系數達2.857 W/(m2·K),基本沒有保溫隔熱效果;其次是土坯或夯土墻體、金包銀墻體,性能最好的是青磚墻體,可見傳統墻體傳熱系數過高是導致室內熱舒適度差的關鍵,需加以改良以適應氣候環境變化。

                                          2.2  室內可利用面積小

                                          傳統墻體材料強度低、自重大、傳熱系數較大,需增加厚度承重并維持其保溫性能,方頂村風土建筑400~500 mm厚的墻體占比63.2%,普遍存在墻體厚、室內可利用面積較小的弊端;且傳統墻體材料耐候性能較差,導致墻體質量和壽命均受影響。

                                          3   傳統匠作營造的遺產價值評估及方頂村墻體改良技術策略

                                          3.1  藝術美學價值

                                          傳統營造以結構為裝飾,方頂村風土建筑墻體紅石、土坯、青磚等材料露明,呈現出質樸、韻律的材料美感與充滿地域特征的建筑色彩和質感,反映了傳統營造的核心美學價值觀。

                                          為此,傳統墻體體現的地域性的色彩價值與美學價值需要重點保護,而現代外保溫系統的介入會破壞傳統營造的核心美學價值和地域性特征;夾心保溫、自保溫系統適合于重建風土建筑,不適宜風土建筑的修復改造;而外墻內保溫系統更適宜小空間體量的風土建筑,可在不破壞核心價值的基礎上進行改良。

                                          3.2  歷史價值

                                          風土建筑是承載著歷史底蘊和多樣的、有形的、無形的文化遺產的物質載體,方頂村風土建筑直觀地展示了明清以來風土聚落的格局、街道、風貌、民居類型和民風民俗或是重要歷史事件或特定生活形態的見證,或是某個時期藝術風格、技術特征的代表,亦或是作為某種情感、理念、信仰等觀念形態的物質載體和文化符號,具有重要的保存意義。

                                          為此,外墻內保溫技術應盡可能“原真性”“完整性”地保留歷史人文底蘊豐富的物質載體,不破壞傳統營造蘊含著傳統技術的生態性和人文理念的呈現方式,保留這一時期的歷史、人文價值。另一方面,新技術應具有“可識別性”,防止與歷史信息相粘連,模糊歷史印跡,同時具有“可協調性”,與傳統風貌相互融合與共生,應做到“整體協調、細查可辨”,促進歷史與現代的良性交織。

                                          3.3  科學價值

                                          傳統營造在適應不同地理、氣候環境和人文條件下所形成的因地制宜、就地取材的科學營造理念,以抵御自然環境的侵害。

                                          方頂村風土建筑大多建造于明清時期,這一時期木材減少、制磚技術得到發展,出現“磚包邊”加固、磚封檐以承托木梁重量的營造做法,以及為抵御寒冷不斷增加墻體厚度的做法,墻體在承擔自重的同時還要承托屋頂重量,承重體系由以往的木結構承重、墻體僅作為圍護結構轉化為以磚墻承重、混合承重為主的結構方式。

                                          方頂村傳統墻體多采用當地紅石營造基座,將墻體立于基座之上,下堿采用紅石或青磚,耐久性、延性較好,能有效防止地下潮氣上竄使墻體堿化,同時提升墻體的穩定性和抗震性能,體現著科學實用主義的營造理念。

                                          為此,外墻內保溫技術應保留這一時期的營造特征,同時延承傳統科學營造理念進行批判和轉化,對承重結構、墻體保溫防潮、面層耐候性等性能進行優化提升,使傳統生態的營造觀念和匠意能被改造、使用并傳承,滿足居住安全舒適性能以提升空間使用率,促進風土建筑空間使用的“全壽命期間可持續性能”。

                                          4  傳統匠作營造的當代價值評估及墻體改良技術策略

                                          4.1   情感價值

                                          風土建筑承載著原住民豐富多樣的生活形態和文化形態,蘊含著主人昔日的生活場景,生動詮釋了鮮活的傳統文化生活,是延續傳統村落生機和活力的物質載體,寄托著原住民深厚的情感。

                                          為此,外墻內保溫技術應最大程度地保留居住者所熟悉的物質載體,在不破壞居住者對熟悉的居住空間的可信任性和情感依賴的前提下,營造出安全、舒適的空間環境,增加居住者對空間的安全感、認同感、歸屬感,延續空間使用的情感和“記憶”價值,給公眾呈現鮮活、生動、真實的“記憶”。

                                          在借助技術手段解決風土建筑內向實用性問題的同時,通過“記憶文化”對社會發展施加外向策略性影響。

                                          4.2   使用價值

                                          量大面廣的風土建筑承載著豐富的傳統文化,需轉化為適應當今居住生活和使用需求的建筑,保護和利用風土建筑這一物質載體,延續其核心價值,而居住舒適度直觀反映著居住者的生理和心理感受,直接影響居住者對空間的使用需求和使用頻率,關乎風土建筑的可持續利用。

                                          為此,外墻內保溫技術需在使用價值和遺產價值取得平衡的基礎上進行現代轉化與提升,提升圍護結構熱工性能,提高風土建筑熱環境舒適度,在滿足這些內向實用性問題的同時,保證其所承載的社會生活的可持續性,最終達到大量風土建筑的可持續保護與延續,促進傳統村落的更新與發展,為產業資源的發揮打下基礎。

                                          4.3  經濟價值

                                          方頂村風土建筑采用原始的木、磚、石等材料,因地制宜、就地取材,具有地域性特色,但也存在建造材料保溫防潮及耐候性較差的問題,導致風土建筑居住舒適性不佳,需消耗大量能源的來維持室內的舒適溫度,造成經濟損失;另一方面,傳統營造工藝造價和施工要求較高,施工的成本也較高。外墻內保溫技術的介入可提升風土建筑性能,減少采暖納涼的能源消耗,并且施工難度與成本都相對較低,具有一定的經濟效益。

                                          5  方頂村風土建筑墻體適宜性改良技術探研

                                          5.1  裝配式龍骨保溫系統的應用

                                          5.1.1  保溫板材使用問題

                                          塊狀保溫板保溫性能優異,穩定性和阻燃性較好,是最為普及的保溫方式,但對基層墻體的平整度、施工質量要求較高,對風土建筑中土坯、夯土、紅石等平整度較差的傳統墻體適用性不強,保溫板與基材的粘接力較差,風土建筑門窗洞口、檐口、墻體與地面的交接處不易于處理,易出現冷熱橋;且保溫板之間接縫較多,受到沖擊易位移、破損,影響美觀且不易修整;將保溫板采用錨固件固定于墻體,墻體要承受保溫板重量,對墻體強度較差的土坯、夯土等墻體并不適用。

                                          5.1.2  裝配式龍骨保溫系統改良方案

                                          為解決保溫板對于傳統墻體適應性不高的問題,可采用裝配式龍骨保溫系統。以保溫板為主材,系統由保溫層、C形龍骨、覆面板及飾面層組成,在墻面上安裝可調節高度的輕鋼龍骨及其支撐體系;龍骨間填充高效保溫板材,其上覆蓋固定于龍骨之上的薄型面板并作為保護層;薄板之間板縫全部采用彈性材料密封;板面可根據用戶需要做成各種檔次的涂料等飾面(圖2)。

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                                          圖2  墻體剖面

                                          保溫板分為吸水性和憎水性保溫材料,傳統墻體受潮會使水溶鹽含量升高,降低墻體基材強度,形成泛堿效應,且水會導致霉斑,加速墻體風化,因此選取憎水保溫板。

                                          保溫板傳熱系數在0.008~0.045 W/(m2·K)之間,保溫隔熱性能較好,目前應用較廣泛的是聚氨酯泡沫塑料板、XPS板,分別是0.024 W/(m2·K)和0.03 W/(m2·K);隨著近年STP材料在冰箱、制冷行業的普遍應用,其優異的熱工性能逐漸被應用于建筑領域,保溫效果優異,相當于常規保溫板的3~5倍。這3種保溫板材均可應用于風土建筑中,可根據具體情況選用更為適宜的保溫板材,既可滿足《農村居住建筑節能設計標準》中寒冷地區外墻傳熱系數低于0.65 W/(m2·K)的節能要求,又不會浪費室內使用面積。

                                          5.2  傳統墻體改良方案

                                          在傳統墻體構造層次不變的情況下,將內墻山尖做填充處理,以減少檐口處熱量、空氣的流通,提升保溫性和氣密性;并利用保溫性能、強度、結合度較好的保溫板材,采用龍骨固定,與傳統墻體結合達到良好的保溫效果;最后進行防護面板施工及飾面處理(圖3)。

                                          圖片

                                          圖3  改良墻體剖面

                                          施工步驟與流程為:

                                          (1)山尖處填充磚塊、氣密性混凝土等至與內墻面齊平,注意密實度、盡量不留縫隙;

                                          (2)基層墻體采用水泥砂漿找平;

                                          (3)彈線,測量內墻面尺寸、繪制排版圖后進行定點彈線;

                                          (4)根據彈線使用膨脹螺栓將經過防腐處理的龍骨固定在內墻面上;

                                          (5)用批刀將專用粘結砂漿或粘結石膏均勻滿刮在保溫板背面或墻面,用鋸齒形抹子從上至下均勻拉出鋸齒形狀,便于粘貼;

                                          (6)由下而上沿水平線粘貼保溫板,搭接壓邊位置用保溫漿料填實找平,將封邊完全壓入板縫中;

                                          (7)驗收后,豎向鋪設防潮紙面石膏板,長邊接縫落在豎向龍骨上,并用自攻螺釘固定;

                                          (8)涂料面層施工。

                                          5.3  傳統墻體與改良墻體性能與價值方面的對比分析

                                          5.3.1  裝配式龍骨外墻內保溫系統的性能優勢

                                          裝配式龍骨外墻內保溫系統采用錨固施工方式,通過 C形龍骨的方式使得保溫系統整體強度提升,增強了保溫板與基層墻材的粘接力和結合度,使保溫板能與平整度、強度等不高的傳統墻體相結合;也克服了保溫板接隙較多、膠粘劑質量不穩定造成的開裂、位移、脫落等隱患,防水安全性好,減少冷熱橋現象,避免對居住者生理和心理產生消極的影響;采用干法施工不受季節影響,操作方便;采用的龍骨及連接方式,可免去耗費較大、復雜且把握不大的基面處理工序;龍骨、支座加工方便,對墻體平均傳熱系數影響不大。

                                          裝配式龍骨外墻內保溫系統對墻面的適應性強,可用于方頂村4種類型墻體中,以保溫性能最差、平整度較差的紅石墻體為例,性能最佳的STP保溫板[(傳熱系數僅為0.008 W/(m2·K)]進行熱工計算。經計算,改良后紅石墻體總熱阻為2.747 (m2·K)/W,總傳熱系數為0.345 W/(m2·K),采用20 mm厚的STP保溫板就能滿足GB/T 50824—2013《農村居住建筑節能設計標準》中寒冷地區外墻傳熱系數低于0.65 W/(m2·K)的要求。與傳統墻體相比,提升了2.512 W/(m2·K);采用STP保溫板能在滿足保溫性能的同時,盡量不減少使用空間。

                                          采用30 mm厚聚氨酯泡沫塑料板時,紅石墻體總傳熱系數為0.607 W/(m2·K),采用40 mm厚XPS保溫板時其總傳熱系數為0.578W/(m2·K),均可滿足GB/T 50824—2013《農村居住建筑節能設計標準》中寒冷地區外墻傳熱系數低于0.65 W/(m2·K)的要求,證明3種材料均可用于風土建筑墻體改良。

                                          5.3.2  裝配式龍骨外墻內保溫系統的價值優勢

                                          采取裝配式龍骨外墻內保溫方式,在盡可能“真實”“完整”地呈現遺產價值的前提下進行了有限干預,同時與風土建筑傳統風貌相協調,保留了歷史價值和藝術審美價值呈現的物質載體;將傳統生態營造的科學價值觀中具有現代價值的部分吸收內化于改良技術中,通過現代保溫材料的適宜性應用滿足居住者對居住安全舒適性的問題;提供舒適的室內環境以增強居住者對居住空間的情感依賴,使風土建筑的使用價值得以提升;該改良技術應用雖會花費一定的費用,但長遠看可降低建筑能耗,具有一定的經濟效益。


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