光伏太阳能板装配式建筑外墙项目分析

随着现代社会的飞速发展，城市构筑物正朝着装配化与工厂化的方向发展，工厂化预制的优越性在于既不受天气影响，也不受土建和设备安装条件的限制以及节能减排等诸多优势，在现场施工场地完成“三通一平”后即可直接进行预制构件的运输与吊装，可极大简短工期与减少人工费用。当前涉及节能保温外墙的装配式技术产生了突飞猛进地发展。由于传统的施工工艺现阶段存在多种缺陷与弊端：现场施工安装过程中，工艺落后，建筑工人整体专业水平低下，技术与素质缺陷严重，专业的技术整合能力严重欠缺，管理人员与管理流程、程序混乱等，以上内容均已成为严重限制现阶段建筑业发展的枷锁。在此阶段，各级政府也在全力推行绿色节能建筑、装配式建筑等产业的发展，住宅产业化作为一种新兴的生产、施工建筑方式，在各地区均受到更加广泛的支持与关注。如图1所示，通过预制构件生产厂家在车间进行自动化生产，产出高精度、高标准的预制构件，其质量优质的同时可极大提高生产效率，保证施工安全，缩短工期，对进一步提高装配式建筑与新旧动能转换，提高建筑技术水平有极大地促进作用与意义。在当前时期，建筑物内部的非承重墙体常用的适宜材料为砼制结构，其他结构类型，如：砖混、钢混等结构类型，其施工安装工期相对较长，其对于施工安装的技术要求相对较高，建筑工人的使用成本高，性价比低，最重要的是其结构类型所最终形成的体系保温性能差，气密性不好。

通过施工安装后的检验与测量，发现内外墙体的保温性能与结构整体性存在极值，即使用过程中易出现墙体开裂、墙皮脱落等事宜，与此同时，对出现的冲击荷载，节点连接位置的塑性铰产生过程时间极短，对后期施工修复过程成本过高且操作困难。高峰等探究了非空调房间带通风流道的光伏外墙散热性能，对非空调房间带通风流道的光伏墙和非空调房间普通墙进行实验对比研究；周宏敞等针对严寒地区在建筑南向外墙采用密闭的光伏板－空腔－墙体的方式（CIGS光伏墙体），从基本原理出发利用CFD技术进行分析；景琬淇等以新疆北部地区为例，从建筑单元的模块化设计、模块的组合逻辑与适用性设计、模块的装配建造与细部设计、建筑单元的绿色节能设计4方面，进行”模块化装配式光伏建筑单元”系统性设计方案的探索。技术难点与原理现存墙体结构以及太阳能光伏集热器的安装方式不能很好地进行结合，从而造成现有的墙体无法满足太阳能便捷安装的需要；另外，在现存墙体与太阳能进行安装后通常会因太阳能热水器受到较大风力时产生晃动、存在安全隐患。显然，现有的传统太阳能光伏集热器与外墙无法有效地满足人们的需求，而发展一种使用广泛、绿色环保、节能省工、设计先进合理的太阳能光伏集热器一体化装配式外墙将成为一种趋势。装配式建筑的所用构件由于在自动化工程车间生产，其拥有更完善的抗冲击性，与此同时，在现场施工安装期间使得工人更易操作，从而可得到更为广泛地推广。由于当前阶段的现浇钢筋混凝土做法在传统操作过程中存在过多的缺陷，预制装配式建筑的外墙结构在更大范围限度内可更加简易地操作，即将原始的建筑体系拆成多个预制构件，运输至现场进行安装施工。因此，在建筑物尤其是家用居民楼这样的中高层建筑物如何与进行太阳能热水器等部件的便捷施工安装以及整个墙体如何施工来解决上述问题已成为目前需要解决的技术难题。

解决途径

太阳能光伏一体化装配式外墙涉及到装配式建筑与建筑节能领域，在内叶墙的外侧设有外叶墙，在外叶墙的外侧的腔体内设有太阳能光伏集热器，集热器的外侧壁与外叶墙外侧壁平齐，在集热器的后侧通过前期的深化设计进行管线的预留，其线路通过外、内叶墙延伸至其内侧范围内。通过在其外、内叶墙之间安装多个拉结件进行限制位置，再通过设置调节紧固件进行内叶墙与集热器的调节。在太阳能光伏集热器一体化装配式外墙的研究与应用中，本项目的技术难点主要是太阳能光伏集热器与装配式外墙两种构件的有机结合，使其组合成为适用性强，结构稳固、安全适用，外型美观的一体化构件。同时，对一体化装配式外墙的结构设计是项目工程保证安全稳固的重中之重。对其结构设计方案进行深化设计也十分重要，使得构件最终拆分简单易行。通过深化研究从而探索出一种适用于太阳能光伏集热器一体化装配式外墙的装配整体式结构体系。

关键技术分析

此项研究与应用将有效地解决墙体结构和太阳能热水器安装方式的结合，同时避免太阳能热水器受到较大风力时产生晃动、存在安全隐患等问题。做好太阳能光伏集热器一体化装配式外墙的建筑及结构设计，严格依照标准及图集，确保参数输入准确，保证配筋率及混凝土标号，进行合理拆分及严格深化设计，对相同构件部位统一生产，不同部位加以区分，提高标准化程度。集热器一体化装配式外墙，施工快捷，整体结构简单，生产方法标准化程度较高，将太阳能安装技术与装配式建筑一体化结合，提高后期现场施工安装效率，太阳能光伏集热器进行合理优化布置。通过系统分析确定集热器在外墙的安装位置与结合方式，提高构件标准化水平，保证构件质量、尺寸及预埋件位置。整体结构简单，生产方法标准化程度较高，将太阳能安装技术与装配式建筑一体化结合，提高后期现场施工安装效率，平整度好，便于维护，增大了太阳能的采光面积，更有效地满足了人们的需求。同时避免太阳能热水器受到较大风力时产生晃动、存在安全隐患等问题。对比外墙构件，太阳能光伏集热器一体化装配式外墙预制构件的现场湿作业少，施工速度快，对周围环境影响小。显著提升安装速度和项目进度。在构件生产过程中，其模具尺寸及特性更加标准化，构件质量和工艺可以更好控制，模具重复利用率高，综合成本更低。对模具内表面进行喷砂处理，提高模具内表面平整度及光洁度，保证一体化装配式外墙预制构件表面平整与装饰纹理，进一步提高产品外观感受。构件质量和工艺通过机械化可以得到更好的控制。

体系的深化设计

在进行深化设计过程中，通过AutodeskRevitArchitecture软件进行建筑信息模型BIM的构建，在预制构件的设计流程前期即可进行最新颖的概念和外观构思，并在整个构件的生产、安装过程中完美传达设计理念。通过软件进行可持续设计分析、模拟碰撞检测、施工建造预测等，对深化设计的图纸进行标准化、模块化拆分研究。此辅加太阳能光伏板的复合墙体系通过保温连接件和限位件进行内外叶墙和光伏板的连接固定。如图2所示，通过标号为C30的混凝土和预制的机制钢筋网片通过运料车浇筑混凝土生产成型，值得注意的是，在墙体内部设置暗框架—方钢管，其附加的太阳能光伏板预埋在其内部空间内，同时其系统也在其内部。墙体的温度保持系统通过高强玻璃纤维、EPS、XPS等保温材料组合而成，同时在其保温系统的两个边缘处粘贴防潮贴纸。墙体结构的附加太阳能光伏系统设置在外叶墙的最外侧的腔体内部，两个结构体系的外侧壁保持平齐，光伏系统通过两个内、外叶墙之间的连接限位拉结件进行固定连接，通过其限位支撑螺栓、螺丝、螺块、挡板、垫片进行调节等操作，通过调节支撑可变的螺杆可以控制光伏信号传输速度。随着设计过程的持续推进，利用软件内置工具系统进行概念澄清、生产施工准备模型、自动构建参数化框架，与此同时提高深化设计图纸的控制能力、精确性与灵活性。从概念模型到施工文档的整个设计流程都在一个直观环境中完成。

构件的生产

在预制构件的生产过程中，通过使用标准化的模台、立模等技术手段，进行产业化集成生产，值得注意的是，主要针对设计过程中预留、预埋的凹口、预埋件等精确位置进行定位，以满足预制构件的生产标准。如图3所示，立模两立面表面干净光滑，无砼渣；左右、下面旁板和窗内胆处无混凝土残留物；铁掌、外挂架洞口等预埋件处无混凝土，表面光滑。模具立面和下旁板打油均匀，无积油；手指摸模具表面无明显油渍，无黑；外挂架洞口预埋件处均匀打油，吊装洞口预埋件刷黄油，不能将黄油粘到其他地方。对模台清扫刷油完成后，立模拼缝处粘贴双面胶，双面胶要贴直并且要沿着旁板边贴，不能深入产品里面。将线耳拧在磁性固定件上后吸入铁掌凹槽；用吊机将钢筋笼调入立模内，并用钩子挂住钢筋笼上部；调整钢筋笼位置，并对照预埋件调整部分钢筋，避免预埋件挤压钢筋；将接地线按位置绑扎在钢筋上，接地线上下端要贴着模具内胆边。模具拼装后，检查模具实际尺寸，符合图纸尺寸。用手电筒照射立模内部，无透光现象，预埋件不挤压钢筋。立模箱体上面无油布等杂物，无混凝土。立模箱体四周无混凝土碎块、油布，地面无积油并打扫干净。用油缸将立模合拢，两边旁板紧密贴。用扳手锁两侧螺杆，螺丝需锁紧无松动。

质量管控和运输

在当今技术阶段，通常存在构件生产周期质量管理层面的不健全。所以若要完全改善此装配式建筑中的管控问题，需要协调好各个生产、施工节拍，针对每一阶段的整体调度十分重要。如图4所示，通过中央控制室与RFID系统、自动化生产线技术实现了企业上层计划管理和下层制造过程的集成，达到了物流和信息流统一。通过RFID对本系统的使用，基于动态跟踪系统，对养护系统的物流运行情况分析了时间参数，制定出了实际生产时间方案，能够实现优化车间的生产管理流程，提高车间的实际生产能力和企业的市场竞争力。

项目实施

太阳能光伏集热器一体化装配式外墙采用全预制结构形式，所有构件产业化、标准化生产，现场装配便捷易行，可以缩短工期，减少建筑垃圾及扬尘排放，降低工程成本。将太阳能安装技术与装配式建筑一体化结合，提高后期现场施工安装效率，此外墙无外凸部分，不仅美观度高而且因其平整度好便于维护时进行统一清理，同时增大了太阳能的采光面积，更有效地满足了人们的需求，解决了现有技术中存在的问题。①对太阳能光伏集热器一体化装配式外墙进行合理设计、集热器的位置设计布置、拆分，对相同部位统一生产，不同部位加以区分，提高标准化程度。②从生产前检查到生产完成过程对产品尺寸进行控制，检验集热器与外墙的结合处，控制集热器质量，提高外墙模具精确度。③运用精准的测量工具进行测量并设置预埋配件限位，确保后期安装精确性。④对模具内表面进行喷砂处理，提高模具内表面平整度及光洁度，进一步提高产品外观感受。⑤提供定量配比的修补料对产品进行修补及打磨。

结语

太阳能光伏装配式外墙无外凸部分，不仅美观度高而且因其平整度好便于维护时进行统一清理楼外墙体，同时增大了太阳能的采光面积，更有效地满足了人们的需求，解决了现有技术中存在的问题。现场干湿作业相结合，减少了建筑垃圾，加快了施工进度，降低了工程成本，耗费人力资源相对较少，施工更加方便，经济高效。

作者：杨培建 张春花 单位：山东萌山钢构工程有限公司