建筑節(jié)能是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程,它涉及到法規(guī)的實(shí)施、建筑的設(shè)計(jì)、材料的選用、節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造、加工與安裝甚至用戶的行為習(xí)慣。只有在每一個(gè)環(huán)節(jié)都保證了正確的方案和嚴(yán)格的實(shí)施,建筑節(jié)能才是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的東西,而不是流于形式。
鋼框架玻璃幕墻是玻璃幕墻系統(tǒng)里的一個(gè)特別領(lǐng)域,它適用于大跨度、大空間的建筑立面及采光頂。由于鋼材有比鋁合金更低的導(dǎo)熱性能,可以通過型材的選用和節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)通透美觀又節(jié)能環(huán)保的建筑外立面。此外,鋼框架優(yōu)良的耐火性能使節(jié)能的幕墻同時(shí)能安全防火,從而達(dá)到了功能與形式完美的統(tǒng)一。
一前言
建筑的節(jié)能在人類建筑史上還是一個(gè)相當(dāng)新穎的課題，有意識(shí)地展開建筑物的節(jié)能工作,歐洲起始于70年代，中國起始于80年代。由于人類察覺到地球上可供采用和利用的資源越來越不足以保證人類可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能建筑也就應(yīng)運(yùn)而生。并且隨著時(shí)代的發(fā)展這類建筑被冠以更加動(dòng)聽的名稱,如“綠色建筑”，“低碳建筑”，“零能耗建筑”等等。這也催生出與節(jié)能建筑相關(guān)的一個(gè)個(gè)巨大產(chǎn)業(yè)鏈,如節(jié)能的門窗，幕墻等。
建筑節(jié)能是一個(gè)綜合性非常強(qiáng)的系統(tǒng)工程。它涉及到政府的法令法規(guī)，建筑的規(guī)劃和設(shè)計(jì),材料的選用，節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造，加工與安裝甚至用戶的行為習(xí)慣等。只有在每一個(gè)環(huán)節(jié)上都保證了正確的方案和嚴(yán)格的實(shí)施，建筑節(jié)能才不只是一些亮麗的概念和賣點(diǎn)，而是經(jīng)得住實(shí)施考驗(yàn)的真正的節(jié)能建筑。
二、節(jié)能的幕墻需要成熟的系統(tǒng)
玻璃幕墻在建筑上的應(yīng)用越來越廣泛。作為承擔(dān)了建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)同時(shí)又往往展示建筑形象的構(gòu)件，玻璃幕墻如何節(jié)能常常成為關(guān)注的焦點(diǎn)。從技術(shù)上講，玻璃幕墻的節(jié)能也是一個(gè)系統(tǒng)工程。除了正確選用好的在幕墻中所占面積最大的玻璃外,還需要有合適得職稱框架系統(tǒng)、緊固件、密封條、粘結(jié)劑及預(yù)埋件等，這些彼此相關(guān)的構(gòu)件組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。它們經(jīng)過嚴(yán)格的檢測，并能在工程申反復(fù)使用,如德國的旭格（Schuco）瑞士的嚴(yán)實(shí)(Jansen)幕墻系統(tǒng)。一個(gè)系統(tǒng)的誕生，后面往往需要一支強(qiáng)有力的研發(fā)隊(duì)伍，經(jīng)過長期的研發(fā)，反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和檢測以及大量的工程應(yīng)用實(shí)踐，這樣它才能成為一個(gè)成熟的系統(tǒng)，這對于保溫節(jié)能的幕墻來講，尤為重要。
中國在幕墻的生產(chǎn)和應(yīng)用在數(shù)量方面已走在了世界的前列。而在實(shí)際工程當(dāng)中,盡管也出現(xiàn)不少優(yōu)秀的作品,但迄今為止卻還沒有誕生出可以在國內(nèi)或國際上可以普遍采用的幕墻系統(tǒng)。常見的做法是,針對具體項(xiàng)目,我們的設(shè)計(jì)師和幕墻公司以“量身定作”的方式創(chuàng)造出一些幕墻節(jié)點(diǎn),它們可能會(huì)很有特色，但曲于工期造價(jià)等多方原因,這些節(jié)點(diǎn)難以與經(jīng)過長期研發(fā)和試驗(yàn)出來的系統(tǒng)產(chǎn)品在性能上,在綜合指標(biāo)上相匹比。它們要不被人簡單復(fù)制,要不難以普及推廣,這就成為了幕墻節(jié)能發(fā)展道路上的一道瓶頸。如前所述,幕墻節(jié)能是一個(gè)綜合性的話題,其中的制約因素很多,但能否擁有稱之為“系統(tǒng)”的產(chǎn)品是我們面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。在這方面,歐洲已有不少成熟的經(jīng)驗(yàn)值得學(xué)習(xí)和借鑒。
三.鋼框架玻璃幕墻的節(jié)能與構(gòu)造
通常,一個(gè)能被稱之為節(jié)能或低碳的建筑需要具備以下特征:在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制作過程中消耗較少的資源；具有良好的性能,如強(qiáng)度、保溫、防水和密封性；對環(huán)境沒有污染和損害；使用的壽命長；可以回收并循環(huán)利用。
1.現(xiàn)狀情況
我們所見到的玻璃幕墻大部分是鋁合金為支撐構(gòu)件的幕墻,鋼框架的使用似乎并不多見。其實(shí),在幕墻項(xiàng)目里,鋼框架的使用在國際上其實(shí)由來己久,在國內(nèi)也是一樣。比如在大型的展會(huì)、車站、機(jī)場等公共建筑中。但這類建筑中多半采用工字鋼,T型鋼或U型鋼,它們與鋼結(jié)構(gòu)一起形成一個(gè)力學(xué)支撐體系。這類鋼基本上是熱成型鋼,或者稱之為“粗鋼” ,它的成型機(jī)制決定了其外觀造型粗獷有余,而精細(xì)不夠，與常見的鋁合金型材相比精細(xì)度上相差甚遠(yuǎn)。
而今在歐洲所普遍采用的鋼型材是由薄壁型鋼卷材,經(jīng)過冷彎和冷拔成型,并通過高頻對焊而形成強(qiáng)度和精度都極高的無縫鋼管,其外形多種多樣,和鋁合金型材一樣精致美觀。它的型材結(jié)構(gòu)可采用焊接方式(這與國內(nèi)常見的彩板開口型材或折彎鋼板完全不一樣),并有與之配套的一系列五金及密封配件,包括玻璃壓板和裝飾蓋板等,這樣構(gòu)成一套完整的幕墻系統(tǒng)。它們并經(jīng)過了歐洲最為嚴(yán)格的測試,保溫節(jié)能達(dá)到了很高的水平,其U值可達(dá)1,OW/㎡· K以下。它通透美觀,性能優(yōu)異,不光保溫節(jié)能,還有很高的安全性能,經(jīng)常應(yīng)用在大樓的裙樓外幕墻,門廳入口或是跨樓層的中庭空間等醒目部位(如下圖所示)。
2．鋼框架的優(yōu)勢
作為玻璃幕墻的一個(gè)特殊類別,鋼框架與我們常見的鋁合金比較,具有如下優(yōu)勢:
1)鋼材的強(qiáng)度(即彈性模量)是鋁合金的三倍,可以用更細(xì)的型材承受更大的玻璃重量,玻璃尺度更大氣,建筑立面更通透,尤其是在玻璃橫向尺度大的時(shí)候,橫梁尺寸更小。在一定空間跨度內(nèi),還可省掉一些幕墻的結(jié)構(gòu)件。
2)鋼材的熱膨脹系數(shù)僅為鋁合金的58%,在鋼型材與墻體的連結(jié)部位對變形要求更低,密封性能更容易保證。
3)鋼的熱傳導(dǎo)率僅為鋁的32%,從材料本身來講,鋼框具有更低的∪值(即K值),亦即更好的保溫性能。
3.K值與∪值的區(qū)別
用來衡量幕墻保溫性能的物理參數(shù)國內(nèi)采用的是K值(傳熱系數(shù)),而歐洲采用的卻是U值(也叫傳熱系數(shù)),單位都是W/㎡· K。在工程當(dāng)中我們發(fā)現(xiàn)K值和U值的應(yīng)用同時(shí)存在,而少有人明了二者的區(qū)別。其實(shí),U值是在K值基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,或者說是歐洲保溫節(jié)能規(guī)定嚴(yán)格化給傳熱系數(shù)的計(jì)算帶來的變化。在幕墻里,我們采用的K值是玻璃的K值與型材的K值與它們所占面積相計(jì)算的結(jié)果,沒有考慮到(中空)玻璃周邊的玻璃間隔條或分子篩的導(dǎo)熱性能,而這里恰恰是玻璃保溫性能中最薄弱的一部分。一般玻璃表面結(jié)露也是從邊緣部位開始的。而U值的計(jì)算公式里,則將玻璃間隔條的傳熱系數(shù)及其長度考慮到其中,這樣的傳熱系數(shù)更加準(zhǔn)確,也更能準(zhǔn)確反映材料的節(jié)能性能,其計(jì)算公式舉例如下：
U值的計(jì)算歐洲一般有四種計(jì)算方法：一是采用電腦軟件根據(jù)歐標(biāo)EN 10077-2進(jìn)行計(jì)算。二是對制作好的構(gòu)件,在檢測中心進(jìn)行檢測。二是根據(jù)歐標(biāo)ENISO12567-1在檢測中心對構(gòu)件作“熱箱測量。四是從已有材料U值表格中查詢，用于粗略估算只用。
4.鋼框架玻璃幕墻的構(gòu)造與特點(diǎn)
幕墻如何節(jié)能,參與的因素很多,除了正確選用好的中空玻璃以外(譬如采用LOW-E中空玻璃，加惰性氣體，選用暖邊間隔條甚至雙中空玻璃等）。支撐玻璃和整個(gè)幕墻的框架系統(tǒng)往往是難度最大的，構(gòu)造最復(fù)雜，造型也是最豐富的一個(gè)構(gòu)件。
在歐洲的剛框架系統(tǒng)里，瑞士嚴(yán)實(shí)公司的VISS高級段熱幕墻系統(tǒng)在已有數(shù)十年的歷史，應(yīng)用于大量重要的公共建筑，尤其是在保溫節(jié)能及安全領(lǐng)域享受極高的聲譽(yù)。它在設(shè)計(jì)和制作中有如下一些特點(diǎn)：
1）型材斷面小。外型簡潔，周長小，散熱面積相對較鋁合金小，在相同荷載下，剛型材的結(jié)構(gòu)斷面更小更細(xì)（如下圖所示）
2）斷熱性好。除了剛型材的熱傳導(dǎo)比鋁合金更低以外，特別的高強(qiáng)度尼龍絕緣釘連接了玻璃壓板與支撐型材，現(xiàn)實(shí)了里外材料的完全斷熱，具有平穩(wěn)的等溫曲線，節(jié)點(diǎn)的U值最低可達(dá)0.66㎡·K。
3）密封性強(qiáng)。幕墻節(jié)點(diǎn)內(nèi)部采用雙道密封排水條，利用等壓腔原理，在解決節(jié)點(diǎn)空腔排水的同時(shí)又利用了空腔起到保溫隔熱的功能（如下圖所示）。
4）安裝便捷。VISS幕墻的內(nèi)部構(gòu)造簡潔、功能分明、設(shè)計(jì)合理。這樣使五金配件的安裝非常方便迅速。普通工人經(jīng)過很短的時(shí)間的培訓(xùn)就能實(shí)際操作。最大限度地保證了安裝的準(zhǔn)確性，而安裝是否到位，恰恰是節(jié)能的構(gòu)件是否能執(zhí)行其功能的基本保證（如下圖所示）。
5）使用壽命長。剛型材本身就有很強(qiáng)的耐用性，正如我們今天所見到的橋梁、輪船一樣。VISS幕墻的剛型材由里外鍍鋅鋼板制成型，其五金配件也都采用歐洲先進(jìn)優(yōu)質(zhì)原料和先進(jìn)工藝制造而成，極為耐用，而且剛材很容易回收利用，節(jié)約資源。
四、節(jié)能的幕墻也能防火、防彈和防盜
建筑節(jié)能和建筑的安全往往是同時(shí)需要的，尤其是在公共建筑當(dāng)中。譬如在有防火的地方，就需要設(shè)防火幕墻或門窗，并按消防的要求，提出相應(yīng)等級的防火檢測報(bào)告和產(chǎn)品。通常，保溫節(jié)能的幕墻難以同時(shí)達(dá)到防火要求(以鋁合金為框架的幕墻，不具備防火功能)，而一般的防火幕墻又難以同時(shí)滿足節(jié)能的構(gòu)造要求。
VISS鋼框架幕墻系統(tǒng)在保持其基本構(gòu)造，即保溫性能不受改變的情況下，巧妙地將其中的普通五金配件(如密封膠條、絕緣釘、玻璃壓板及支撐塊等)用耐火的構(gòu)件制成,再配以中空防火玻璃,在不改變幕墻任何外觀的情況下,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能與防火的完美統(tǒng)—。在滿足90分鐘防火功能的同時(shí),還能提供2.OW/㎡· K的∪值及42分貝的隔音值。
同樣的道理,僅對五金配件進(jìn)行局部地調(diào)整,配以相應(yīng)的玻璃,就能將ⅥSS幕墻做成有防盜和防彈的功能，并保持外立面的通透和美觀。在建筑立面當(dāng)中，往往不同的位置有不同的功能，采用VISS鋼框架幕墻可以實(shí)現(xiàn)將不同的功能的材料組合在一起，并保持統(tǒng)一的外觀和完整的性能，這樣使節(jié)能的幕墻也能滿足多功能的使用要求(如下圖的蘇州東山國賓館保溫及防彈玻璃幕墻系統(tǒng))。
五、結(jié)束語
建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天9不光需要滿足最基本的數(shù)量要求,還要滿足高性能和高質(zhì)量的要求。采用系統(tǒng)解決方案是幕墻門窗保溫節(jié)能及可持續(xù)發(fā)展的一條有利途徑。鋁合金和鋼框架兩種框架系統(tǒng)在幕墻領(lǐng)域承擔(dān)著不同職能和分工,相互補(bǔ)充、相互依賴。合理地選擇好材料的采用可以達(dá)到資源的節(jié)約和優(yōu)化,從而為實(shí)現(xiàn)低碳的社會(huì)盡到一份責(zé)任。
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