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(guò)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(kāi)建筑物的節(jié)能工作,歐洲起始于70年代，中國(guó)起始于80年代。由于人類察覺(jué)到地球上可供采用和利用的資源越來(lái)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(tīng)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(mén)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(mài)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(lái)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(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)，并能在工程申反復(fù)使用,如德國(guó)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(guò)長(zhǎng)期的研發(fā)，反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)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(duì)于保溫節(jié)能的幕墻來(lái)講，尤為重要。
中國(guó)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(méi)有誕生出可以在國(guó)內(nèi)或國(guó)際上可以普遍采用的幕墻系統(tǒng)。常見(jiàn)的做法是,針對(duì)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(guò)長(zhǎng)期研發(fā)和試驗(yàn)出來(lái)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(jiǎn)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(guò)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(duì)環(huán)境沒(méi)有污染和損害；使用的壽命長(zhǎng)；可以回收并循環(huán)利用。
1.現(xiàn)狀情況
我們所見(jiàn)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(jiàn)。其實(shí),在幕墻項(xiàng)目里,鋼框架的使用在國(guó)際上其實(shí)由來(lái)己久,在國(guó)內(nèi)也是一樣。比如在大型的展會(huì)、車(chē)站、機(jī)場(chǎng)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(jiàn)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(guò)冷彎和冷拔成型,并通過(guò)高頻對(duì)焊而形成強(qiáng)度和精度都極高的無(wú)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(guó)內(nèi)常見(jiàn)的彩板開(kāi)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(guò)了歐洲最為嚴(yán)格的測(cè)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(mén)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(shì)
作為玻璃幕墻的一個(gè)特殊類別,鋼框架與我們常見(jiàn)的鋁合金比較,具有如下優(yōu)勢(shì):
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(duì)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(lái)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(lái)衡量幕墻保溫性能的物理參數(shù)國(guó)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(lái)的,或者說(shuō)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(lái)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(méi)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(kāi)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(zhǎng)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(duì)制作好的構(gòu)件,在檢測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)。二是根據(jù)歐標(biāo)ENISO12567-1在檢測(cè)中心對(duì)構(gòu)件作“熱箱測(cè)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(jí)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(jiǎn)潔，周長(zhǎng)小，散熱面積相對(duì)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(jiǎn)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(guò)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(zhǎng)。剛型材本身就有很強(qiáng)的耐用性，正如我們今天所見(jiàn)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(mén)窗，并按消防的要求，提出相應(yīng)等級(jí)的防火檢測(cè)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(duì)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(guó)賓館保溫及防彈玻璃幕墻系統(tǒng))。
五、結(jié)束語(yǔ)
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(mén)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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