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北仑色
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2018-11-19 11:36:16 | 分类:默认分类 | 标签:

       就建筑外围护结构的节能来讲,分为透明部分和非透明部分。建筑幕墙一般来讲,玻璃幕墙、外门窗、采光顶为透明部分幕墙。非透明幕墙是相对透明幕墙而言的,在《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)中对透明幕墙(transparent curtain wall)有明确的定义,既可见光可直接透射入室内的幕墙。也就是说,可见光不能透过的幕墙部分为非透明幕墙。对于非透明幕墙,如金属幕墙、石材幕墙、陶土板幕墙、瓷板幕墙等等,没有透明玻璃幕墙所要求的自然采光、视觉通透等功能要求,从节能的角度考虑,应该作为实墙对待。但是根据建筑幕墙的定义,建筑幕墙(curtain wall for building)是由面板与支承结构体系(支承装置与支承结构)组成的、可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙。也就是说,其构造的主体必须是由面层材料和支撑体系构成的,而支撑体系必须和建筑的主体结构有效连接。正因为如此,由于幕墙独立支撑结构的原因,在幕墙面层与内侧墙体之间会形成一个空气间层,这是非透明幕墙构造的最重要特点,也是不同于其他实墙的最大差别。

  因此,空气层在幕墙节能构造中的作用和空气层的热工性能应当给与重视和了解,这在实际工程设计时非常重要,优秀的设计可达到事半功倍的效果,否则适得其反,甚至构造失效,反而不如单一墙体的保温节能构造。所以可以说非透明幕墙的节能实际上是围绕着空气间层来进行设计的。

  1. 关于保温和隔热  讨论非透明幕墙的节能,实质上是寻求对其作为建筑外围护墙体的传热过程的控制程度。而传热的方向性又决定了墙体的构造形式,外界气候的状况决定了其发挥功能性作用的特点。所以,我们讲本质上是断热,但对传热方向的倾向决定了是保温为主的保温构造,还是防止热量侵入为主的隔热构造。

  所谓围护墙体的断热性,一方面虽然阻止了夏季室外热量的进入,同时也保证在冬季寒冷季节室内热量的存留。最初考虑为尽量在冬季减少室内热损失,采取保温措施为宜,夏季尽量减少日照和室外热空气进入室内,隔热则是最有效的方法。减少采暖和制冷设备的能量损失,保温和隔热是不可缺少的。也有一种观点:夏季住宅应以“开放”为主,冬季则以“封闭”为主。在我国的夏热冬冷地区、寒冷地区,部分严寒地区几乎都需要室内冬季采暖,夏季辅助制冷,或夏季制冷,冬季辅助采暖,既“封闭型”和“开放型”的概念,这也包含了过渡性季节,如春、秋季节的通风换气和散热过程,也属“开放型”的设计。

  归纳起来,断热性墙体的节能效率表现在三个方面:

  (1)大幅度减少冬季失热和夏季得热;

  (2)由于保持了在冬季室内一侧的较高温度,反之夏季时则保持了室内侧较低的温度,从而提高了室内温度的舒适性;

  (3)有效降低了冬季室内结露的可能性。在热容量较大的墙体外侧做保温隔热处理,可利用混凝土墙热容量较大的特点作为蓄热体。反之,当室内侧做保温隔热处理时,难以将墙体作为蓄热体利用,容易导致室内测温度变化和温度不均匀而结露。

   由此分析,所谓断热只是一个综合性描述的概念,实际上包含了保温和隔热两个不同的概念,区分的实质是热流的迁移方向。根据不同的气候环境条件设计时,无非面临保温、隔热、或两者兼顾的判断分析而已。

  目前国内的外墙保温主要有三种形式,即外墙外保温、外墙内保温和墙体自保温。其中外墙外保温为主要保温形式,保温材料主要为有机材料。内保温的构造形式与外保温基本相同,不同的是保护层多采用石膏类产品。外墙自保温系统指墙体自身采用保温材料或使用保温材料作为墙体结构一部分的复合墙体,主要有无机保温砌块墙体、夹心保温砌块墙体、木结构墙体、夹芯板墙体等。目前,幕墙保温大多采用外保温形式。

  所谓外保温,既在围护结构外侧设置保温层,不仅限于采用保温材料,而且通过施工形成保温构造。外保温所依据的主体结构有多种形式,钢筋混凝土结构、钢结构、木结构等等。

  做外保温时,需要将保温材料将主体结构的非透明部分全部包覆,并防止保温缺陷和冷桥的出现。同时,能够使主要保温构造材料的热膨胀和收缩达到最小限度,减轻疲劳。另外,外保温构造能够保证室内发生的水蒸气向室外大气中排放。一般情况下,室内的湿度大于室外,水蒸气通常有时内向室外移动。从节能的角度看,墙体采用混凝土类的热容量较大的墙体材料有利于夏季空调房间。但是外保温也有不利的方面,在屋外侧设置外保温时必须解决防火、防雨、防风压等带来的难题,还要考虑与主体结构连接的金属件的防腐和强度、幕墙面层材料的各项耐候性、甚至自然日光下的挥发有害气体的发生等诸多问题。

  幕墙的隔热体现在两个方面,首先是幕墙面层材料对辐射的阻挡,其次是利用幕墙面层后部空气层的烟囱效应排放热量。实际上此时的幕墙面层起到了一个“遮阳”作用,即使由于面层本身的材料热工特点将热量向空气层辐射,空气层由于温度升高气流上升,将热量释放,而不进入室内一侧。

  我国北方严寒、寒冷地区主要考虑建筑的冬季防寒保温,限制和防止建筑物内热量向室外流失,其建筑围护结构传热系数对建筑的采暖能耗影响很大。因此,在严寒、寒冷地区的非透明幕墙的设计应以保温为主,围护结构传热系数的限值要求较高。

  夏热冬冷地区既要满足冬季保温又要考虑夏季的隔热,不同于北方采暖建筑主要考虑单向的传热过程。既非透明幕墙的设计以综合断热为主,一方面要考虑夏季太阳及环境的二次辐射导致热量向室内迁移,同时也要考虑冬季室内热量的散失,具有保温、隔热的双重功能。根据资料,上海、南京、武汉、重庆、成都等地节能居住建筑试点工程的实际测试数据和DOE-2程序能耗分析的结果都表明,在这一地区当改变围护结构传热系数时,随着K值的减少,能耗指标的降低并非按线性规律变化,对于公共建筑(办公楼、商场、宾馆等)当屋面K值降为0.8W/(m2K),外墙平均K值降为1.1W/(m2K)时,再减小K值对降低建筑能耗已不明显。

  夏热冬暖地区主要考虑建筑的夏季隔热,太阳辐射对建筑能耗的影响很大。太阳辐射通过幕墙面层透过空气层和墙体进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因之一,同时还要考虑在自然通风条件下建筑热湿过程的双向传递,不能简单地采用降低墙体的传热系数,增加保温隔热材料厚度来达到节约能耗的目的,因此,这是一个兼顾隔热和防湿蒸汽的双重要求,在设计时要采取相应防潮层和湿蒸汽通道等措施加以实现。非同名部分围护结构传热系数的限值要求并不高。

  图1是各种墙体的保温构造示意图。

  a是混凝土素面墙体,具有夏季传热,冬季散热,结露等热容量的副作用;

  b是保温隔热墙体,具有夏季遮阳、冬季保温的作用;

  c是内保温构造,由于隔离了混凝土的热容量,所以具有不受其影响的特点;

  d是外保温构造,具有将冬季、夏季产生热量进行蓄热、蓄冷的作用;

e是一种“三明治”保温构造,属自保温体系,此种构造多用于严寒和寒冷地区很多地区被利用,在北欧等国家多被采用。这种构造对外界日照和温度变化所带来影响的反应非常缓慢,具有突出的保温隔热效果。  图f、g、h是非透明幕墙的围护结构构造,共同特点是具有空气间层的通气构造,即所谓通气层。其中f和h是有保温的幕墙构造。  f 具有排出湿气、防止结露的同时,还具备突出的遮阳的效果,但不能过高期待保温的效果,多用于热带和夏季日射较强的地区;  g有遮阳隔热效果,适合南方大部分地区;  h兼顾了f、g 的特点,具有保温和隔热的双重效果,尤其是保温特点突出。

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  以上分析看出,根据不同地区的气候条件,非透明幕墙的断热要求并不相同,见表1。单一或组合的功能要求形成不同的幕墙构造,形式主要表现在,幕墙面层的开放与否、空气层间距和水平方向的通气尺寸、防水透气膜防水隔汽膜的位置、保温层的厚度、防火的关系等等,而参数指标主要是传热系数、结露判定、墙体换气量等等。

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  另外,由于非透明幕墙结构中支撑体系与建筑主体结构的有效连接均由金属连接件组成,以及保温及防火层托板等部位的导热系数远大于其它部位的导热系数,形成热流密集通道,即为热桥。当冬季采暖期间热桥内外表面温差小,内表面温度容易低于室内空气露点温度,造成幕墙结构热桥部位内表面产生结露现象;而当夏季空调期间这些部位传热过大增加空调能耗。内表面结露,会造成幕墙结构内表面材料受潮,影响室内环境。因此,应采取保温措施,减少幕墙结构热桥部位的传热损失。

  2.关于空气间层  非透明幕墙中空气间层的存在是必然的,由此空气间层的热传递作用如何,决定了非透明幕墙的构造设计和有效性。在空气间层内,导热、对流、辐射三种传热方式并存,前面已经针对封闭式和开放式形成的空气间层的导热进行了分析,空气间层在封闭状态下,空其热阻根据空气层的厚度有所不同,规律是空间间层厚度越大,热阻值也越大,成正比关系。而开放式构造属于通风良好的空气间层,其热阻可不考虑,此时,空气间层的间层温度可取进气温度,与外界温度一致,其表面换热系数取12.0 W/(m2K)。  因此,空气间层的传热大体上可分为空气间层内部的对流换热;及间层两侧界面间的辐射换热。这种传热情况又因各种边界条件的不同有所差异。空气间层的厚度、热流的方向、空气间层的密闭程度、两侧的表面温度、两侧的表面状态。  空气间层的厚度影响着导热和对流,而与辐射无关。空气间层的厚度加大,则空气的对流增强,当厚度达到某种程度之后,对流增强与热阻增大的效果互相抵消。因此,当空气间层的厚度达1cm以上时,即便再增加厚度,其热阻或热导几乎不变。  一般情况下空气间层厚度由20mm到200mm之间,热阻变化很小。一般5mm以下的空气间层内,几乎不产生对流。因此,这时没有对流换热,而只有导热和辐射换热。  热流方向对对流影响很大。热流朝上时,它将产生所谓环形细胞状态的空气对流,其传热也最大。相反,当热流朝下时,原则上不产生对流,对房屋而言,由于边缘效应也许会产生少许对流。因此,在同一条件下,水平空气间层、热流朝下时,传热最小;垂直的空气间层则介于二者之间。  以上均是对密闭的空气间层而言的,实际上,在施工现场制作的空气间层,密闭程度各不相同。有些空气间层竟然存有缝隙,室内外空气直接侵入,传热量必然会增大。  关于两侧表面温度的影响,首先,空气温度越高,导热系数越大,但是对于房屋而言,空气温度的变化范围多在常温状态之下,所以,空气间层内部空气的温度差异可以略而不计。但是,当两表面温差较大时,会增强对流且使辐射换热量增大。

表面状态这个条件与导热无关;表面粗糙度对对流换热稍有影响,但在实用上也可略而不计。然而,材质的表面状态对辐射率的影响却颇大。当使用辐射率小而又光滑的铝箔等材料时,有效辐射常数将变小,辐射换热量也就减少。  可见,空气间层的传热甚为复杂。特别是在现场施工的空气间层,其密闭程度在数值上很难掌握。关于空气间层的热阻,过去人们曾一度认为它的效果非常好,所以,即使在现场施工的空气间层也采用了密闭条件下的有关数值。然而正象双层玻璃那样,除了在工厂预制成完全密闭者外,一般若是在现场施工,又没有使用箔之类的材料,那么,实效与预期效果间差异是很大的。  2.1  空气间层的对流  对流换热是指流体各微分子作相对位移而传递热量的方式。按促成流体产生对流的原因,可分为“自然对流”和“受迫对流”。  自然对流是由于流体冷热部分的密度不同而引起的流动。空气的自然对流当空气温度愈高其密度愈小,如0℃时的干空气密度为1.342㎏/m3 ,20℃时的干空气密度为1.205㎏/m3 。当环境中存在空气温度差时,低温、密度大的空气与高温、密度小的空气之间形成压力差,称为“热压”,空气产生自然对流。例如,当室内气温高于室外时,室外密度大的冷空气将从房间下部开口处流入室内,室内密度较小的热空气则从上部开口处排开,形成空气的自然对流。在非透明幕墙的空气间层,既通气层中也如此,这种作用在开放式构造中尤其明显。热压愈大,空气流动的速度愈快。  受迫对流是由于外力作用(如风吹、泵压等)而迫使流体产生对流。对流速度取决于外力的大小,外力愈大,对流愈强。  表面对流转换是指在空气温度与物体表面的温度不等时,由于空气沿壁面流动而是表面与空气之间所产生的热交换。其换热量的多少除与温度差成正比外,还与热流方向(从上到下、从下到上或水平方向)、气流速度及物体表面状况(形状、粗糙程度)等因素有关。

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  ac不是一个固定不变的常数,而是一个取决于许多因素的物理量。对于非透明幕墙的空气间层内两侧的表面则需要考虑的因素有:气流状况(自然在流还是受迫对流),壁面所处位置(是垂直的,水平的,或是倾斜的),表面状况(是否有利于空气流动),热的传递方向(由下而上还是由上而下)等。由于对ac影响因素很多,目前ac值多是由模型试验结果用数理统计方法得出的计算式。现推荐以下公式在垂直空气间层计算时参考:  ① 垂直平壁自然对流时

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  ② 受迫对流时  对于受到风力作用的壁面,同时也要考虑受到自然对流作用的影响;对于一般中等粗糙度的平面,受迫对流的表面对流换热系数可近似按以下公式计算

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  2.2 空气间层的辐射  凡温度高于绝对零度的物体,都可以同时发射和接受热辐射。从理论上说,物体热辐射的电磁波波长可以包括电磁波的整个波谱范围,然而在一般所遇到的物体的温度范围内,有实际意义的热辐射波长在波谱的0.38~1000μm之间,而且大部分能量位于红外线区段的0.76~20μm范围内。红外线又有近红外和远红外。但因两者的物理作用没有本质的差异,这种区分的界限并无统一的规定。  一个物体对外来的入射辐射可以有反射、吸收和透过三种情况,它们与入射辐射的比值分别叫做物体的反射系数(又称反射率) 、吸收系数(又称吸收率) 和透射因数(又称透射率) 。以入射辐射为1,则有如下关系式=1(公式5)  由于多数不透明的物体的透射因数 ,则对不透明物体上式可写在=1 (公式6)  为了便于说明,在理论上将对外来辐射全吸收的物体( =1)称为黑体;对外来辐射全反射的物体(=1)称为白体;对外来辐射全透过的物体(=1)称透明体。但在自然界中没有理论上所定义的绝对的黑体、白体或透明体,自然界中的不透明物体多数介于黑体与白体之间,近似称为灰体。表2 为建筑幕墙常用材料的辐射系数。

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  在垂直空气间层中各种传热方式的作用结果是不同的。图2是说明垂直空气间层内在单位温差下通过不同传热方式所传递的各部分热量的分配情况。图中“1”线与横坐标之间是表示空气间层空气处于静止状态的纯导热方式传递的热量;“2”线与横坐标之间表示的是对流换热量;“3”线与“2”线之间表示的,是当空气间层用一般建筑材料(ε≈0.9)做成时的辐射换热量;“3”线与横坐标之间表示通过空气间层的总传热量。由图中可看出,对于普通空气间层,在总的传热量中,辐射换热占的比例最大,通常都在总传热量的70%以上。因此,要提高空气间层的热阻,首先要设法减少辐射换热量。  将空气间层布置在围护结构的冷侧,降低间层的平均温度,可减少辐射换热量,但效果不显著。最有效的是在间层壁面上涂贴辐射系数小的反射材料,目前在建筑中采用的主要是铝箔。根据铝箔的  成分和加工质量的不同,它的辐射系数介予0.29~1.12W/(m2K),而一般建筑材料的辐射系数是4.65~5.23W/(m2K)。图2中“4”线和“2”线之间表示间层内有一个表面贴上铝箔后辐射换热所占的部分,从图中可看出,辐射换热量大大降低了。“5”线与“2”线之间表示两个表面都贴上铝箔后的情况,与单面贴铝箔相比,增效并不显著,从节约材料考虑,以一个表面贴反射材料为宜。

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门窗幕墙第一手资讯! 上中国幕墙网 news.alwindoor.com 手机访问地址 3g.alwindoor.com一般情况下,如果空气间层的密闭程度进一步提高,则导热与对流的传热量将会再减少,所以,一般辐射换热量约占50%或更多一些。

  因为辐射换热量在空气间层的传热中所占比例较大,故当在内部使用铝箔等反射辐射效果好的材料时,空气间层的传热系数就会减小。

  如果在空气层靠内一侧贴上铝箔,传热量仅为无铝箔时的70%左右。由于空气间层内贴有光泽的铝箔之后,可以防止大部分的辐射换热。在实际工程中,能保持铝箔长期不失光泽是何等的重要。但事实上,那些以透明树脂薄膜复合的铝箔,即便不使用,经数月之后,也会因表面被氧化而失效。

  从分析结果得知,把铝箔贴在低温侧,与不装铝箔时相比,空气间层的室内侧温度有所提高,而靠外气侧的温度变得更低了。对此,必须引起充分注意,由于空气间层外气侧的温度降低,将会增大空气间层内部结露的可能性。

  如果不设铝箔而把绝热材料置于低温侧,也就是外贴绝热材料的做法。此时,经计算只占前者的30%左右。故只要在空气间层的低温侧设绝热材料,即便不再放入有光泽的铝箔,也可以使空气间层的辐射换热量大幅度地减少。

  通常为了减少辐射换热,只要采取反射绝热,或把绝热材料置于低温侧,使两侧的温差减少,均可收到良好的效果。当然,反射绝热的效果还取决于表面的光泽程度,但欲长期保持光泽又存在不少问题,所以要求反射绝热材料本身具备十分稳定的性能。

  采用靠室外一侧贴绝热材料的做法的绝热措施,虽然对减少辐射换热能收到一定的效果,但却使空气间层的对流换热有所增大。因为这时空气间层的温度已近于室温,内部的空气密度相应变小,相对于室外的低温空气,便产生一个较大的上浮力。尤其对于木结构的壁板,它由地坂的缝隙处易侵入室外空气,这样,空气间层就如同烟囱的作用一样,因对流的增强而使传热量变大。因此,在寒冷地区就要在空气间层的上下端,以软质泡沫塑料纤维类绝热材料为填塞物作成防气密封条,以确保空气间层的绝热效果。

  不过,在温暖地区,空气间层内适当的通气有将室内水蒸汽排向室外的作用,从而可以防止因内部结露所造成的对内部材料的腐蚀。为此,对于选择防水膜的利弊问题,也应认真的斟酌,在后面将会专讨论。

  在空气间层的高温侧,既靠近室内侧内贴绝热材料的情况下,把这种情况与前述的情况相比,辐射换热量只为前者的30%左右,且空气间层的空气温度与室外温度的差值减少,从而使得烟囱效用相应减少了许多。

  基于这一观点,原则上可以认为,在空气间层的高温侧设绝热材料的效果为好。

  另外,如前所述,通过间层的辐射换热量,与间层表面材料的辐射性能(黑度或辐射系数)和间层的平均温度有关。在南方的大部分需要遮阳和北方夏季需要遮阳的建筑,当采用隔热为主的幕墙构造时,既外层以阻挡日射热量进入室内为。如此,幕墙面层材料的辐射量较大时,如混凝土装饰板、深色石材、锈面石材、陶土板、非光面磁板等,由表5.2—7中看出,有较高的吸收系数、辐射系数和发射率,如此对热辐射高吸收高发射的材料,对幕墙内侧的空气间层的温度有重要影响,当期间的温度不能有效释放时,加大了墙体隔热的压力,对节能也是不利的。

  因此,对于遮阳为主的建筑或夏季的白天,因热流方向恰与冬季相反,把绝热材料布置在高温侧,即布置在空气间层的室外侧起到隔热的作用,就能够取得明显的效果。

  这样,对空气间层传热影响最大的首先是空气间层的密闭程度;其次是热流方向;两侧温差;有无绝热材料及其布置位置;以及形成空气间层的材料的性质、辐射率以及空气间层的厚度等等。

  3. 关于构造传热
  房屋围护结构时刻受到室内外的热作用,不断有热量通过围护结构传进或传出。在冬季,室内温度高于室外温度,热量由室内传向室外;在夏季则正好相反,热量主要由室外传向室内。通过围护结构的传热要经过三个过程。

  表面吸热——内表面从室内吸热(冬季),或外表面从室外空间吸热(夏季);

  结构本身传热——热量由高温表面传向低温表面;

  表面放热——外表面向室外空间散发热量(冬季),或内表面向室内散热(夏季)。

  严格地说,每一传热过程都是三种基本传热方式的综合过程。

  表面吸热和放热的机理是相同的,故一般总称为“表面换热”。在表面换热过程中,既有表面与周围空气之间的对流与导热,又有表面与其他表面之间的辐射传热。见表3。

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  在结构本身的传热过程中,实体材料层以导热为主,空气层一般以辐射传热为主。由于非透明幕墙构造中空气层的必然存在,空气层的传热不容忽视。根据幕墙的封闭和开放式两种构造,空气层也大致分为封闭式空气间层和开放式空气间层。后面将重点说明。通风良好的空气间层,其热阻可不考虑。这种空气间层的间层温度可取进气温度,表面换热系数可取12.0 W/(m2K)。空气间层的传热系数可由表4选取。

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  当然,即使是实体结构,也因大多数建筑材料都含有或多或少的孔隙,孔隙中的传热则又包括三种基本传热方式,特别是那些孔隙较多的轻质材料,这些材料构成了目前幕墙保温的主要材料。表5 为部分建筑材料热物理性能参数。

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下面对石材幕墙分别在封闭式构造和开放式构造两种情况下的比较。  3.1  封闭式构造  实体混凝土墙体和石材幕墙有无保温层对节能的影响我们通过图4的三种构造进行比较。见图4。

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  由表中比较可以看出由于石材和空气层的作用结果:  ① 冬季保温效果明显。无保温的石材幕墙构造,热流密度比单一的混凝土墙体降低了32%;有保温的石材幕墙构造,则同比降低了83%;  ② 夏季隔热效果同样明显。无保温的石材幕墙构造,热流密度比单一的混凝土墙体降低了31.55%;有保温的石材幕墙构造,则同比降低了83%;  ③ 有保温和无保温的石材幕墙构造相比。保温层的作用也十分明显。冬季情况下,有保温比无保温时热流密度降低了75.5%;夏季降低了75.2%。  以上计算仅仅是对组成围护结构墙体的材料导热性能的热传导的计算结果,无论石材幕墙是封闭式还是开放式构造,空气间层的存在是必然的,由此通气层中的热传递还应包括辐射传热和对流传热,由此才能较完整的了解空气间层和保温层两者在幕墙非透明部分中的节能比重和重要性。后面会对此进一步分析。  3.2  开放式构造  所谓开放式设计,就是将石材面层分格缝隙做敞开式处理,不用胶或胶条等任何密封措施。如图5 所示。一般情况下,石材幕墙的分格缝隙为15~20mm。  图5 中b 为开放式构造,与图5.2—2中的c对应,构造尺寸和材料完全一样。由于其空气间层有良好的通气性,热阻可不考虑。其层间温度可取进气温度,表面换热系数取12.0 W/(m2K)。根据前述计算方法计算结果:a=29.63℃;b=29.33℃;c=21.27 ℃;d=20.82 ℃; e=20.51℃(18.22)

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所得结果见表6。从表中看出,开放式时热流两相比封闭时略有损失。但是这只是静态的计算分析,实际上开放式的流动空气间层在夏季时有明显的烟囱效应,将空气间层中产生的热量,尤其是占空气间层50%以上的辐射热热量排出,有显著的隔热作用。下一节将进行分析。

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  4 关于施工  幕墙保温的目的主要是节能和防止结露,但是在施工时如果曲解或错误的进行施工时,一是导致幕墙隔热保温构造失效,效果适得其反。二是施工阶段容易发生火灾事故,并且建筑投入运行阶段后留下消防隐患。

  4.1 隔热保温构造失效  (1) 保温材料失效  某项目幕墙保温构造完全按照设计施工,保温材料厚度50mm,填入玻璃棉。数年后,逐渐感觉到墙体温度对外界反应非常敏感,冬天强烈感到内墙面的冷辐射,一到夏季则感到内墙面的热量,墙角部位在冬季和夏季空调时节开始结露,而且墙面温度、结露呈有规律分布,甚至感到局部根本未做保温的状态。空调、采暖设备的使用根本达不到节能的要求。

  将内墙面打开检查发现,多处出现保温空洞,玻璃棉材料在两个竖龙骨间距间已经萎缩,其高度只有设计的1/2,在内墙和外幕墙面层之间直接形成一个空气间层,由于一段一段较大的空气层沿竖向排列,成为空气的滞留空间,热传导和辐射直接作用在内外墙表面,使幕墙保温构造几乎完全失效。总结其原因有二:

  ① 保温材料的支撑不充分;

  ② 保温材料的密度小。

  首先在保温施工时,没有将玻璃保温棉有效地固定和支撑,经过一段时间,玻璃棉由于自重和吸收潮湿空气后逐渐收缩,产生上部空气空间;其次由于玻璃棉本身的密度不能够有效支撑收缩的外力作用,属于选择材料的密度指标不当。因为墙体保温材料和屋面、地面水平使用时不同,其密度应至少在24kg/m3 以上,而吊顶类可在10~16 kg/m3即可。

  (2) 隔热保温构造缺陷  由于建筑学要求外立面幕墙形式千变万化,隔热保温构造需要满足其相应的表现形式,同时也需要相适应的隔热保温构造,由于对基本设计原则的不甚了解,往往会出现设计无所适从而导致错误的构造设计。

  ① 保温层错置  将保温层设计在幕墙面层内侧。首先不能对整体面层完全做保温处理,大致有幕墙面层面积的2%接缝处不具有有效的保温作用;其次,由于保温层对水汽的吸附作用,使其不能有效排除,此时,通气层的两侧表面为粗糙面,容易产生霉菌滋生;特别是当幕墙面层为金属板时,保温材料往往通过粘接植钉固定保温材料,植钉长期在湿气中易于失效,导致保温材料坍塌;同时金属面层背部有加强筋布置,难以有效结合保温板材。

上述分析归纳起来,保温层的安装位置不应选择在紧贴幕墙面层后部的位置。

  ② 轻质独立保温墙体缺陷    在日益增加的钢结构建筑中,往往主体钢结构没有实体外墙设计,需要有幕墙和保温墙一体化的外围护结构墙体承担。既保温材料后部无根可循,需要支撑构造来支撑,而支撑构造由于强度要求必须由金属杆件实现,这就带来两个主要问题:首先大量冷桥存在;其次面层整体强度必须安全可靠,既面层不能有任何缺陷,必须具备防水、结露的可靠性。另外由于风压、热压状况下的金属变形噪音都不容许发生。

  4.2  既有建筑节能改造  对于既有建筑改造为幕墙的项目,主要面临两个问题,一个是要符合建筑幕墙的各项技术要求,另外也要满足节能的各项指标。在上世纪80年代,大量建筑外立面采用围护实体墙湿贴瓷砖的外立面装饰,在此基础上进行外保温和幕墙改造施工,需要解决原有建筑外围护墙体的各种“结合”问题。

  4.2.1 与原有主体结构连接  既有改造中,将原有非幕墙的部分改造为幕墙时,首要问题是幕墙支撑系统与墙体结构连接的问题。无法回避的实际问题是如何针对不同既有墙体采取可行和有效的幕墙系统与主体结构有效连接,即埋件如何“植入”主体结构中?

  (1) 原有面层材料的处理  既有墙体有多种类型。覆盖层加涂料、贴面砖、干湿贴石材的等的安全处理十分重要。

  原有大面积瓷砖的固定问题。由于原有瓷砖时间较长,现有改造面临的瓷砖大国在十年以上,许多部分经常随机脱落,已经成为建筑周边的安全隐患。而大面积拆除并不现实,所以采取镀锌钢丝丝网加固,从实际安装后效果来看,是比较理想的解决办法,如图6所示。针对建筑外墙瓷砖脱落,设计采用镀锌钢丝网(25X25X1.3)利用化学锚栓和镀锌垫片与墙体锚固,固定点疏密合理米字分布,即使外装修完成若干时间后瓷砖再脱落,由于钢丝网和墙体的密贴,瓷砖不会脱离原位,即使偶尔脱离原位,也只能局限在米字格中,不会造成大量堆积,因此不会造成幕墙隐患,同时又充当了外墙保温层的基础。镀锌钢丝网可选择25×25×1.3mm的产品,以间距830mm为基准进行固定,用塑料胀栓连接直径60mm的垫片将镀锌钢丝网固定于原有瓷砖之上。镀锌钢丝网布置完毕,即可后补埋件施工以及钢龙骨的安装和调试。

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 表7、表8、表9分别为抗裂砂浆、耐碱玻纤网格布、面砖粘结砂浆的各项物理性能指标。

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  (2) 后置埋件的连接 

  对既有建筑原有非透明幕墙改造时,应首先确定原有埋件、支座以及与龙骨的连接可靠性,检查各连接部位的焊接、铆接、栓接、攻丝以及结构胶粘接的实际状况;需要与墙体结构连接布设后补埋件时,在建筑主体结构表面使用机械方法固定,后补埋件必须进行抗拔力试验。当埋件与支座采用螺栓连接时,螺栓必须满足各项力学性能试验和其他试验要求。

  如果主体结构在幕墙支点处缺少相应支点位置,应采取与主体结构连接的过渡型支撑措施,如采取局部钢支架等。

  埋件与主体结构可通过以下方法进行连接。当打锚孔受结构内钢筋影响时,可调整锚孔位置,在埋件周围可通过增加辅助埋板焊接锚固。如图7所示。

  ① 通过锚栓固定埋板连接;

  ② 埋板通过植筋连接,填塞加强锚固胶固定;

  ③ 埋板钢筋通过结构剔造后与结构纵向钢筋搭接;

  ④ 当埋件要求较高时,如拉杆的埋件可通过结构梁柱包覆的钢结构件直接焊接。

  既有建筑改造需做幕墙后部外墙外侧保温时,保温系统于基层应有可靠的结合,保温系统与墙体的连接、粘结强度应符合相应标准要求。采用锚栓锚固时,应根据锚固要求和基层的情况选定合适的锚栓型号和规格,锚栓的锚固应于结构有效连接,其固定深度和锚固距应符合产品说明和设计的规定。

  基层结合因素复杂的工程,应在与既有建筑墙体结合力试验验收合格的基层上制作从结合层、保温层到防护层、装饰层的样板,样板通过验收后方能大面积施工。

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  墙体节能改造工程前,应对保温层附着的基层及其表面处理。并保证下列节点部位或内容的施工质量。

  ① 保温板粘结或固定;

  ② 锚固件;

  ③ 增强网铺设;

  ④ 墙体热桥部位处理;

  ⑤ 预置保温板或预制保温板的板缝及构造节点;

  ⑥ 现场喷涂或浇注有机类保温材料的界面。

  外墙隔汽层应完整、严密、位置正确,穿透隔汽层处的节点构造应采取密封措施。为避免室内避免结露,非透明幕墙构造缝、沉降缝以及幕墙周边与墙体“热靴”处理部位须进行保温填充,局部热阻必须得到保证。同时为确保凝结水不影响室内环境,幕墙应设置冷凝水收集、排放构造。

  已安好面层外侧施焊时,电焊火花焊碴要用桶接,用保护板材遮挡面层和接缝处,以免焊渣溅射到保温层和幕墙面层。

  4.2.2  关于墙体孔洞封填  (1) 采用混凝土填充(图8)  采用混凝土填充时,由于填充位置是一个相对面积较小的凹坑,混凝土和内层结构墙面、钢埋件和连接件及红砖很难粘固在一起;混凝土凝固后,会有一定比例的收缩,混凝土和内层结构面、钢件及红砖接触部位易裂开形成裂缝,混凝土浇筑时施工难度较大;施工时间周期比较长。

 

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  (2)采用高强度膨胀混凝土填充(图9)  采用高强度膨胀混凝土填充,可以有效地填充其剔凿形成的凹坑,但是其施工难度也很大;造价较高。

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  (3) 采用保温岩棉填充(图10)  采用岩面填充,由于保温岩棉属于保温系数较高的保温材料,可以达到比混凝土还好的保温效果,其施工工艺十分简便,无需支模板,只需将保温岩棉切割成适当大小塞进压实即可,具有比较好的保温性能和经济可比性。

  (4) 采用聚氨酯发泡剂填充(图11)  采用聚氨酯发泡剂填充,其保温系数也比混凝土高,施工工艺也十分简便,直接将聚氨酯发泡剂填满剔凿造成的凹坑即可,可聚氨酯发泡剂成本比保温岩棉高,其经济性比不上保温岩棉。

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  既有改造具有许多不确定因素,而且在有些情况下,施工不能影响建筑的正常使用。所以要严格按工艺操作施工,严格执行各项技术质量标准。把好原材料进场关,不用“三无”产品,所用材料必须符合设计及相关规范要求。做好各项技术交底工作。安装过程中的各类技术变更,要做好洽商变更文档记录。  面板的连接孔质量,脊栓或扣槽式的孔与槽应符合设计要求,不应有破损。运输保管安装时造成对面层细小的损坏、污染未及时清理、更换。密封胶缝是否横平竖直、深浅一致、密实均匀、光滑顺直、粘接牢靠。防水系统安装是否到位,排水畅通。


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