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2019-01-18 13:42:37 | 分类:默认分类| 标签:

摘要:绿色建筑已是当前我国建筑发展的方向。本文通过对我国建筑幕墙行业现状分析指出了存在的问题,并从建筑幕墙在建筑中的作用、幕墙节能设计、幕墙热工计算等多个方面阐述我国建筑幕墙的绿色发展之路。

关键词:绿色建筑、建筑幕墙、热工设计、幕墙防火

1 建筑幕墙行业的现状  我国的建筑幕墙起步比发达国家晚许多年,行业内比较公认的第一个标志性玻璃幕墙工程是1984年建成的北京长城饭店,至今已过去27年了。  目前,建筑幕墙行业的发展是较为平稳有序的,这主要体现在以下几个方面:  (1)制订了规范,并制订了若干国家、行业标准;  (2)产品结构以科技为主导,新产品、新技术更新快,且得到普遍应用;  (3)由原来单一玻璃幕墙发展为玻璃幕墙、石材幕墙、铝板幕墙、合成板材幕墙、复合板材幕墙等等;  (4)幕墙结构形式发展到拉杆、拉索式幕墙等等;  (5)新材料、新产品得到推广,如断热铝型材、微晶玻璃板、千丝板、陶瓷板、超薄超大瓷板等;  (6)由普通幕墙向单元式幕墙、智能及光电幕墙跨越。  中国拥有世界最大的建筑市场,国外铝门窗幕墙公司看好中国的建筑市场,近几年已有部分国外企业扎根广东、上海等城市。随着开放深入,更多国外大公司进驻国内,它将给我国铝门窗幕墙行业注入新的活力,对行业的发展有很好的促进作用。北京的奥运会、上海的世博会、广州的亚运会以及各个城市的改造和建设,中国的铝门窗幕墙行业市场急剧增长。  随着我国建筑幕墙行业技术水平的提高,中国的幕墙公司开始逐步进入国际市场走向世界,如沈阳远大铝业工程公司、北京江河幕墙公司、深圳金粤幕墙公司、珠海晶艺幕墙公司等一批企业。其中部分企业在欧洲、中东等地区与欧美国家一线企业共同分割世界高层建筑幕墙工程。企业的设计施工能力已经与世界大型幕墙企业看齐。  铝门窗幕墙行业的快速发展也不断暴露出国内部分生产企业技术落后、产品粗糙、自主研发产品过少、产能过剩等问题,这些问题在不同程度上阻碍了行业的健康发展。尽快调整产业结构,提高产品质量,加强产品开发和采用创新技术已成为铝门窗幕墙企业提升核心竞争力迫切需要。  与发达国家先进的幕墙技术相比,我国幕墙行业存在如下问题:  (1)幕墙产品成套系统开发研究少而落后;  (2)幕墙基础技术研究零散、不系统、不深入;  (3)幕墙配套产品研发落后,标准化进程缓慢;  (4)幕墙的质量管理不到位,工程隐患严重;  (5)建筑设计水平差,幕墙的应用普遍采用不节能的玻璃幕墙。  除了以上问题外,我国幕墙行业还面临着很大危机,主要体现在以下几个方面:  (1)幕墙的结构安全隐患越来越引起社会关注(玻璃、石材掉落、外饰构件松脱,结构胶的老化);  (2)玻璃幕墙不节能已经成为政府普遍接受的观点(玻璃幕墙建筑能耗普遍很高);  (3)高层建筑幕墙的防火问题已经引起政府的高度重视;  (4)幕墙的维修、更新问题随着时间的推移已经暴露(水密性问题、开启窗、连接件腐蚀)。

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  2 建筑幕墙在建筑中的作用  幕墙是建筑外围护的重要组成部分,需要具有采光、通风、防风雨、保温、隔热、隔音、防火、屏蔽外界视线等诸多功能。幕墙作为建筑物外墙和室内装饰的一部分,其结构形式、材料质感、表面色彩等外观效果,对建筑外立面的美观谐调和室内环境的舒适和谐起着十分重要的装饰作用。  与一般墙体相比,建筑幕墙有着很大的优势,客观上不可能被替代。主要有以下几方面原因:  (1)具有很好的造型能力和装饰效果;  (2)能够适应建筑围护结构的功能需求;  (3)幕墙的使用可以大大减轻结构的重量,是超高层建筑的外围护结构最佳选择;  (4)能够承受地震、抵挡风雨;  (5)容易维护、维修、清洗;  (6)合理的设计可以达到很好的节能效果;  (7)很容易安装其他设备,如LED灯光照明等。

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  3 建筑幕墙与建筑节能  现在,在全国各地到处可见到“玻璃”建筑,虽然豪华时尚,但都是高耗能的垃圾建筑。“玻璃”建筑由于大面积采用玻璃幕墙,从而“冬寒夏热”。多数摩天大厦不得不加大功率,开足空调以调节室温。冬天要先于其它建筑供暖,夏天要先于其它建筑制冷。  对某建筑采用软件对两种不同的围护结构进行了模拟计算,玻璃幕墙的全年空调系统供冷量比普通外墙高出12%。2009年,广州市进行了大规模的公共建筑能耗调查,结果见下表1:

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  其中,玻璃幕墙建筑与一般建筑能耗比较很值得大家注意。一般办公建筑平均年能耗为88(kWh/m2.a),某玻璃幕墙建筑为203(kWh/m2.a);综合商业建筑平均年能耗为94(kWh/m2.a),某玻璃幕墙建筑为214(kWh/m2.a);宾馆饭店建筑平均年能耗为147(kWh/m2.a),而某玻璃幕墙建筑为213(kWh/m2.a)。  玻璃幕墙建筑能耗高,主要有以下几方面原因:  (1) 玻璃幕墙建筑围护结构热容量小,容易受到天气变化影响;  (2) 太阳得热大,空调负荷高;  (3) 外立面不容易设置外遮阳装置;  (4) 保温效果差。  在欧洲,有人甚至认为“玻璃盒子”这样的高耗能建筑是建筑垃圾,正在受到环保人士的批评,但他们却把它搬到了中国。  有的发展商(甚至政府官员)热衷请国际设计事务所设计,这些设计师靠所谓“大手笔”、“大立面”,而节能指标在前期规划成了被人遗忘的角落。有的发展商在项目建设前甚至不知道制冷耗电量有如此大。等到知道了,木已成舟,只有把高额的用电成本摊到进驻用户头上。北京某集团总部大楼,东南向办公室冬季温度高达32℃,不得不请中国建筑科学研究院帮助解决室内环境问题。  一般来说,玻璃幕墙建筑朝东、西的办公室,室内热环境普遍不佳。玻璃幕墙建筑在下班后空调关闭,无法使用办公室。而且,玻璃幕墙办公室外窗多不能开启,通风换气差。采用内遮阳又严重影响建筑立面效果。  玻璃幕墙建筑在室内环境方面还存在如下问题:  (1) 外区(尤其是东西)房间内太阳辐射强烈,空调虽能降低温度,但辐射太强,仍非常不舒适;  (2) 建筑不同朝向空调需求不同,控制功能差的空调系统往往难以协调;  (3) 玻璃幕墙通风换气装置设置有难度,造价也比较高;  (4) 内遮阳的控制管理有难度,许多建筑的内遮阳效果不佳。

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  4 建筑节能设计与幕墙的热工设计  解决建筑环境问题和节能首先要从建筑设计开始。建筑幕墙行业的设计人员应该具备一些建筑设计的知识。建筑室内环境与节能设计主要应注意以下几个方面:  (1)应该减少东西朝向幕墙的透明面积;  (2)夏季为主的地区的建筑应减少幕墙的透明面积;  (3)应该严格控制玻璃采光顶的面积,满足采光即可;  (4)透明部分尽可能采用外遮阳措施;  (5)内遮阳最好采用智能控制,兼顾采光和遮阳;  (6)避免室内区域受阳光直射;  (7)空调系统应根据房间的位置、朝向进行设计计算,控制应多分区域,不同区域单独控制;  (8)南方湿热地区的集中空调系统尽可能采用温度、湿度独立控制。  在玻璃幕墙工程的热工设计方面,幕墙设计人员应在以下几个方面进行认真的设计:  (1)(严寒、寒冷地区)保温设计方面:金属型材应设计隔热构造,非透明部分设保温棉(无机类材料,防火性能好),透明部分采用中空、低辐射玻璃,开启和固定部分均应有良好的气密性能。在经济允许的情况下采用双层幕墙。  (2)防止在幕墙内部产生凝结水。幕墙应有足够好的型材隔热构造(结露验算),非透明幕墙部分应做好隔汽层,允许的情况下应设计凝结水集排系统。  (3)建筑遮阳。一般幕墙可采用外遮阳装置,如格栅、百叶、穿孔板、挑檐等。大型玻璃幕墙可采用内遮阳加智能控制,采用遮阳型玻璃(如阳光控制玻璃、Low-E玻璃、热反射玻璃),双层幕墙中间设遮阳装置等。  (4)设置通风换气系统。可以利用窗台下方、天花上方、型材构造等设置通风换气装置。  在玻璃幕墙的保温设计中,应采用中空玻璃。如果一般中空玻璃不满足要求,可以加大中空尺寸、采用Low-E中空、充惰性气体等。如果还不满足要求,可以采用两层或多层中空等。严寒地区可采用双层玻璃幕墙提高保温。  保温型玻璃幕墙应采取措施,避免形成跨越分隔室内外保温玻璃面板的“热桥”。主要措施包括:采用隔热型材、连接紧固件采取隔热措施、采用隐框结构等。保温型玻璃幕墙周边与墙体或其它围护结构连接处应采用有弹性、防潮型保温材料填塞,缝隙应采用密封剂或密封胶密封。

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   在玻璃幕墙隔热设计中,主要措施是遮阳,降低幕墙的遮阳系数最为重要。降低遮阳系数可以采用吸热玻璃、镀膜玻璃(包括热反射镀膜、Low-E镀膜、阳光控制镀膜等)、吸热中空玻璃、镀膜(包括热反射镀膜、Low-E镀膜、阳光控制镀膜等)中空玻璃等。空调建筑的向阳面,特别是东、西朝向的玻璃幕墙,应采取各种固定或活动式遮阳措施进行遮阳。玻璃幕墙的遮阳应综合考虑建筑效果、建筑功能和经济性,合理采用建筑外遮阳并和特殊的玻璃系统相配合。  幕墙中采用自然通风节能措施。一般,空调状态下建筑物是密闭的,但自然通风好的建筑可以减少空调的使用,从而节约建筑能耗。医院、办公楼、旅馆、学校等公共建筑的外窗应设置足够面积的开启部分。采用玻璃幕墙时,在每个有人员经常活动的房间,玻璃幕墙均应设置可开启的窗扇或独立的通风换气装置。  在双层通风幕墙设计中,严寒、寒冷地区宜采用空气内循环的双层形式;夏热冬暖地区宜采用空气外循环的双层形式;夏热冬冷地区和温和地区应综合考虑建筑外观、建筑功能和经济性采用不同的形式。空调建筑的双层幕墙内应设置可以调节的活动遮阳装置。  建筑幕墙抗结露设计。严寒、寒冷、夏热冬冷地区建筑的玻璃幕墙应进行结露验算,在设计计算条件下,其内表面温度不应低于室内的露点温度。建筑幕墙的非透明部分,应充分利用幕墙面板背后的空间,采用高效、耐久的保温材料进行保温。严寒、寒冷地区,幕墙非透明部分面板背后保温材料所在的空间应充分隔汽密封,防止结露。幕墙与主体结构间(除结构连接部位外)不应形成冷桥。在可能无法避免结露幕墙内侧应设置凝结水收集系统。凝结水收集系统应能完全收集幕墙内侧可能出现的凝结水,收集的凝结水应能排放,不能渗漏至室内。现代化的建筑幕墙应设计幕墙的智能化系统。当空调建筑大面积采用玻璃窗、玻璃幕墙时,根据建筑功能、建筑节能的需要,可采用智能化控制的遮阳系统、通风换气系统等。智能化的控制系统应能够感知天气的变化,能结合室内的建筑需求,对遮阳装置、通风换气装置进行实时的控制,达到最佳的室内舒适效果和降低空调能耗。自动化的遮阳装置应实现电动收放、电动调节状态等。在天气方面,应感知阳光强度、风速、温度、下雨状况等。建筑的室内信息感知应包括室内人员的活动,室内的环境需要等。大型公共建筑,建筑遮阳的自动控制是非常必要的:一方面可以最大限度上满足总体的需要,另一方面满足美观的需要。遮阳控制系统的设计,可以充分利用自然采光,大大节约照明能耗;采用智能控制以达到最佳节能效果;智能化的建筑遮阳不仅可以大大改善室内热环境,而且可以最大限度节省空调能耗;将空调控制和遮阳控制结合,可以产生更好的效果。5 建筑幕墙的绿色之路  我国绿色建筑的主要宗旨是节约能源、合理节约利用土地、节约用水、节约材料资源、降低使用费用、减少环境污染。作为绿色建筑围护结构的建筑幕墙,当然也要符合这些基本的宗旨。  (1)在建筑设计重要合理选用建筑幕墙  在幕墙的选用当中,要抛弃只使用玻璃幕墙的惯性思维,多一些选用非透明幕墙。如广东科学中心大量选用铝板幕墙,抛弃了原来的玻璃幕墙方案,增加铝板、石材幕墙(主要是铝板)的面积,减少玻璃幕墙面积,窗墙面积比由之前的70%下调到30%左右。在非透明幕墙中,金属幕墙、石材幕墙、合成板材幕墙等均是很好的选择。在屋面的设计中,应该注意金属屋面与玻璃采光顶结合使用。大型金属屋面应做好隔热保温设计,因为屋面是建筑能耗的主要围护结构。在大型的屋面建筑中还要注意隔热、保温的采光顶应用。对于特殊造型的屋面,还要做好特殊造型金属屋面、石材屋面等。异形建筑在我国大量涌现,挑战了建筑幕墙设计和施工技术,施工技术决定了异形幕墙的效果和质量,安装施工方法得当可以大大节省人力、时间。  (2)发展更高性能幕墙系统  行业目前一定要做好幕墙的节能,甩掉建筑幕墙不节能的帽子,使得幕墙反过来对节能做出贡献。要发展性能更好的保温、隔热、遮阳的幕墙系统。  建筑幕墙的性能应更好。要在抗风、抗震、防雨、防潮湿、通风、采光、智能控制(集成遮阳、通风、采光、防风)等性能方面做得更好。  防火性能是建筑安全的重要问题,建筑幕墙应保持优良传统,采用无机保温材料,做好防火隔断构造,提高防火能力,避免央视大楼的悲剧重演。  (3)面板材料与构造  应努力开发灵活的面板外皮系统,适应特殊造型。同时,幕墙应用应在选择材料上下功夫,要注重再生材料的应用。应开发新型材料,使得幕墙更节约材料,降低造价,适应不同需要。陶板、超薄瓷板、高压合成水泥板、石材铝蜂窝复合板等等都可以作为幕墙面板。  (4)搭载其他绿色系统  建筑幕墙因其具有很好的外观效果,有一定的内部空间,有牢固的结构,所以可以搭载其他系统,如雨水收集系统、LED智能灯光系统等。这样,在设计幕墙时应给其他系统的安装创造条件,如造型适应、构造适应、提供支撑等。LED智能灯光系统最近在幕墙上广泛应用,幕墙能够做到构造适应、提供支撑、融为一体。  (5)使用维护与更长的寿命  建筑幕墙是金属结构,本身就具有易维修保养的特点。绿色建筑的幕墙应该寿命更长、采用耐腐蚀材料、节点牢固耐久、采用防雨水构造、能够耐潮湿、容易维护维修。幕墙的面板、装饰件应做到易清洗,节点易拆卸、维修,饰面及构件可更换。  (6)可再生能源利用  建筑的屋顶是太阳能发电的理想场所,行业应开发屋顶太阳能发电系统。太阳能发电体系中,应采用架空屋面系统。屋面系统应具有承载能力、维护维修设施等。例如广州珠江城,塔楼屋顶及东西立面31层至71层的外遮阳百叶安装了光伏组件,直接向大楼内部电网供电,预计系统年发电量约250000千瓦时。  幕墙太阳能发电系统中,应大力发展遮阳设施的太阳能发电系统,应解决太阳遮挡问题。玻璃幕墙应注意透明太阳能电池的应用,应关注新产品,注重与采光相结合。  (7)工程实例:广东科学中心幕墙节能修改广东科学中心在建设之中非常重视建筑节能。在建设之初,科学中心的筹建办就对建筑方案进行了大手笔的修改,增加铝板、石材幕墙(主要是铝板)的面积,减少玻璃幕墙面积,窗墙面积比由之前的70%下调到30%左右。在非透明幕墙中采用岩棉来增强其隔热性能,同时具有很好的防火能力;玻璃幕墙采用遮阳型Low-E中空玻璃;采光顶采用彩釉较厚的彩釉中空玻璃;玻璃幕墙内设置面料光学特性较好的遮阳帘。

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  6 建筑幕墙行业发展展望  (1)超高超大建筑的建设需求  可以预期在3~5年之内,大中国将拥有20栋以上世界级超级摩天大楼;在二十年之内,中国将会建造2万栋到5万栋摩天大楼。作为超高层建筑的外围护结构最佳选择的幕墙系统必将得到长足的发展和进步,建筑幕墙的设计理论和施工技术必将得到极大的发展和提高。  (2)超高建筑幕墙的研究超高层建筑很好地应用建筑幕墙,应该开展以下研究:  1) 超高层建筑的风工程及建筑幕墙的抗风设计研究;  2) 建筑幕墙抗震设计研究;  3) 建筑幕墙高水密性能研究;  4) 高层建筑幕墙防火设计研究;  5) 超高层建筑石材等厚重板材的应用研究;  6) 建筑幕墙维修更换技术研究。  (3)光伏建筑幕墙  财政部及住房和城乡建设部于2009年3月23日联合发布财建【2009】128号及129号文件。《关于加快推进太阳能光电建筑应用实施意见》和《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》。这对光伏幕墙带来机遇。“太阳能屋顶”和“光伏幕墙”的载体是幕墙系统。可以预见,屋面发电系统、光伏幕墙将得到快速的发展。  (4) 建筑幕墙发展态势  2010年铝门窗幕墙行业的广州博览会规模约三万平方米,吸引了来自中国、德国、美国、加拿大、英国、日本以及香港、台湾等十五个国家和地区的三百多个企业的参加。博览会特别增设了遮阳、光伏节能等展区,展示节能行业、光伏行业以及机电一体化产品,幕墙注入了节能减排新课题和内容。大批国际国内高端品牌材料商参与,包括皮尔金顿、瓦克化学、道康宁、迈图、西卡等世界500强企业。国内一线品牌也积极参加展览,如坚朗、合和、中原、之江、白云、安泰化学等。  建筑节能则展出了建筑节能玻璃、光伏玻璃、建筑遮阳系统、遮阳技术及配件等。在节能玻璃、光电产品方面,英国皮尔金顿、诺斯曼、日本旭肖子以及信义、兴业幕墙、台玻集团、中航三鑫、金刚、宝钢亚泽、贵航等参加展览,汉狮、名成、秦泰、燕浩等遮阳节能品牌参加展览。  (5) 加工设备  幕墙加工设备在不断升级换代。这些设备能减轻劳动力,更方便、省力,加工质量更好。当前,数字精确加工设备已经逐渐普遍化应用。数字加工具有精度高、智能化的特点。幕墙加工设备还逐步实现着设备系列化、流程化,开发出专用设备、专用装置。  (6) 材料、配件  幕墙的面板材料一直在发展,开发了许多的新产品。如陶板、超薄瓷板、合成水泥板、石材蜂窝板等。幕墙的型材除了铝型材外,还有冷轧钢型材、薄钢板冷轧型材等。  幕墙的配件也得到长足的进步。配件的发展逐步从满足基本需求向高端需求迈进。各种连接节点配件、窗开启配件、密封配件等层出不穷。  (7) 标准化  幕墙门窗标准是建设领域发展最快的。材料标准、配件标准、产品标准、性能检测标准、计算方法标准等应有尽有幕墙的工程技术规范也得到完善,并且配套编制了检验标准、验收标准等等。随着节能工作的深入,还编制了节能计算标准,配套开发了节能计算软件。  幕墙的配件和产品也逐步走向标准化,企业也走向集团化,标准化产品的供应能力得到很大的提升。  7 结束语  绿色建筑与建筑节能是我国建筑的必然方向,行业必须适应这一发展的需要。适应者就有发展,不适应者将被淘汰。  大型公共建筑是建筑能耗高、负荷大的主要问题。而且我国大型公共建筑的增长速度非常快,大型公共建筑能耗高,玻璃幕墙是罪魁祸首之一,我们再不能无动于衷了。行业首先应大力发展和推广建筑节能技术,改变幕墙高能耗的局面。  对于高能耗的建筑方案,行业专家应坚持正确的原则立场,行业应加强舆论谴责,政府部门则应该采取强硬措施。建筑师们,应抛弃浮躁心理,实实在在、认认真真搞好建筑设计。幕墙设计师们,应加强节能知识学习,精心设计。  绿色建筑已经向我们走来,行业必须迎接挑战。绿色又是行业的一次发展动力和机遇。行业的仝人们应努力学习新知识,开发新技术和新产品。  我们要搞好建筑幕墙的节能,并逐步朝着绿色的方向前进。只有这样,全行业才能变被动为主动。从现在开始,行业应积极加大开发成套的幕墙系统的力度,做好幕墙的基础研究,包括节能技术研究、结构技术研究、构造技术研究、面板材料配套研究、配件标准化研究等等。  同时,行业要加强幕墙的质量管理,保障幕墙工程的安全,努力消除我国幕墙行业面临的危机。  目前,包括建设部在内的建设主管部门已经对建筑幕墙的安全性存在很大疑问了,而且也越来越引起社会关注,再加上玻璃幕墙不节能已经为政府和社会各界普遍接受,如果行业再不采取行动,朝着安全、节能、绿色的方向发展,幕墙可能再一次迎来严格的发展限制,这必将给行业的发展带来巨大的影响。  我们应该开始行动了!行业应该努力开拓,积极进取,开创建筑幕墙行业的新局面!


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