摘 要： 2005年3月22日，我國(guó)首座超低能耗示范樓在清華大學(xué)落成，該項(xiàng)目集多種建筑新技術(shù)
新材料于一體。僅建筑外
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的
門(mén)窗幕墻系統(tǒng)中就采用了
雙層幕墻系統(tǒng)、
遮陽(yáng)百葉系統(tǒng)、
光電幕墻系統(tǒng)、高
保溫性能
鋁合金門(mén)窗系統(tǒng)、
真空玻璃、雙
中空雙Low-E等新技術(shù)新材料。文章對(duì)該項(xiàng)目
建筑幕墻系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，可供大家對(duì)低能耗示范樓有所了解，同時(shí)供相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行建筑幕墻的設(shè)計(jì)時(shí)參考。
關(guān)鍵詞： 低能耗建筑 外圍護(hù)結(jié)構(gòu) 建筑幕墻 設(shè)計(jì)
1 前言
由中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)江億教授主持設(shè)計(jì)的我國(guó)首座超低能耗示范樓于今年三月在北京清華大學(xué)落成，作為2008年
奧運(yùn)建筑的“前期示范工程”，它集中體現(xiàn)了“科技奧運(yùn)、綠色奧運(yùn)”的理念。示范樓內(nèi)集中展示了近百項(xiàng)國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的
建筑節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品，是我國(guó)第一個(gè)集示范、展示、試驗(yàn)等功能于一體的
綠色建筑，這座超低能耗示范樓采。
用多種性能優(yōu)異的幕墻系統(tǒng)和能源空調(diào)系統(tǒng)，冬季可基本實(shí)現(xiàn)零
采暖能耗，夏季空調(diào)耗能量?jī)H為常規(guī)建筑的10%。
2 超低能耗示范樓綜合介紹
超低能耗建筑是指在圍護(hù)結(jié)構(gòu)、能源和
設(shè)備系統(tǒng)、照明、智能控制、
可再生能源利用等方面綜合選用各項(xiàng)
節(jié)能技術(shù)，能耗水平遠(yuǎn)低于常規(guī)建筑的建筑物。清華大學(xué)超低能耗示范樓主要運(yùn)用了如下建筑節(jié)能新技術(shù)：
2.1 智能?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)：
超低能耗樓的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系主要是針對(duì)可調(diào)控的智能型外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，使其能夠自動(dòng)適應(yīng)氣候條件的變化和室內(nèi)環(huán)境控制要求的變化。從采光、保溫、
隔熱、通風(fēng)、
太陽(yáng)能利用等進(jìn)行綜合分析，給出不同環(huán)境條件下的推薦形式。其外立面的形式如圖1、圖2。
示范樓選用了近十種不同的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)做法，基本的
熱工性能要求為：透光體系部分（
玻璃幕墻、保溫
門(mén)窗、
采光頂）綜合
傳熱系數(shù)K<1W/(m2.k)，
太陽(yáng)得熱系數(shù)SHGC<0.5，非透光體系部分（保溫墻體、屋面）傳熱系數(shù)K<0.3W/(m2.k)。在設(shè)計(jì)階段利用相關(guān)軟件計(jì)算結(jié)果為冬季建筑物的平均
熱負(fù)荷僅為0.7W/m，最冷月的平均熱負(fù)荷只有2.3W/m，如果考慮室內(nèi)人員、燈光和設(shè)備等的發(fā)熱量，基本可實(shí)行冬季零采暖能耗。夏季最熱月整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均得熱為5.2W/m。綜合能耗相當(dāng)于常規(guī)建筑的10%。
2.2 相變蓄熱活動(dòng)地板：冬季白天可蓄熱存由玻璃幕墻和窗戶(hù)進(jìn)入室內(nèi)的
太陽(yáng)輻射熱，晚上材料相變向室內(nèi)放出蓄存熱量。
2.3 自然通風(fēng)利用：利用
熱壓通風(fēng)和
風(fēng)壓通風(fēng)的結(jié)合。在樓梯間和走道設(shè)置通風(fēng)井，負(fù)責(zé)熱壓通風(fēng)。在幕墻上設(shè)開(kāi)啟扇，使室外空氣在風(fēng)壓下流過(guò)建筑。
2.4 可再生
能源系統(tǒng)：
光電幕墻、太陽(yáng)能空氣
集熱器、太陽(yáng)光采光技術(shù)。
2.5 景觀型濕地技術(shù)：收集屋頂雨水，做到雨水資源化利用。
2.6 種植屋面技術(shù)：種植與北京氣候相宜的植物，做到三季有花，四季有景。
3 建筑幕墻設(shè)計(jì)介紹
清華大學(xué)超低能耗示范樓外裝飾工程主要采用了窄通道
內(nèi)循環(huán)雙層玻璃幕墻、窄通道外循環(huán)雙層玻璃幕墻、寬通道外循環(huán)雙層玻璃幕墻、橫向及豎向
外遮陽(yáng)鋁合金百葉系統(tǒng)、
真空玻璃幕墻、光電幕墻、
復(fù)合鋁板幕墻等節(jié)能及智能
幕墻技術(shù)。示范樓的建筑幕墻主要集中在建筑的南立面與東立面，如圖3，圖4。
3.1雙層幕墻
目前，國(guó)內(nèi)的通風(fēng)式雙層幕墻類(lèi)型較多，但歸納起來(lái)主要可分為兩類(lèi)：一是按通風(fēng)道寬度不同分為寬通道式和窄通道式。一般我們將通風(fēng)道寬度可供人進(jìn)入進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)的歸為寬通道式，將通風(fēng)道寬度設(shè)計(jì)不供人進(jìn)入的歸為窄通道式。二是按通風(fēng)道內(nèi)空氣的循環(huán)方式分為外循環(huán)式、內(nèi)循環(huán)式和混合循環(huán)式。外循環(huán)式是指外層幕墻設(shè)進(jìn)、出通風(fēng)口，通過(guò)外層幕墻完成通風(fēng)、換氣，內(nèi)層幕墻實(shí)現(xiàn)保溫隔熱功能；內(nèi)循環(huán)式是指外層幕墻實(shí)現(xiàn)保溫隔熱功能，內(nèi)層幕墻設(shè)進(jìn)、出風(fēng)口，完成通風(fēng)、換氣；混合循環(huán)式是通過(guò)內(nèi)外層幕墻上的進(jìn)、出風(fēng)口的不同開(kāi)閉形式，實(shí)現(xiàn)在不同季節(jié)下的最優(yōu)組合。
為了測(cè)試不同的雙層幕墻系統(tǒng)的保溫隔熱性能，在清華大學(xué)超低能耗示范樓幕墻工程中，在不同的立面、不同的樓層采用了不同形式的通風(fēng)式雙層幕墻。
3.1.1 窄通道內(nèi)循環(huán)雙層玻璃幕墻
示范樓南立面1~2軸的一、二層采用的是窄通道內(nèi)循環(huán)雙層玻璃幕墻。外層采用的是8+12A+10
中空玻璃，內(nèi)層為下懸開(kāi)啟的8mm厚單層玻璃，通道內(nèi)設(shè)置50mm寬電動(dòng)遮陽(yáng)百葉。工作時(shí)，通過(guò)安裝在通道頂部的排風(fēng)管與室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)相連接，在夏季開(kāi)啟空調(diào)時(shí)，利用室內(nèi)的低溫空氣來(lái)
冷卻由于太陽(yáng)
輻射而造成過(guò)熱的空氣
夾層。
參數(shù)：通道寬200mm；外層玻璃：8Low-E+12A+10mm鋼化白玻；內(nèi)層玻璃：8mm鋼化白玻。夾層通風(fēng)方式：機(jī)械通風(fēng)；夾層設(shè)計(jì)通風(fēng)量：20~60 m3/(h.m立面寬)。
幕墻外側(cè)設(shè)置有太陽(yáng)輻射
傳感器以及照度傳感器，通過(guò)實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)控制通道內(nèi)百葉的升降與旋
轉(zhuǎn)角度，同時(shí)通過(guò)通道內(nèi)的溫度傳感器來(lái)控制通道的進(jìn)風(fēng)量，從而保證通道溫度的范圍。
3.1.2 窄通道外循環(huán)雙層玻璃幕墻
試驗(yàn)樓南立面1~2軸三、四層采用的是窄通道外循環(huán)雙層玻璃幕墻（如圖6）。外層采用8mm單層玻璃，內(nèi)層選用中空玻璃。外層上下橫料設(shè)置通風(fēng)口，通道內(nèi)設(shè)置電動(dòng)遮陽(yáng)百葉，為加大通風(fēng)量，在通道頂部設(shè)置機(jī)械
通風(fēng)器。為便于百葉的清潔在內(nèi)層設(shè)置內(nèi)開(kāi)窗。在
窗間墻的位置，外層采用的是光電幕墻。光電幕墻的發(fā)電直接給通道頂部的機(jī)械通風(fēng)器供電。室外輻射越強(qiáng)，通道溫度越高，與此同時(shí)
光伏發(fā)電量也增加，風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量也增加,從而降低通道內(nèi)的溫度。
參數(shù)：通道寬110mm，外層玻璃：8mm鋼化白玻；內(nèi)層玻璃：8Low-E+18A+ 4+0.76pvb+4 ；電動(dòng)百葉寬：25mm；通風(fēng)方式：機(jī)械通風(fēng)。夾層設(shè)計(jì)通風(fēng)量：40m3/(h.m立面寬)
3.1.3 寬通道外循環(huán)雙層玻璃幕墻
示范樓東立面B~F軸采用了寬通道外循環(huán)雙層幕墻，通風(fēng)道寬度600mm（如圖6）。外層幕墻采用6mm厚透明
鋼化玻璃，設(shè)置進(jìn)、出風(fēng)口，進(jìn)、出風(fēng)口高度均為600mm高，采用電動(dòng)開(kāi)啟，內(nèi)層幕墻局部設(shè)置
鋁合金斷熱內(nèi)
平開(kāi)窗，在雙層幕墻間設(shè)置了50mm寬可調(diào)電動(dòng)百葉，可上、下及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在距進(jìn)風(fēng)口下每隔300mm設(shè)置兩個(gè)200mm寬鏡面
不銹鋼反
光板，以彌補(bǔ)在內(nèi)置遮陽(yáng)百葉關(guān)閉的情況下可能對(duì)室內(nèi)采光的不足；內(nèi)層幕墻采用4+9A+5+9A+4mm厚中空雙Low-E玻璃，以保證整個(gè)幕墻的保溫隔熱要求。另外，為檢測(cè)不同的通風(fēng)高度對(duì)保溫性能的影響，將B~C軸雙層幕墻一至三層的通風(fēng)道連通，結(jié)合每層進(jìn)出風(fēng)口開(kāi)閉，實(shí)現(xiàn)不同通風(fēng)高度的情況下對(duì)雙層幕墻保溫性能的影響。
參數(shù)：通道寬度600mm；外層玻璃：6mm厚鋼化玻璃；內(nèi)層玻璃：4+9A+5+9A+4mm雙中空雙Low-E玻璃；電動(dòng)百葉打開(kāi)方式：由下往上升并可調(diào)節(jié)角度；通風(fēng)方式：自然通風(fēng)。
3.2 高性能斷熱鋁合金平開(kāi)窗
斷熱
鋁合金門(mén)窗在國(guó)內(nèi)特別是北方地區(qū)的建筑中已越來(lái)越普及，產(chǎn)品的保溫性能也得到了很大的提高，傳熱系數(shù)K值已由幾年前普通單層玻璃鋁合金門(mén)窗的5.0~6.7W/m2.K提高到現(xiàn)在的2.2~3.0W/m2.K。但為滿(mǎn)足示范樓工程超低能耗的要求，設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)斷熱
鋁合金窗的
截面形式上做了較大的改進(jìn)，將斷熱條的寬度增大到20mm，開(kāi)啟扇玻璃選用了5+6A+4+V+4+6A+5雙中空加真空Low-E玻璃，充分利用雙中空雙Low-E與真空玻璃的保溫特性，同時(shí)將玻璃與扇料的
固定方式由明框改為隱框，減小窗框比，極大地提高了斷熱鋁合金窗的美觀性和整體保溫性，經(jīng)檢測(cè)，傳熱系數(shù)達(dá)到1.6W/m2.K，節(jié)能效果顯著。如圖7。
另外，玻璃與框的連接固定采用
硅酮結(jié)構(gòu)膠粘接，提高了窗扇的整體
剛性，克服了開(kāi)啟扇由于雙中空玻璃自重過(guò)大而可能引起的下墜現(xiàn)象。
3.3 外遮陽(yáng)百葉系統(tǒng)
外遮陽(yáng)百葉系統(tǒng)是近年來(lái)
公共建筑為減少太陽(yáng)輻射得熱采用的一種新型外遮陽(yáng)形式，在超低能耗示范樓的兩個(gè)立面上均選用了外遮陽(yáng)系統(tǒng)。如圖8。
示范樓工程中所采用的外遮陽(yáng)電動(dòng)鋁合金百葉系統(tǒng)，鋁合金截面寬600mm，東立面采用了水平遮陽(yáng)百葉和垂直遮陽(yáng)百葉，南立面只采用了水平遮陽(yáng)百葉，通過(guò)
電動(dòng)開(kāi)窗機(jī)完成鋁合金
遮陽(yáng)板的開(kāi)啟、關(guān)閉以及調(diào)節(jié)其開(kāi)啟角度。
水平遮陽(yáng)百葉參數(shù)：長(zhǎng)度 5000mm， 3000mm，（兩種）；寬度 600mm, 間距 590mm；百葉控制方式：每?jī)蓪铀桨偃~由一個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器控制開(kāi)啟，最大張角達(dá)135º。
垂直遮陽(yáng)百葉參數(shù)：高度 3700mm，寬度 600mm，間距 590mm；百葉控制方式：每?jī)蓚�(gè)柱間的百葉由一個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器控制轉(zhuǎn)角，最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為135º。
3.4 復(fù)合保溫
鋁板幕墻
由于本工程要求非
透明幕墻的傳熱系數(shù)K<0.3W/(m2.k)，故北立面采用了復(fù)合保溫
鋁板幕墻。復(fù)合保溫鋁板幕墻的
面板采用3mm厚單層鋁板內(nèi)部填充50mm厚低
導(dǎo)熱率、高保溫性能的硬質(zhì)
聚氨酯材料，鋁板背面加裝100mm厚玻璃保溫棉層，同時(shí)，在面板與保溫棉層間設(shè)有140mm寬的空氣層，通過(guò)多種保溫措施，極大地提高了鋁板幕墻的整體保溫性能，達(dá)到了技術(shù)要求。
未完待續(xù)......
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