文/浙江建工幕墻裝飾有限公司 杜東新 胡恒

注重細節(jié)設(shè)計提升幕墻節(jié)能效果

文/浙江建工幕墻裝飾有限公司 杜東新 胡恒

能耗高的玻璃幕墻，不僅影響居住及使用的舒適度，而且運營及維護成本大幅度增加，與現(xiàn)行的規(guī)范要求想背離，雖然大量的節(jié)能技術(shù)手段在使用，例如：LOW-E中空玻璃、斷橋型材的使用，但實際使用效果遠未達到理論計算的要求，尤其當層間采用單層玻璃時，對熱量的阻隔成為重點及難點，本文對已有項目問題進行分析研究，為同業(yè)者進行相關(guān)設(shè)計時提供參考。

傳熱系數(shù) 玻璃幕墻 層間玻璃 節(jié)能 熱工模擬

建筑能耗：

我國建筑用能約占全國能源消費總量的27.5%，并將隨著人民生活水平的提高逐步增加到30%以上。其中公共建筑耗能數(shù)量巨大，浪費嚴重。在公共建筑的全年能耗中，供暖空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占10%～50%，照明能耗約占30%～40%，其他用能設(shè)備約占10%～20%。而在供暖空調(diào)能耗中，外帷護結(jié)構(gòu)傳熱所導致的能耗約占20%～50% (夏熱冬暖地區(qū)大約20%，夏熱冬冷地區(qū)大約35%， 寒冷地區(qū)太約40%，嚴寒地區(qū)大約50%)。外帷護結(jié)構(gòu)傳熱所導致的能耗占比最大，氣候越寒冷地區(qū)情況越明顯。

規(guī)范依據(jù)：

2015.10 .01實施的新版GB50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》,對維護結(jié)構(gòu)的熱工性能指標進一步的提高，標準或規(guī)范的提高，有利于改善公共建筑的室內(nèi)環(huán)境.提高建筑系統(tǒng)的能源利用效率，合理利用可再生能源，降低公共建筑的能耗水平，節(jié)約能源和保護環(huán)境并約束企業(yè)開發(fā)更高節(jié)能性的產(chǎn)品。并且在發(fā)展綠色建筑的相關(guān)文件里，節(jié)能也是一項關(guān)鍵指標，僅是在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源、保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間及與自然和諧共生的建筑。隨著國家《“十二五”綠色建筑科技發(fā)展專項規(guī)劃》、《“十二五”建筑節(jié)能專項規(guī)劃》等文件的發(fā)布，我國將全面推進“綠色建筑行動”，大力推廣綠色建筑和綠色建材。2013年1月，國務院辦公廳關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部綠色建筑行動方案的通知（國辦發(fā)〔2013〕1號），明確指出“開展綠色建筑行動，以綠色、循環(huán)、低碳理念指導城鄉(xiāng)建設(shè)，嚴格執(zhí)行建筑節(jié)能強制性標準，扎實推進既有建筑節(jié)能改造，集約利用資源，行業(yè)的發(fā)展方向已經(jīng)提升到國家戰(zhàn)略的角度。

項目現(xiàn)狀：

雖規(guī)范標準不斷改版升級，但即便是參照以前的舊版規(guī)范標準，實際使用的項目有很多也難以達標，有露水露氣的，有結(jié)霜結(jié)露的，影響正常使用，目測就應能斷定項目不具備節(jié)能要求。為什么會出現(xiàn)這么多情況，主要是能量的消耗非肉眼可見或可感知的，只是計量表上的一個冷冰冰的數(shù)字；人們似乎只認為安全問題才是最大的問題，全社會對幕墻玻璃自爆、石材墜落給予極大關(guān)注，每一處玻璃、石材墜落，借助現(xiàn)代媒介，醞釀發(fā)酵迅速傳播，卻往往忽略了建筑節(jié)能在使用過程中的重要性、長期性，只有當室內(nèi)功能影響到正常使用才意識到問題的嚴重性，后知后覺，被動應對。

案例分析：

本文以北方一城市案例為背景，所在地熱工設(shè)計分區(qū)為嚴寒B區(qū)(項目竣工時間為2014年，按舊版GB50189-2005，如按新版則為嚴寒C區(qū))，甲類公共建筑，項目類型為4星級酒店。存在的問題如下：

1、酒店四個角部的三個房間存在嚴重的結(jié)露現(xiàn)象（圖1、圖2），主要部位集中在踢腳及吊頂橫梁，在冬季室內(nèi)集中供暖的情況下室內(nèi)溫度在15度以下，舒適度低。

踢腳橫梁結(jié)露區(qū)（圖1）

吊頂處橫梁結(jié)露區(qū)（圖2）

2、緊鄰設(shè)備層上下兩層房間普遍存在結(jié)露現(xiàn)象，室內(nèi)溫度勉強能達到16度以，但舒適度不高（圖3-圖6）。

設(shè)備層上下房間結(jié)露（圖3）

設(shè)備層內(nèi)景（圖4）

百頁后墻體無保溫層延伸段（圖5）

設(shè)備層測溫點（圖6）

3、裙房石材幕墻膠條密封，有一半位于室內(nèi)，一半位于室外，此處為共享空間，室內(nèi)溫度常年在15度以下（圖7-圖8）。

石材幕墻跨越室內(nèi)外（圖7）

石材幕墻跨越室內(nèi)外（圖8）

4、保健按摩房在冬季室內(nèi)集中供暖的情況下室內(nèi)溫度在15度以下，冬季基本無法正常營業(yè)，商業(yè)活動無法全年開展，如圖9所示為頂部鋁板封修實景照片，收口未作到位，缺少保溫材料充填，右下角的發(fā)泡材料為業(yè)主工程部人員采取的補救措施，經(jīng)查，按摩房窗臺墻鋁板下側(cè)無密封，做法同下圖（圖10-圖11）類似。

保健按摩房屋頂（圖9）

5、女兒墻頂板內(nèi)側(cè)無保溫層，外墻未收口封閉處理，保溫間斷不連續(xù)。

石材女兒墻收口實景（圖10）

鋁板女兒墻收口實景（圖11）

問題分析：

該建筑的標準層，影響大，經(jīng)過對原設(shè)計圖紙比對，發(fā)現(xiàn)層間（非透明區(qū)）采用單層玻璃，這是目前業(yè)界比較流行的降低造價的做法，相較于中空玻璃，成本可以降低1/3以上。圖中的結(jié)露區(qū)位于單層玻璃的上下橫梁處，說明此處橫梁的的室內(nèi)溫度低于露點溫度。根據(jù)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》JGJT 151-2008規(guī)范中的公式計算，當室內(nèi)空氣溫度在20℃時：

相對濕度60%時，結(jié)露溫度為12℃

相對濕度50%時，結(jié)露溫度為9.27℃

相對濕度40%時，結(jié)露溫度為6℃

相對濕度30%時，結(jié)露溫度為1.92℃

相對濕度20%時，結(jié)露溫度為-3.61℃

正常適合人體的室內(nèi)相對濕度為35%-60%，本例約定采用相對濕度為55%時計算。

原設(shè)計如圖12、13，對此設(shè)計采用粵建科MQMC建筑幕墻門窗熱工性能計算軟件對此節(jié)點進行模擬：

單元豎框節(jié)點（圖12）

單元橫框及中橫框節(jié)點（圖13）

模擬結(jié)露分析：

單元豎框模型溫度線（圖14)

單元豎框模型度場（圖15）

單元中橫模型溫度線（圖16）

按建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程第5章結(jié)露性能評價的一般規(guī)定：應采用各個部件內(nèi)表面溫度最低的10%的面積所對應的最高溫度值（T10）,其室內(nèi)側(cè)T10溫度最低僅為-5.6℃。室內(nèi)側(cè)窗臺的最低溫度為（0.21-2.82）℃，室內(nèi)溫度為20℃,相對濕度為55%，露點溫度為9.27℃； 在圖中可以看到，此部分結(jié)露。

從以上的模擬可以看出，其問題主要在于型材采用非斷熱型材及層間單層玻璃：當采用非斷熱型材時，在此位置的框區(qū)域?qū)⑿纬衫錁颍m然設(shè)計上采用了隔熱墊的處理手法，但隔熱墊的厚度過薄，熱阻很小，本質(zhì)上起不到隔熱作用。層間的單層玻璃隔熱效果差，其傳熱系數(shù)K值約為5.6 W/(m2-K)，當冷熱透過玻璃后，外露的橫梁立柱成為冷橋。熱量損失大，導致結(jié)露。

針對以上問題，按如下流程分析并對每步改進措施后的熱工性能匯遍成表：非斷熱型材、斷熱型材、單玻璃內(nèi)側(cè)型材采用保溫棉包覆、單玻玻璃改為LOW-E玻璃。

細部改進分析1：改進斷熱設(shè)計，將隔熱墊改為斷熱條長度14.8mm。

改進豎框節(jié)點（圖17）

改進橫框及中橫框節(jié)點（圖18）

改進中橫模型溫度線（圖19）

可見結(jié)露面溫度提度約4℃。

細部改進分析1.1：橫豎向單層玻璃內(nèi)側(cè)，外露型材采用保溫棉包覆

再改進豎框節(jié)點（圖20）

再改進橫框及中橫框節(jié)點（圖21）

改進中橫模型溫度線（圖22）

可見結(jié)露面溫度又提度約0.8度。

細部改進分析1.2：層間單層玻璃在以上基礎(chǔ)上再改為雙銀LOW-E玻璃

改進后豎框節(jié)點（圖23）

改進后橫框及中橫框節(jié)點（圖24）

改進后橫模型溫度線（圖25）

可見結(jié)露面溫度再提度3℃。平均溫度達到9.3℃，超過相對濕度為55%時的結(jié)露溫度。

從以上漸進式設(shè)計改進措施可以看出，每次采取一種措施，其型材內(nèi)表面就會提高一點，傳熱系數(shù)就是提高一步。熱工性能已經(jīng)有了明顯改善。由于北方氣候干燥，室內(nèi)濕度不高，基本不太可能達到55%，但作為設(shè)計單位，提交的熱工計算資料應當從源頭就該滿足招標文件的要求，不能因為價格競爭的壓力降低品質(zhì)。

GB50189《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》對甲、乙類公共建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能限值均作了規(guī)定，且區(qū)分為透光幕墻及非透光幕墻，非透光幕墻的傳熱系數(shù)明顯要嚴格的多，采用玻璃作為外墻的建筑，其層間位置視同非透光幕墻，要求此部位的熱工邊界條件達到理論要求或近似達到，這是節(jié)能參數(shù)選取的關(guān)鍵所在，也是所有熱工模擬成立的前提條件，本列中項目層間采用單層玻璃，保溫隔熱性本身就差，所有玻璃背部的型材均曝露在保溫層之外，透過單層玻璃的冷熱通過型材迅速傳達到室內(nèi)，導致此部位溫度過低，是造成室內(nèi)結(jié)露的主要因素。另外：型材采用非斷熱設(shè)計，橫向護邊條與橫梁直接接觸，鋁的導熱能力很高，是散熱的主要材料，形成冷橋此為造成室內(nèi)結(jié)露的重要因素。

改進后的傳熱系數(shù)對比分析表如下：由此可以看出，結(jié)露保溫性能均有提高。

傳熱系數(shù)對比表（一）

線傳熱系數(shù)（二）

其它部位改進分析2（針對圖7、圖8的情況）：

豎向封堵節(jié)點（圖26）

豎向封堵節(jié)點三維（圖27）

如圖示的大廳采用大面積的玻璃幕墻，本身節(jié)能效果就差，由于設(shè)計采用的是干法密封即膠條密封，老化、脫落嚴重，因此豎向的隔離帶無論對防火及保溫都極為重要，但經(jīng)查驗圖紙，在承包商A的圖紙顯示此部分為非設(shè)計項，而在承包商B的圖紙上未發(fā)現(xiàn)此部位的設(shè)計，現(xiàn)場的實際情況也無法拆開查看，由此本文不作判斷。但對設(shè)計、施工單位來說對此類型同一幕墻跨越室內(nèi)室外兩個空間的情況，應對隔離帶的設(shè)計及施工重點控制，一旦出現(xiàn)扯皮，節(jié)能效果大打折扣?？蓞⒖紙D28的作法，并在投標報價中對承包范圍的歸屬充分考慮。

其它部位改進分析3：（針對圖3、圖4、圖5、圖6的情況）：

設(shè)備層或避難層因設(shè)計需要多采用百頁或格柵，由于百頁后是一個開放空間，對于上下層的房間來說等同于室外空間，如果要提高相鄰上下兩層房間的舒適度，吊頂及地面均應作保溫層包覆，由其是在冬季寒冷地區(qū)。所以在此類部位的保溫設(shè)計可以按以下兩種形式分別考慮：1、整層均為百頁或格柵外；2、百頁為獨立洞口的情形或外立面形式為整個層間但實際背面為墻體洞口的：對于第一種形式百頁可采用圖28的設(shè)計方法，其中紅色填充區(qū)表示保溫層，粉色填充區(qū)表示上下兩道防火封修層，同時兼作保溫層，所以從節(jié)能角度看，不可以僅作一道防火封修層，以保證保溫效果。對于第二種形式獨立洞口的百葉設(shè)計可采用圖29設(shè)計方法，應有至少1米的保溫層延伸段，保溫層延伸段與上下樓層的保溫層連續(xù)。其室內(nèi)側(cè)梁體也應加設(shè)保溫層并與吊頂保溫連續(xù)，只有通過這樣的細節(jié)設(shè)計才能保證每個房間達標。

百頁保溫墻體節(jié)點示意（圖28）

百頁保溫墻體節(jié)點示意（圖29）

其它部分改進分析4：（針對圖9、圖10、圖11的情況）：

女兒墻的保溫設(shè)計（圖30）

結(jié)束語：

當幕墻、門窗節(jié)能更多的成為理論計算上一排排結(jié)果、模擬圖片，無法實實在在的轉(zhuǎn)化為真正意義上的節(jié)能產(chǎn)品，僅僅作為停留在節(jié)能專項論證、通過審批立項的會議桌上完整碼放的文件；我們是否應當反思如下幾類問題：1、建設(shè)方有沒有專業(yè)人員或團隊從源頭進行細節(jié)管控2、監(jiān)理有沒有起到監(jiān)督作用3、承建方在當下的施工模式下，有沒有存在偷工減料的沖動。4、圖紙設(shè)計水平嚴重制約產(chǎn)品的最終質(zhì)量，應當重新審視熱工計算模擬對設(shè)計細節(jié)的指導意義。

總之，在理論計算上滿足節(jié)能要求的建筑項目，如果實際使用效果不盡人意，那么本質(zhì)上就是未按圖施工或由于設(shè)計水平的缺陷導致的。

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女兒墻頂是節(jié)能保溫較薄弱的環(huán)節(jié)，很多已完工項目，在女兒墻部分不作保溫，導致保溫層無法閉合，存在冷橋。導致本樓層的熱工性能變差，舒適度不高?？蓞⒖紙D30的作法，并在投標報價中充分考慮。

小結(jié)：1、當節(jié)能要求較高時，玻璃為外墻的建筑，層間不宜采用單層玻璃。從熱工角度看梁頂梁底應設(shè)置雙道封修（從防火角度看可于梁底設(shè)置一道封修），且與豎向保溫層連續(xù)無間斷點；非透光幕墻邊界條件目前缺少定義及操作細節(jié)，傳導傳熱對室內(nèi)的結(jié)露有較大的影響，應從完善規(guī)范層面給予解決。

2、斷熱條的長度與框的K值相關(guān)，常規(guī)情況下，斷熱條的長度越長框的K值越低，但當長度達到一定限值時，K值變化不明顯，寒冷地區(qū)不宜采用薄形隔熱墊隔熱。

3、軟件模擬是按理論邊界條件進行的，對單元幕墻來說，因為型材開孔，橫滑芯傳導、縫隙導致的的熱量損失都未考慮在內(nèi)，所以理論計算結(jié)果應留有一定的余量。

4、設(shè)備層及女兒墻的保溫層在任何位置都應當是連續(xù)布置的。

注重細節(jié)設(shè)計提升幕墻節(jié)能效果

責任編輯：符媛