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        節(jié)能技術(shù)在建筑幕墻設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

        2021-03-31 10:52:20張龍海董業(yè)廷許方輝
        城市建筑空間 2021年8期
        關(guān)鍵詞:建筑設(shè)計(jì)

        張龍海,董業(yè)廷,許方輝

        (中建八局第一建設(shè)有限公司,山東 濟(jì)南 250100)

        0 引言

        近年來(lái),建筑行業(yè)逐漸認(rèn)識(shí)到“綠色”“節(jié)能”的重要性,在設(shè)計(jì)階段也得到體現(xiàn)。建筑幕墻設(shè)計(jì)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù),也可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)性的目的。實(shí)際上,在建筑幕墻設(shè)計(jì)階段,最主要的是優(yōu)化建筑外結(jié)構(gòu),保證外觀(guān)裝飾性,延長(zhǎng)使用期限。幕墻的設(shè)計(jì)與應(yīng)用必然帶來(lái)大量的資源損耗,是節(jié)能性目標(biāo)實(shí)現(xiàn)最關(guān)鍵的影響因素?,F(xiàn)階段建筑設(shè)計(jì)行業(yè)確定了綠色、節(jié)能的發(fā)展理念,節(jié)能技術(shù)是建筑幕墻設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素,要在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)發(fā)揮優(yōu)勢(shì),減少資源與能源損耗。

        1 工程概況

        某寫(xiě)字樓工程采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu),建筑總層數(shù)為13層,建筑高度為39m,建筑面積為4.56萬(wàn)m2,抗震烈度設(shè)計(jì)為8度,屬于高級(jí)辦公建筑。前期設(shè)計(jì)階段針對(duì)該建筑外立面、西立面進(jìn)行幕墻設(shè)計(jì),其中西立面進(jìn)行鋁合金隔熱窗設(shè)計(jì),面積為1 285m2,外立面分別進(jìn)行隱框玻璃幕墻、干掛石材幕墻和鋁塑復(fù)合板的設(shè)計(jì),面積分別為5 200,5 500,1 900m2。按照設(shè)計(jì)要求,本次寫(xiě)字樓工程的幕墻設(shè)計(jì)需達(dá)到節(jié)能目標(biāo)要求,為此展開(kāi)如下討論。

        2 建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)要求

        建筑幕墻設(shè)計(jì)工作需要提前分析附近環(huán)境,了解環(huán)境溫度、光照與氣候條件,關(guān)于建筑物所在朝向、高度與功能,也需要體現(xiàn)在節(jié)能設(shè)計(jì)中。選擇節(jié)能技術(shù)時(shí),應(yīng)搭配施工技術(shù)共同分析,總結(jié)建筑幕墻設(shè)計(jì)可能存在的影響因素,重點(diǎn)關(guān)注采光、遮陽(yáng)、傳熱性與水密性等性能,創(chuàng)建幕墻設(shè)計(jì)狀態(tài)指標(biāo)。建筑幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)要綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂?,根?jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、幕墻功能和性能,科學(xué)選擇形式、材料、構(gòu)造。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,將幕墻當(dāng)作建筑物的一部分,與設(shè)計(jì)人員、暖通項(xiàng)目負(fù)責(zé)人實(shí)時(shí)交流,避免出現(xiàn)專(zhuān)業(yè)方面的問(wèn)題,保障建筑幕墻設(shè)計(jì)質(zhì)量。

        3 建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)的材料選擇

        科學(xué)選擇節(jié)能材料是建筑幕墻設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常見(jiàn)的幕墻材料有玻璃、型材等,考慮到節(jié)能要求,挑選材料時(shí)還要注重節(jié)能環(huán)保。如果選擇節(jié)能型玻璃,該材料是建筑幕墻非常重要的材料,因?yàn)樯婕暗臒峤粨Q面積較大,所以節(jié)能設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。關(guān)于節(jié)能型玻璃的選擇,應(yīng)該按照玻璃實(shí)際位置進(jìn)行判斷。例如,建筑朝向南、接受日光照射時(shí)間較長(zhǎng),需要通過(guò)玻璃阻隔太陽(yáng)輻射,達(dá)到降低空調(diào)負(fù)荷的效果。基于此,建議玻璃選擇的重點(diǎn)放在吸熱性強(qiáng)、熱反射性強(qiáng)2個(gè)方面,如中空玻璃同時(shí)具備這2項(xiàng)優(yōu)勢(shì);如果建筑地處于冬季較為寒冷的北方,要選擇熱傳導(dǎo)控制能力好的玻璃,輻射比較低。

        節(jié)能型玻璃按照不同的形式有5種,即陽(yáng)光控制鍍膜玻璃、夾層玻璃、低輻射玻璃、中空玻璃、真空玻璃。

        1)陽(yáng)光控制鍍膜玻璃 基于常規(guī)玻璃進(jìn)行鍍膜,通過(guò)金屬化合物膜增強(qiáng)玻璃的色澤與美觀(guān)性,還可以起到控制太陽(yáng)光射入室內(nèi)的作用,降低空調(diào)負(fù)荷。如果采用該類(lèi)型玻璃,所帶來(lái)的透射率、反射率也比較好,有效吸收紫外線(xiàn),保證室內(nèi)采光和透視度。

        2)夾層玻璃 夾層玻璃具有良好的韌性,由2片以上的玻璃組成,屬于復(fù)合型玻璃。夾層玻璃包含中間層、外表層,中間層制作采用透明有機(jī)材料,對(duì)工藝有非常高的要求,需要保證抗震性與抗沖擊性,即便受到?jīng)_擊也可以抵抗外部沖擊對(duì)室內(nèi)環(huán)境舒適度造成的干擾。

        3)低輻射玻璃 低輻射玻璃可見(jiàn)光度、透光率良好,可有效阻隔紅外線(xiàn),在隔熱、室內(nèi)采光與節(jié)能等方面均有較明顯的優(yōu)勢(shì)。冬季保證室內(nèi)熱量與溫度,夏季杜絕太陽(yáng)光輻射至室內(nèi),同時(shí)保證節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性。

        4)中空玻璃 中空玻璃是由2片以上玻璃組成,密封膠可以將組合玻璃之間的空間隔斷,起到隔聲、隔熱的作用。除此之外,中空玻璃質(zhì)量輕、負(fù)載小,有助于減小建筑負(fù)荷。

        5)真空玻璃 應(yīng)用支撐物分離玻璃,附近全部密封,從而在玻璃內(nèi)形成真空層。換言之,真空玻璃是將中空玻璃內(nèi)部空氣抽走之后,使對(duì)流、傳導(dǎo)傳熱消除,以此達(dá)到隔熱效果。真空玻璃空腔有限,中間支柱分布均勻,相較其他種類(lèi)隔熱玻璃,其制作工藝繁瑣,加上有分割支柱存在,必然會(huì)對(duì)實(shí)際應(yīng)用的美觀(guān)性帶來(lái)影響。

        除了玻璃這一重要材料外,鋁合金斷熱型材也十分關(guān)鍵,主要起到支撐龍骨作用,與普通鋁型材相比,具有良好的節(jié)能性。如果幕墻設(shè)計(jì)選擇隔熱斷熱鋁合金型材,隔斷塑料導(dǎo)熱系數(shù)有限,設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的持續(xù)性隔熱區(qū)域,需要應(yīng)用到隔熱條分割鋁合金結(jié)構(gòu)。實(shí)際上這種隔熱條導(dǎo)熱系數(shù)較小,對(duì)比鋁合金,兩者的力學(xué)性能卻相同,以免因?yàn)闊崦浝淇s出現(xiàn)鋁型材和隔熱條脫落的現(xiàn)象,有效承受外部環(huán)境壓力作用。

        4 建筑幕墻設(shè)計(jì)中的節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用

        4.1 光電幕墻技術(shù)

        光電幕墻可以同時(shí)保證美觀(guān)性、隔熱、發(fā)電、隔聲等多種功效,既能夠滿(mǎn)足人們對(duì)幕墻的使用需求,又具有智能性。結(jié)合光電幕墻技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),可以將其作為太陽(yáng)能光電池技術(shù),建筑幕墻設(shè)計(jì)階段,尤其是光電幕墻的設(shè)計(jì),要加強(qiáng)抗震性、抗壓性、抗風(fēng)性,以保證建筑幕墻及建筑物安全。另外,設(shè)計(jì)階段針對(duì)幕墻外觀(guān)的美觀(guān)性、水密性、氣密性、隔聲性與保溫性等,也要結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)要求予以強(qiáng)化。幕墻骨料內(nèi)有大量空腔,將墻面、幕墻技術(shù)與太陽(yáng)能光電技術(shù)充分融合,便可組建功能型幕墻。

        4.2 節(jié)能百葉技術(shù)

        建筑幕墻設(shè)計(jì)中,節(jié)能百葉技術(shù)應(yīng)用最普遍,可有效降低室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷,調(diào)整太陽(yáng)光照射,保證室內(nèi)居住舒適度。然而,節(jié)能百葉技術(shù)主要采用百葉這一材料,該材料的節(jié)能效果有限,并且會(huì)在應(yīng)用中影響建筑幕墻的美觀(guān)性。

        4.3 雙層幕墻技術(shù)

        建筑幕墻設(shè)計(jì)中的雙層幕墻由內(nèi)、外兩層幕墻組成,利用相關(guān)裝置加強(qiáng)保溫、隔熱與通風(fēng)等效果。目前在建筑幕墻設(shè)計(jì)中,雙層幕墻技術(shù)會(huì)應(yīng)用封閉、敞開(kāi)式的結(jié)構(gòu),搭建緩沖空氣空間,加強(qiáng)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的有效性與靈活性。除此之外,雙層通風(fēng)幕墻技術(shù)也是其中一種設(shè)計(jì)技術(shù),包括兩層幕墻,同樣分為內(nèi)、外兩層。內(nèi)層為具有斷熱、隔熱性能的明框幕墻,外層為單層玻璃、非斷熱型材組成幕墻,內(nèi)、外層中間部位空間有熱通道,處于相對(duì)封閉狀態(tài),始終和內(nèi)層幕墻的外表面進(jìn)行熱交換。即使冬季氣溫低,通風(fēng)層關(guān)閉進(jìn)、排風(fēng)口之后,換氣層也可以在陽(yáng)光照射下提升室內(nèi)溫度與內(nèi)層玻璃溫度,達(dá)到減少建筑熱能耗損的目的。待天氣回暖,再將換氣層風(fēng)口打開(kāi),排除通風(fēng)間層熱量,使內(nèi)層玻璃外表面溫度降低,也可以減少能源消耗。

        4.4 生態(tài)幕墻技術(shù)

        數(shù)字化時(shí)代,建筑幕墻節(jié)能技術(shù)的種類(lèi)越來(lái)越豐富,生態(tài)幕墻技術(shù)具有技術(shù)性、人性化的特點(diǎn),在幕墻設(shè)計(jì)中得到廣大設(shè)計(jì)者的青睞,能夠了解人們的生活需求,在建筑幕墻設(shè)計(jì)中深入融合,加強(qiáng)環(huán)境舒適度。應(yīng)用生態(tài)幕墻技術(shù),在設(shè)計(jì)中需要增設(shè)生物氣候緩沖層,避免對(duì)周?chē)h(huán)境質(zhì)量帶來(lái)影響,也有利于節(jié)省資源。

        4.5 太陽(yáng)光變向照明技術(shù)

        建筑領(lǐng)域使用可再生資源,已經(jīng)成為節(jié)能目標(biāo)要求下的一項(xiàng)有效舉措。建筑幕墻設(shè)計(jì)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù),也可以利用太陽(yáng)能替代其他設(shè)計(jì)能源,達(dá)到節(jié)能環(huán)保效果,并且可以減少因幕墻設(shè)計(jì)導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題。建筑幕墻設(shè)計(jì)過(guò)程中,采用太陽(yáng)光變向照明技術(shù)可以代替遮陽(yáng)技術(shù),以免遮陽(yáng)技術(shù)中幕墻發(fā)揮反射作用,使太陽(yáng)光線(xiàn)進(jìn)入室內(nèi),反射至室內(nèi)天花板、功能區(qū),不但會(huì)對(duì)室內(nèi)照明環(huán)境帶來(lái)直接影響,還會(huì)降低居住舒適度。太陽(yáng)光變向照明技術(shù)可保證照明效果,采用的照射方式也更加柔和、均勻,無(wú)須大量電能消耗。

        例如,建筑幕墻設(shè)計(jì)采用遮陽(yáng)系統(tǒng),將部分太陽(yáng)光阻隔在室外。如果室內(nèi)房間朝陽(yáng),則設(shè)計(jì)遮陽(yáng)系統(tǒng)便可以很好地達(dá)到節(jié)能、隔熱的效果。若太陽(yáng)光直射至室內(nèi),一方面會(huì)增加空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷,另一方面還會(huì)降低環(huán)境舒適度。利用遮陽(yáng)系統(tǒng),在確保室內(nèi)良好采光條件的基礎(chǔ)上,有效降低空調(diào)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)的能源消耗。設(shè)計(jì)人員將遮陽(yáng)系統(tǒng)和建筑幕墻設(shè)計(jì)結(jié)合,可以選擇垂直、水平、擋板等多種遮陽(yáng)方式,按照建筑功能、周?chē)h(huán)境條件等優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,精準(zhǔn)計(jì)算建筑幕墻各項(xiàng)參數(shù),可以提高建筑幕墻的節(jié)能性。

        5 結(jié)語(yǔ)

        新時(shí)代,建筑行業(yè)面臨節(jié)能環(huán)保這一要求,建筑幕墻設(shè)計(jì)也要設(shè)定節(jié)能目標(biāo),減少幕墻材料、技術(shù)等帶來(lái)的能源耗損。采用節(jié)能技術(shù),既可以保證建筑幕墻的美觀(guān)性、功能性,又能減少能源消耗,避免對(duì)周?chē)h(huán)境帶來(lái)影響,符合建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求。

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