清華大學(xué)超低能耗示范樓建筑幕墻技(一)

    摘  要： 2005年3月22日，我國首座超低能耗示范樓在清華大學(xué)落成，該項目集多種建筑新技術(shù)新材料于一體。僅建筑外圍護結(jié)構(gòu)的門窗幕墻系統(tǒng)中就采用了雙層幕墻系統(tǒng)、遮陽百葉系統(tǒng)、光電幕墻系統(tǒng)、高保溫性能鋁合金門窗系統(tǒng)、真空玻璃、雙中空雙Low-E等新技術(shù)新材料。文章對該項目建筑幕墻系統(tǒng)進行了介紹，可供大家對低能耗示范樓有所了解，同時供相關(guān)技術(shù)人員在進行建筑幕墻的設(shè)計時參考。


    關(guān)鍵詞： 低能耗建筑  外圍護結(jié)構(gòu)  建筑幕墻  設(shè)計

    1 前言
    由中國工程院院士、清華大學(xué)江億教授主持設(shè)計的我國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年奧運建筑的“前期示范工程”，它集中體現(xiàn)了“科技奧運、綠色奧運”的理念。示范樓內(nèi)集中展示了近百項國內(nèi)外最先進的建筑節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品，是我國第一個集示范、展示、試驗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)，冬季可基本實現(xiàn)零采暖能耗，夏季空調(diào)耗能量僅為常規(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節(jié)能技術(shù)，能耗水平遠低于常規(guī)建筑的建筑物。清華大學(xué)超低能耗示范樓主要運用了如下建筑節(jié)能新技術(shù)：


    2.1 智能圍護結(jié)構(gòu)：


    超低能耗樓的外圍護結(jié)構(gòu)體系主要是針對可調(diào)控的智能型外圍護結(jié)構(gòu)進行研究，使其能夠自動適應(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)、太陽能利用等進行綜合分析，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、保溫門窗、采光頂）綜合傳熱系數(shù)K<1W/(m2.k)，太陽得熱系數(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)計階段利用相關(guān)軟件計算結(jié)果為冬季建筑物的平均熱負荷僅為0.7W/m，最冷月的平均熱負荷只有2.3W/m，如果考慮室內(nèi)人員、燈光和設(shè)備等的發(fā)熱量，基本可實行冬季零采暖能耗。夏季最熱月整個圍護結(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 相變蓄熱活動地板：冬季白天可蓄熱存由玻璃幕墻和窗戶進入室內(nèi)的太陽輻射熱，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，負責(zé)熱壓通風(fēng)。在幕墻上設(shè)開啟扇，使室外空氣在風(fēng)壓下流過建筑。


    2.4 可再生能源系統(tǒng)：光電幕墻、太陽能空氣集熱器、太陽光采光技術(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，國內(nèi)的通風(fēng)式雙層幕墻類型較多，但歸納起來主要可分為兩類：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)道寬度可供人進入進行維護和保養(yǎng)的歸為寬通道式，將通風(fēng)道寬度設(shè)計不供人進入的歸為窄通道式。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、出通風(fēng)口，通過外層幕墻完成通風(fēng)、換氣，內(nèi)層幕墻實現(xiàn)保溫隔熱功能；內(nèi)循環(huán)式是指外層幕墻實現(xiàn)保溫隔熱功能，內(nèi)層幕墻設(shè)進、出風(fēng)口，完成通風(fēng)、換氣；混合循環(huán)式是通過內(nèi)外層幕墻上的進、出風(fēng)口的不同開閉形式，實現(xiàn)在不同季節(jié)下的最優(yōu)組合。


    為了測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)層為下懸開啟的8mm厚單層玻璃，通道內(nèi)設(shè)置50mm寬電動遮陽百葉。工作時，通過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，在夏季開啟空調(diào)時，利用室內(nèi)的低溫空氣來冷卻由于太陽輻射而造成過熱的空氣夾層。


    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：機械通風(fēng)；夾層設(shè)計通風(fēng)量：20~60 m3/(h.m立面寬)。


    幕墻外側(cè)設(shè)置有太陽輻射傳感器以及照度傳感器，通過實際的測量數(shù)據(jù)來控制通道內(nèi)百葉的升降與旋轉(zhuǎn)角度，同時通過通道內(nèi)的溫度傳感器來控制通道的進風(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)置電動遮陽百葉，為加大通風(fēng)量，在通道頂部設(shè)置機械通風(fēng)器。為便于百葉的清潔在內(nèi)層設(shè)置內(nèi)開窗。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械通風(fēng)器供電。室外輻射越強，通道溫度越高，與此同時光伏發(fā)電量也增加，風(fēng)機的排風(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 ；電動百葉寬：25mm；通風(fēng)方式：機械通風(fēng)。夾層設(shè)計通風(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、出風(fēng)口，進、出風(fēng)口高度均為600mm高，采用電動開啟，內(nèi)層幕墻局部設(shè)置鋁合金斷熱內(nèi)平開窗，在雙層幕墻間設(shè)置了50mm寬可調(diào)電動百葉，可上、下及旋轉(zhuǎn)運動。在距進風(fēng)口下每隔300mm設(shè)置兩個200mm寬鏡面不銹鋼反光板，以彌補在內(nèi)置遮陽百葉關(guān)閉的情況下可能對室內(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，以保證整個幕墻的保溫隔熱要求。另外，為檢測不同的通風(fēng)高度對保溫性能的影響，將B~C軸雙層幕墻一至三層的通風(fēng)道連通，結(jié)合每層進出風(fēng)口開閉，實現(xiàn)不同通風(fēng)高度的情況下對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；電動百葉打開方式：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窗

    斷熱鋁合金門窗在國內(nèi)特別是北方地區(qū)的建筑中已越來越普及，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窗的5.0~6.7W/m2.K提高到現(xiàn)在的2.2~3.0W/m2.K。但為滿足示范樓工程超低能耗的要求，設(shè)計在傳統(tǒng)斷熱鋁合金窗的截面形式上做了較大的改進，將斷熱條的寬度增大到20mm，開啟扇玻璃選用了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，傳熱系數(shù)達到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，克服了開啟扇由于雙中空玻璃自重過大而可能引起的下墜現(xiàn)象。


    3.3 外遮陽百葉系統(tǒng)

    外遮陽百葉系統(tǒng)是近年來公共建筑為減少太陽輻射得熱采用的一種新型外遮陽形式，在超低能耗示范樓的兩個立面上均選用了外遮陽系統(tǒng)。如圖8。

    示范樓工程中所采用的外遮陽電動鋁合金百葉系統(tǒng)，鋁合金截面寬600mm，東立面采用了水平遮陽百葉和垂直遮陽百葉，南立面只采用了水平遮陽百葉，通過電動開窗機完成鋁合金遮陽板的開啟、關(guān)閉以及調(diào)節(jié)其開啟角度。

水平遮陽百葉參數(shù)：長度 5000mm， 3000mm，（兩種）；寬度 600mm, 間距 590mm；百葉控制方式：每兩層水平百葉由一個電動執(zhí)行器控制開啟，最大張角達135º。


    垂直遮陽百葉參數(shù)：高度 3700mm，寬度 600mm，間距 590mm；百葉控制方式：每兩個柱間的百葉由一個電動執(zhí)行器控制轉(zhuǎn)角，最大轉(zhuǎn)動角度為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，在面板與保溫棉層間設(shè)有140mm寬的空氣層，通過多種保溫措施，極大地提高了鋁板幕墻的整體保溫性能，達到了技術(shù)要求。


　　未完待續(xù)...... 　　

轉(zhuǎn)載時需注明出處：中國幕墻網(wǎng) m.voipdoor.net
我要評論 (已有*人參與評論)
上一篇：鋁合金斷熱窗的改進設(shè)計與節(jié)能分析(二) 下一篇：清華大學(xué)超低能耗示范樓建筑幕墻技術(shù)(二)	【回到頂部】