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    建筑門窗幕墻減碳,多條技術路線值得嘗試

    來源:中國建材報  作者:包毅 竇鐵波 杜繼予  日期:2022-8-5
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        建筑門窗幕墻是建筑外圍護結構,是建筑的重要組成部分,也是建筑節能的關鍵部位,它的使用能耗占建筑圍護結構能耗的50%,占建筑總能耗的25%。采取一切必要的措施和有效的技術發展路線,降低建筑門窗幕墻在材料、建造和使用過程中的能耗,是促進建筑行業盡早達到“雙碳”目標的重要路徑之一,也是建筑門窗幕墻高質量發展的必經之路。

      本篇文章內容由[中國幕墻網ALwindoor.com]編輯部整理發布:

      建筑門窗幕墻是建筑外圍護結構,是建筑的重要組成部分,也是建筑節能的關鍵部位,它的使用能耗占建筑圍護結構能耗的50%,占建筑總能耗的25%。采取一切必要的措施和有效的技術發展路線,降低建筑門窗幕墻在材料、建造和使用過程中的能耗,是促進建筑行業盡早達到“雙碳”目標的重要路徑之一,也是建筑幕墻高質量發展的必經之路。

      加強對人工復合新型材料的研發與應用

      現有的建筑門窗幕墻材料,大部分以金屬、玻璃和天然石材為主。這些材料的生產存在能耗高、破壞自然環境和過度消耗天然資源等諸多方面的不利影響,是阻礙“雙碳”達標的因素之一。隨著科學技術的發展,利廢、低耗、輕質、高強的人工復合新型建材正在不斷產生,應該加以研究并探討應用。

      仿真利廢再生材料。天然石材是我國建筑室內外裝修的主要材料,是建筑幕墻離不開的外墻材料之一。石材作為一種不可再生的天然資源,其大規模的開發已給我國自然環境的保護造成了重大影響。目前,采用新技術利用石材廢棄物等制造高仿真板材(詞條“板材”由行業大百科提供)來替代天然石材的產品正在不斷出現。發泡人造石(詞條“人造石”由行業大百科提供)是其中的一種新型綠色環保建材(詞條“環保建材”由行業大百科提供),每平方米板材可添加40%~50%的石材廢料,經采用特殊的發泡生產工藝等技術,使板材具有輕質高強高仿真的良好性能。其體積密度約1.90g/cm³,彎曲強度平均值達到28MPa以上,板材可制成通體的花崗巖、大理石、石灰石、洞石、砂巖、純色陶板等系列產品,裝飾效果自然流暢逼真,是替代天然石材和陶板的最佳產品。

      免燒制品。免燒制品是在常溫非燒結條件下,通過添加無機凝膠和其他增強材料,經壓制或自然條件下養護成型的各類建筑材料,如超高性能混凝土板或構件(簡稱UHPC)、纖維水泥板或構件(簡稱GRC)。免燒制品的最大特點在于生產過程的低能耗,且沒有燒制產品在燒制過程排放的廢氣嚴重污染環境,是節能減排的綠色產品。為了豐富免燒制品的表面裝飾效果,可以在免燒制品表面施加由無機粉末和表面活性劑經化學反應固化形成且具有不同釉面裝飾效果的免燒釉面,以滿足建筑設計的不同表面的裝飾效果。

      復合材料。復合材料是通過性能和構造設計,將不同種類的材料,如金屬、無機非金屬或有機高分子材料(詞條“有機高分子材料”由行業大百科提供)等通過不同復合工藝混合或組合而成,既具有原材料的特性,又在原材料性能上有大幅提升的新型材料。復合材料按其組成分為金屬與非金屬復合材料、金屬與金屬復合材料、非金屬與非金屬復合材料,按其結構特點又可分為纖維增強復合材料和夾層復合材料兩大類。這兩種復合材料在建筑門窗幕墻中均有應用,如纖維增強水泥外墻板、鋁塑復合板、鋁蜂窩板(詞條“鋁蜂窩板”由行業大百科提供)、石材鋁蜂窩復合板、金屬保溫復合板、木型材、塑鋼型材、鋁塑共擠型材、聚氨酯復合型材等。這些復合材料不僅在裝飾外表面保持了原有材料的特點,同時能大幅度提高材料的保溫和力學性能,降低材料用材和節約成本,適合于低能耗建筑門窗幕墻的選用并可節省或替代天然材料的使用。

      開發滿足超低能耗建筑要求的建筑門窗幕墻系統

      建造超低能耗建筑是促進我國建筑行業盡早實現“雙碳”目標的重要路徑,應根據不同的地域、不同的氣候條件,不同的建筑設計,依照低能耗、可再生能源(詞條“可再生能源”由行業大百科提供)利用和滿足室內舒適環境等原則對未來適應超低能耗建筑要求的建筑門窗幕墻系統技術的發展加以研發和應用。

      保溫及隔熱。北方地區超低能耗建筑的建筑門窗幕墻設計是以保溫隔熱作為節能的主要技術措施。目前高保溫性能的門窗在我國已有較多的成熟產品,傳熱系數可達到1.0W/(㎡·K),為超低能耗或被動式建筑(詞條“被動式建筑”由行業大百科提供)提供了必要的條件,而幕墻方面的保溫隔熱性能尚有較大的差距,通常在2.0W/(㎡·K)左右。門窗幕墻的保溫性能,除了采用低傳熱系數的材料,尚需要不斷研發新的有良好高氣密性和保溫隔熱性構造系統的門窗幕墻,如減低門窗幕墻的框窗(窗墻)比是一個值得關注的技術措施。

      遮陽(詞條“遮陽”由行業大百科提供)與通風。與北方地區不同,南方地區低能耗門窗幕墻系統技術除了要有保溫隔熱性能外,更應該注重建筑遮陽和通風技術的研發。南方地區玻璃幕墻由于受到南方沿海地區強臺風的影響,目前極少采用隔熱鋁型材(詞條“鋁型材”由行業大百科提供)作為玻璃幕墻的支承構件,保溫性能主要依靠選擇低傳熱系數的反射中空玻璃來實現,因而玻璃幕墻的傳熱系數一般都比較高,通常在3.0W/(㎡·K)左右。為此開展具有高抗風能力、低傳熱系數玻璃幕墻系統技術的研發,將玻璃幕墻的傳熱系數降至低能耗建筑和近零能耗建筑的要求2.0W/(㎡·K)以下,是目前南方地區玻璃幕墻節能的一個難點和重點。

      南方地區玻璃幕墻節能的另一個重要環節是根據建筑立面(詞條“建筑立面”由行業大百科提供)的不同方位,設置室外水平或垂直的有效的連接可靠的遮陽構造,努力降低幕墻太陽得熱系數(SHGC)來達到節能效果。同時,合理選配玻璃的遮陽系數或選用可致變調光玻璃(電或熱致變)及設置室內遮陽簾等措施,均可有效降低建筑室內的空調能耗。

      玻璃幕墻開啟窗自然通風設計對南方地區室內溫度、濕度和空氣質量的調節有重要作用,能大大降低能耗,是被動式節能的有效措施。近年來,側面開窗的通風技術在玻璃幕墻上有較多的應用,能夠比較好地協調開啟通風與立面效果的矛盾,同時大通風量通風器也在不斷研發中,為玻璃幕墻自然通風技術帶來新的發展方向。

      綠色清潔能源。近年來,隨著薄膜太陽能電池技術的發展,光電轉換效率的迅速提高,制造工藝相對簡單、能耗小、用料少、成本低、可透視、多顏色等優點,使其在不同種類的建筑幕墻,如玻璃幕墻、金屬板幕墻、石材幕墻上都有可以應用的可行性,為光伏幕墻作為未來建筑開源自給清潔能源的主要來源創造了條件。除了光伏(詞條“光伏”由行業大百科提供)幕墻,利用太陽輻射熱能設計光熱幕墻,通過建筑內的能源輸送和交換系統為建筑內部提供熱水或循環可用的熱氣也可降低碳類能源的消耗。

      智能與綠植生態。智能建筑在建筑節能和實現“雙碳”目標中有著重大的作用,應用智能建筑系統對建筑主體內外環境進行監測和信息采集,包括建筑物室內外空氣質量、溫度、濕度、照度、風力、太陽入射角等,以智能自動控制的方式對建筑門窗幕墻中可調節的部位,如可啟閉的窗扇、通風口、遮陽構件和可調光的玻璃等進行適時的調節,來達到改善室內環境和減少能耗的效果。

      用綠色植物根植于建筑立面或預留的空間,以達到改善建筑環境、提高建筑節能、節地和美化建筑效果的綠植生態技術,在建筑設計上已得到初步的應用。在建筑幕墻上引入生態綠植技術,用綠植板塊替代現有幕墻面板,將可極大地提高幕墻的熱工性能,改變建筑周邊環境的空氣質量,為建筑帶來四季變換的清新的視覺享受。

      優化建筑門窗幕墻裝配化技術

      單元式幕墻(詞條“單元式幕墻”由行業大百科提供)門窗系統化是建筑行業中最先邁進建筑裝配化門檻的產品和技術。建筑門窗幕墻裝配化包括了建筑門窗幕墻的設計、制造和現場裝配式施工等主要環節,在實現“雙碳”目標的進程中,我們尚需在原有的基礎上,對各個環節進行優化和深化,使之更加節省人力資源的消耗,提高產品質量和施工效率。

      單元式幕墻的標準化設計是節省設計人力資源的重要部分,單元式幕墻板塊與主體結構的連接構造、板塊間的相互插接構造、外遮陽或裝飾構件與板塊的連接構造、幕墻的收邊及密封處理和幕墻的排水(詞條“排水”由行業大百科提供)系統等,均可依據基本的建筑構造和環境作出標準化的模塊設計,從而實現裝配化設計,達到省時省力高效準確的效果。門窗幕墻加工制造方面,采用參數化設計將經裝配化設計的門窗幕墻大樣圖直接轉換成零件加工圖,并與加工設備直接連接,大大提高加工效率,減少了大量零件加工圖的制作。

      在現場施工方面,孿生智能測量管理系統正在工程施工中逐步形成和應用,它基于空間點云智能分析技術、大數據處理技術和云計算技術的自動化、數字化測量管理系統,運用高精度的三維掃描技術、結合人工智能、軟件算法、BIM技術,逆向形成工程現場的數字模型和數字化預拼裝效果,呈現虛擬的真實工程現場與設計模型的實際誤差,為門窗幕墻的深化設計,特別是多維復雜曲面幕墻的精準下料、拼裝和安裝提供可靠的數據依據,為整個施工流程進行數字化管理,有效實現設計施工過程中的糾偏,更好地實現BIM技術在設計和施工階段的有效應用,提高工程質量和管理效率,減少材料浪費,降低成本,縮短工期。

      目前,門窗幕墻施工人工操作和非標設備的使用比例很大,對施工質量和進度影響較大,為助力“雙碳”目標的實現,施工設備的機械化、標準化、智能化尚有待進一步的提高和完善。

      既有建筑門窗幕墻安全維護及節能改造技術

      我國建筑門窗幕墻行業從20世紀80年代初開始起步,歷經40年來的發展,現已積累了大量的既有建筑門窗幕墻。早期建筑門窗幕墻所采用的材料、設計和節能理念落后和缺失,導致既有建筑門窗幕墻中存在諸多的安全和節能問題。通過對既有建筑門窗幕墻實施全面的強化安全檢查和維護維修來延長門窗幕墻的有效工作年限,采用新的節能材料和改造技術來減少既有建筑門窗幕墻的能耗,改善室內宜居環境,是助力既有建筑朝著“雙碳”目標發展的主要技術途徑。

      我國早期的既有建筑門窗幕墻大多是單層熱反射玻璃幕墻,基本上只起到一個隔離室內外空間的圍護效果,節能效果較差,對其進行節能改造是實現“雙碳”目標迫在眉睫的工作。玻璃微中空改造是在既有建筑門窗幕墻的玻璃上,使用干燥和密封技術,用一片低輻射玻璃與原有的玻璃一起在幕墻室內側組合成中空玻璃的節能改造方法,可以大大提高原有門窗幕墻的節能性能和室內環境的舒適度。對于室內側具有較大空間的玻璃幕墻,還可以應用內通風雙層幕墻的系統原理,在單層玻璃幕墻的室內側附加一層玻璃來提高幕墻的保溫隔熱功能,形成有效的節能和室內環境改善的效果。

    (作者單位:深圳市新山幕墻技術咨詢有限公司)

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    專家介紹

     杜繼予

    鋁門窗幕墻委員會專家組

    工作單位:深圳市新山幕墻技術咨詢有限公司

    技術職稱:教授級高工

    專業:本人自一九八五年起專門從事建筑幕墻、鋁質門窗的專項設計,加工制作,施工管理及專業技術和管理工作的咨詢顧問。 其他社會職務 建設部幕墻門窗標準化技術委員會專家組副組長等

    專長:建筑幕墻、鋁質門窗的技術開發,設計、咨詢顧問及施工管理。

    原文地址:http://www.52mqw.com/info/2022-8-5/49453-1.htm
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