既有高層辦公建筑外立面改造節能技術研究——以濟南市歷下政務大廈為例

崔艷秋，劉筱，魏瑞涵

(1.山東建筑大學 山東省建筑節能技術重點實驗室，山東 濟南 250101;2.山東建筑大學 可再生能源建筑利用技術教育部重點實驗室，山東 濟南 250101)

0 引言

山東省是能源消耗大省，既有民用建筑面積有10.6 億m2，其中95%以上是非節能建筑，單位面積能耗比同氣候條件下發達國家高2～3 倍［1］，其中既有建筑中辦公建筑能耗巨大，是普通居民住宅的10～20 倍，且既有建筑中外圍護結構的熱工性能較差，通過外墻的熱損失約占外圍護結構總能耗的48%，因此做好既有高層建筑的節能改造，尤其是建筑外墻的節能改造，對推動建筑節能工作具有重大意義［2－3］。本文結合濟南市歷下政務大廈的立面改造工作，對既有高層辦公建筑的外墻進行了相關節能改造技術研究和實踐。

1 工程概況

濟南市歷下大廈為20 世紀90年代中期設計建設的高層辦公建筑(圖1)，總建筑面積為43655m2，地上26 層，地下2 層，總高為92.1m，建筑結構類型為框架剪力墻結構。歷下大廈原外墻飾面三層以上主要是外墻涂料，經過十余年的使用發現，外墻已明顯出現漆面褪色、掉色;漆皮起鼓開裂;甚至局部也已出現脫落，且脫落后露出底層水泥的顏色(圖2)，與主體墻面的差異較明顯，其立面效果十分影響政府辦公建筑的形象和美觀。因此，業主決定對其實施外立面更新改造。

圖1 歷下大廈原貌

圖2 歷下大廈外墻照片(局部脫落)

通過多次論證，歷下大廈外立面的改造方案，在尊重原建筑的風格特點的基礎上，進一步突出了立面高聳挺拔的外型特征，確定的改造方案為圖3。其外立面實墻部分采用外掛鋁板飾面，原窗部分改為可開啟的玻璃幕墻，鋁板與玻璃在同一立面上形成了組合幕墻，外觀形式上突出了虛實對比，充分展現了辦公建筑的莊重、大氣，立面效果煥然一新。

圖3 歷下大廈新貌

2 外墻節能改造思路和方法

為貫徹《山東省公共機構節能管理辦法》中關于“公共機構既有建筑進行改建、裝修、加固時，必須同時考慮節能改造的內容，同步設計，同步施工”的規定，結合歷下大廈的外飾面改造工作，探討同步實施保溫節能改造的思路和方法。不僅可美化建筑立面效果，同時也可進一步改善外墻的熱工性能，減少建筑能耗，從而符合國家相關政策要求。

2.1 外墻節能現狀分析

該建筑原外墻主體部位構造做法如圖4，通過計算得知各部位傳熱系數見表1。從表1 可以看出，該工程外墻主體部分的傳熱系數為2.174 W/(m2·K)，遠高于J1078—2006《公共建筑節能設計標準》中規定的外墻傳熱系數的標準限值0.60 W/(m2·K)，因此，通過外墻損失的能耗很大。

圖4 建筑外墻主體部位構造做法

表1 外墻主體部分傳熱系數計算表

該墻體在外飾面改造的同時應同步進行保溫節能的改造。

2.2 保溫方式的選擇

目前可選擇的保溫改造方式主要有內保溫和外保溫［4］。對于既有高層建筑來講，選用內保溫改造方式，將會占用室內的使用面積，不利于室內裝修，給安裝空調、電話及其他飾物帶來不便;且在施工中會影響用戶正常的辦公使用;同時還會使內隔墻和樓板處的保溫層出現斷點、產生熱橋，加大墻體熱損失;此外局部墻體內表面溫度較低，將影響房間的舒適度甚至會引起結露現象［5］;因此，對于該工程來說，為滿足施工期間業主的正常辦公需求，有效防止冬季外墻內表面潮濕、結露;并且不減少室內的使用面積，有利于房屋內部的裝修以及設備的釘掛;還考慮到為實現該建筑立面效果，而采用的骨架裝配式墻面改造系統的特點等問題，宜選擇外保溫方式對該外墻實施保溫節能改造。

2.3 保溫材料的選擇

近幾年，山東省常用的建筑外墻保溫材料主要包括三大類，一類是無機保溫材料，以巖棉、玻璃棉為主;保溫性能良好，自身不存在防火安全問題。第二類是有機無機復合保溫材料，以膠粉聚苯顆粒保溫砂漿為主，膠粉聚苯顆粒在受熱時，通常包含的聚苯顆粒會軟化并熔化，但不會發生燃燒，通常認定為難燃性材料;第三類是有機保溫材料，以熱塑性聚苯乙烯泡沫塑料和熱固性聚氨酯硬泡為主，聚苯乙烯由炭氫元素組成，極易燃燒;聚氨酯硬質泡沫內部發泡體本身的厚度較薄，切開后暴露在空氣中的表面積相對較大，與密實材料相比，在受火狀態下更容易分解并燃燒［6］。因此，基于歷下大廈外立面選擇的干掛鋁塑板飾面，從構造上應避免采用第二類濕作業施工的保溫材料，而可選用巖棉、玻璃絲棉及聚氨酯硬泡為保溫材料。其主要技術性能比較參見表2。

表2 保溫材料技術性能對比表

由表2 可看出，三者的熱工性能指標均較好，尤其聚氨酯硬泡的導熱系數最低，熱工性能最優越。但鑒于近幾年，外墻外保溫工程引發的火災頻繁，在外墻外保溫工程中大量使用的有機保溫材料，其遇火時使火災迅速蔓延，同時釋放出大量的煙、毒氣和熱量，將嚴重危害人們的健康和生命安全，如在北京、上海、沈陽等城市曾造成重大事故。而對于既有建筑的改造工程中，往往是在室內人們正常使用著的情況下進行施工，一旦火災發生，更會造成重大損失。在選擇本方案外墻外保溫材料時，其防火問題是業主最為擔心和關注的。因此，從防火方面考慮，應首選無機保溫材料，即可選用巖棉或玻璃絲棉，為A 級不燃材料。其在施工和使用過程中自身不存在防火安全問題。另外，玻璃絲棉的纖維韌性大，且潮濕環境下穩定性好，在施工過程中相對安全，且其性能上比巖棉容重低、渣球含量少、導熱系數低、使用年限長，并且不產生有害氣體;且具有良好的抗老化性能、降噪性能，以及保溫隔熱性能，因此，綜合以上防火、施工及保溫性能等因素，該外墻選用了玻璃絲棉作為保溫材料。

總之，為保證改造效果，結合墻面改造方案及外墻熱工現狀，做好保溫方式、材料的選擇將成為滿足外墻節能要求的重要因素［7］。

3 外墻改造節能構造技術研究

該建筑立面改造采用了骨架裝配式墻面系統，該系統主要由龍骨、鋁塑板及保溫材料等組成。為進一步保證建筑效果以及外墻節能要求，做好該系統的細部構造設計成為關鍵因素。

3.1 系統的連接與固定

為了保證改造工作的結構可靠性、安全性，增強系統中金屬件的耐蝕性、耐磨性、絕緣性、耐熱性，該系統選用的龍骨、支座和緊固件均經過了鍍鋅處理，強度較高的自攻螺釘也經過了陽極化處理;在墻面保溫層的施工方式上，考慮到原墻表面局部已出現脫皮、裂縫等現狀，為盡量減少對原墻面的基層處理工序，采用了在原墻面與鋁塑板之間以錨固釘掛玻璃絲棉的構造方式。另外，為了保證幕墻安裝的牢固性，首先在墻面上安裝輕鋼龍骨及其支撐體系，即用自攻釘將龍骨固定于建筑的圈梁上，然后在龍骨間固定保溫玻璃絲棉、鋁箔，再采用自攻螺釘將鋁塑板固定在輕鋼龍骨上作為飾面覆蓋層，構造如圖5所示。另外鋁塑板之間全部采用了彈性材料耐候膠密封，安裝可靠、密封性能好、抗風壓性能好，從而提高了墻面系統的保溫性、耐久性和整體性。

3.2 細部節點設計

在歷下大廈的立面改造過程中，細部構造設計是保證改造后建筑美觀、建筑安全的關鍵因素，也是保證節能效果的重點，其中外立面的陽角、陰角、窗洞口、勒腳等部位均需進行特殊處理。

圖5 保溫系統總體構造層次

(1)由于保溫系統的陰、陽角容易出現因保溫材料連接不當造成的保溫漏洞，容易產生墻面熱橋的現象，所以在該建筑保溫系統施工過程中，陽角和陰角處玻璃絲棉板應采用如圖6a、圖6b 所示的拼裝方式，該部位在構造上做到了整體包覆，消除了熱橋，轉角處的L 形一體板，不僅保證外墻面轉折處無縫隙，不易受損，同時也使立面效果更加美觀和堅固。

(2)由于立面窗洞口處保溫材料需斷開，為防止水分滲入，此處玻璃絲棉需要特殊的防水構造設計(圖6c)，在窗洞口的終止處設計鋪設了防水密封材料及鋁箔加強保護層，從而保證建筑整體的保溫效果。

(3)在勒腳處的底部收口部位，為了避免保溫材料受潮，降低保溫性能，設置了網孔收口板(圖6d)，使進入幕墻內部的潮濕空氣能夠迅速地通過循環的對流空氣排出去，以保持外墻面的干燥，保證建筑整體的保溫效果。同時也可使金屬板裝飾內外層實現等壓，減少了板面所承受的風荷載壓力，使墻飾面系統更加美觀和堅固。

圖6 細部節點構造詳圖

4 結語

高層辦公建筑的外飾面改造的同時實施節能改造技術在山東省尚處于(探索)起步階段，目前尚存在許多空白和技術難點。本文以濟南市歷下大廈的外墻立面改造工程為例，綜合建筑的美觀要求以及節能要求，提出了高層辦公建筑外墻節能改造的思路和方法，根據工程實際情況，選擇了合理的保溫系統，重點研究了該保溫系統中陽角、陰角、窗洞口及勒角這些關鍵部位的細部節點設計方法的構造做法，并針對每個細部節點經常出現的問題，提出了解決措施，從而保證了建筑整體的美觀及節能效果。本文為高層辦公建筑的外墻節能改造工作提供了技術參考。

［1］山東省墻體材料革新與建筑節能“十一五”發展規劃［R］.山東省建設廳，2007.

［2］清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告2010［M］.北京:中國建筑工業出版社，2010.

［3］楊杰.建筑外墻外保溫技術體系發展分析［J］.山東建筑大學學報，2010，25(1):70－73，84.

［4］馬保國.蹇守衛，鄒定華.外墻外保溫應用技術［M］.北京:化學工業出版社，2007.

［5］張文江，馮謙.EPS 外墻外保溫結露隱患的分析及應對策略［J］.建筑節能，2007，35(8):18－19.

［6］JGJ144—2004，外墻外保溫技術規程［S］.

［7］張學恒，劉筱，趙成光.濟南EPS 板外保溫工程存在問題及防治對策［J］.山東建筑大學學報，2009，24(5):468－471.