注重細節設計提升幕墻節能效果

文/浙江建工幕墻裝飾有限公司 杜東新 胡恒

注重細節設計提升幕墻節能效果

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，與現行的規范要求想背離，雖然大量的節能技術手段在使用，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，為同業者進行相關設計時提供參考。

傳熱系數 玻璃幕墻 層間玻璃 節能 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量巨大，浪費嚴重。在公共建筑的全年能耗中，供暖空調系統的能耗約占10%～50%，照明能耗約占30%～40%，其他用能設備約占10%～20%。而在供暖空調能耗中，外帷護結構傳熱所導致的能耗約占20%～50% (夏熱冬暖地區大約20%，夏熱冬冷地區大約35%， 寒冷地區太約40%，嚴寒地區大約50%)。外帷護結構傳熱所導致的能耗占比最大，氣候越寒冷地區情況越明顯。

規范依據：

2015.10 .01實施的新版GB50189-2015《公共建筑節能設計標準》,對維護結構的熱工性能指標進一步的提高，標準或規范的提高，有利于改善公共建筑的室內環境.提高建筑系統的能源利用效率，合理利用可再生能源，降低公共建筑的能耗水平，節約能源和保護環境并約束企業開發更高節能性的產品。并且在發展綠色建筑的相關文件里，節能也是一項關鍵指標，僅是在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源、保護環境和減少污染，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”綠色建筑科技發展專項規劃》、《“十二五”建筑節能專項規劃》等文件的發布，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，國務院辦公廳關于轉發發展改革委、住房和城鄉建設部綠色建筑行動方案的通知（國辦發〔2013〕1號），明確指出“開展綠色建筑行動，以綠色、循環、低碳理念指導城鄉建設，嚴格執行建筑節能強制性標準，扎實推進既有建筑節能改造，集約利用資源，行業的發展方向已經提升到國家戰略的角度。

項目現狀：

雖規范標準不斷改版升級，但即便是參照以前的舊版規范標準，實際使用的項目有很多也難以達標，有露水露氣的，有結霜結露的，影響正常使用，目測就應能斷定項目不具備節能要求。為什么會出現這么多情況，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注，每一處玻璃、石材墜落，借助現代媒介，醞釀發酵迅速傳播，卻往往忽略了建筑節能在使用過程中的重要性、長期性，只有當室內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，所在地熱工設計分區為嚴寒B區(項目竣工時間為2014年，按舊版GB50189-2005，如按新版則為嚴寒C區)，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露現象（圖1、圖2），主要部位集中在踢腳及吊頂橫梁，在冬季室內集中供暖的情況下室內溫度在15度以下，舒適度低。

踢腳橫梁結露區（圖1）

吊頂處橫梁結露區（圖2）

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

設備層上下房間結露（圖3）

設備層內景（圖4）

百頁后墻體無保溫層延伸段（圖5）

設備層測溫點（圖6）

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

石材幕墻跨越室內外（圖7）

石材幕墻跨越室內外（圖8）

4、保健按摩房在冬季室內集中供暖的情況下室內溫度在15度以下，冬季基本無法正常營業，商業活動無法全年開展，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，右下角的發泡材料為業主工程部人員采取的補救措施，經查，按摩房窗臺墻鋁板下側無密封，做法同下圖（圖10-圖11）類似。

保健按摩房屋頂（圖9）

5、女兒墻頂板內側無保溫層，外墻未收口封閉處理，保溫間斷不連續。

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，經過對原設計圖紙比對，發現層間（非透明區）采用單層玻璃，這是目前業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。圖中的結露區位于單層玻璃的上下橫梁處，說明此處橫梁的的室內溫度低于露點溫度。根據《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》JGJT 151-2008規范中的公式計算，當室內空氣溫度在20℃時：

相對濕度60%時，結露溫度為12℃

相對濕度50%時，結露溫度為9.27℃

相對濕度40%時，結露溫度為6℃

相對濕度30%時，結露溫度為1.92℃

相對濕度20%時，結露溫度為-3.61℃

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

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

單元豎框節點（圖12）

單元橫框及中橫框節點（圖13）

模擬結露分析：

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程第5章結露性能評價的一般規定：應采用各個部件內表面溫度最低的10%的面積所對應的最高溫度值（T10）,其室內側T10溫度最低僅為-5.6℃。室內側窗臺的最低溫度為（0.21-2.82）℃，室內溫度為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，在此位置的框區域將形成冷橋，雖然設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、單玻璃內側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：改進斷熱設計，將隔熱墊改為斷熱條長度14.8mm。

改進豎框節點（圖17）

改進橫框及中橫框節點（圖18）

改進中橫模型溫度線（圖19）

可見結露面溫度提度約4℃。

細部改進分析1.1：橫豎向單層玻璃內側，外露型材采用保溫棉包覆

再改進豎框節點（圖20）

再改進橫框及中橫框節點（圖21）

改進中橫模型溫度線（圖22）

可見結露面溫度又提度約0.8度。

細部改進分析1.2：層間單層玻璃在以上基礎上再改為雙銀LOW-E玻璃

改進后豎框節點（圖23）

改進后橫框及中橫框節點（圖24）

改進后橫模型溫度線（圖25）

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

從以上漸進式設計改進措施可以看出，每次采取一種措施，其型材內表面就會提高一點，傳熱系數就是提高一步。熱工性能已經有了明顯改善。由于北方氣候干燥，室內濕度不高，基本不太可能達到55%，但作為設計單位，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。

GB50189《公共建筑節能設計標準》對甲、乙類公共建筑圍護結構熱工性能限值均作了規定，且區分為透光幕墻及非透光幕墻，非透光幕墻的傳熱系數明顯要嚴格的多，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，這是節能參數選取的關鍵所在，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，導致此部位溫度過低，是造成室內結露的主要因素。另外：型材采用非斷熱設計，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結露的重要因素。

改進后的傳熱系數對比分析表如下：由此可以看出，結露保溫性能均有提高。

傳熱系數對比表（一）

線傳熱系數（二）

其它部位改進分析2（針對圖7、圖8的情況）：

豎向封堵節點（圖26）

豎向封堵節點三維（圖27）

如圖示的大廳采用大面積的玻璃幕墻，本身節能效果就差，由于設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，但經查驗圖紙，在承包商A的圖紙顯示此部分為非設計項，而在承包商B的圖紙上未發現此部位的設計，現場的實際情況也無法拆開查看，由此本文不作判斷。但對設計、施工單位來說對此類型同一幕墻跨越室內室外兩個空間的情況，應對隔離帶的設計及施工重點控制，一旦出現扯皮，節能效果大打折扣。可參考圖28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）：

設備層或避難層因設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。所以在此類部位的保溫設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的設計方法，其中紅色填充區表示保溫層，粉色填充區表示上下兩道防火封修層，同時兼作保溫層，所以從節能角度看，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計可采用圖29設計方法，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。其室內側梁體也應加設保溫層并與吊頂保溫連續，只有通過這樣的細節設計才能保證每個房間達標。

百頁保溫墻體節點示意（圖28）

百頁保溫墻體節點示意（圖29）

其它部分改進分析4：（針對圖9、圖10、圖11的情況）：

女兒墻的保溫設計（圖30）

結束語：

當幕墻、門窗節能更多的成為理論計算上一排排結果、模擬圖片，無法實實在在的轉化為真正意義上的節能產品，僅僅作為停留在節能專項論證、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、建設方有沒有專業人員或團隊從源頭進行細節管控2、監理有沒有起到監督作用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、圖紙設計水平嚴重制約產品的最終質量，應當重新審視熱工計算模擬對設計細節的指導意義。

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

文中的一些圖片來源于網絡及收集的信息并作處理，無任何針對性，不妥之處，敬請指正。

女兒墻頂是節能保溫較薄弱的環節，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。可參考圖30的作法，并在投標報價中充分考慮。

小結：1、當節能要求較高時，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置雙道封修（從防火角度看可于梁底設置一道封修），且與豎向保溫層連續無間斷點；非透光幕墻邊界條件目前缺少定義及操作細節，傳導傳熱對室內的結露有較大的影響，應從完善規范層面給予解決。

2、斷熱條的長度與框的K值相關，常規情況下，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，所以理論計算結果應留有一定的余量。

4、設備層及女兒墻的保溫層在任何位置都應當是連續布置的。

注重細節設計提升幕墻節能效果

責任編輯：符媛