上海市萬里城5#地塊項目門窗幕墻節能設計

張磊

（上海奧為建筑節能科技有限公司，上海 200063）

0 引言

隨著建筑業的發展和人們生活水平的提高，對建筑的外觀、使用功能、物理性能及通透性等的要求越來越高。建筑的通透性與節能性往往是相互矛盾的，如何解決這個矛盾是亟待研究的難題。本文以上海市萬里城5#地塊項目工程為例，提出了遮陽一體化的外墻解決方案，取得了良好的節能效果，并實現了“透明墻”的建筑外觀，受到廣泛好評。

1 工程概況

建筑項目位于上海市普陀區新村路與真華路交匯處，建筑總高82.5 m，共24層。建筑結構形式為框架剪力墻結構，抗震設防烈度7級，地面粗糙度為C類，基本風荷載為0.55 kN/m2，如圖1圖2所示。

圖1 上海萬里城5#地塊項目效果圖（Fig.1 Shanghai Wanli City No.5 plot project rendering）

圖2 上海萬里城5#地塊項目實景圖（Fig.2 The real scene of Shanghai Wanli City No.5 Plot）

2 設計理念

本項目采用遮陽一體化全景窗墻系統。南立面采用氣壓密封推拉門系統，東西北立面采用內開內倒落地窗系統，層間為開放式鋁板系統，使得整個建筑空間明亮、通透，同時該系統提升了建筑的保溫和節能效果，層間及構架部分采用白色鋁板，以不同的線條體現建筑造型。該項目高度較高，如使用傳統門窗，其抗風壓性能及平面變形性能無法達到要求。針對這一問題，設計了全景窗墻系統，既能滿足對建筑外觀效果的追求，也提升了門窗系統的節能性、舒適性及經濟性，突破傳統門窗界限，發揮了門窗系統在高層建筑上的應用優勢。

3 外墻方案設計選型

3.1 傳統幕墻的特點

雖然傳統幕墻體系應用時間較長，但仍存在一些缺點和弊端。傳統的幕墻系統可以實現大玻璃的通透設計，但節能性能較差，尤其是型材框架部分的保溫隔熱性能較差，容易產生結露現象。傳統幕墻體系安裝在主體結構外側，層間的處理較復雜，且較難與外遮陽產品結合，外觀效果不理想。傳統幕墻與開啟扇的結合外觀不夠干凈整潔，且開啟能力有限，無法滿足個性化要求。

3.2 窗墻系統設計應用

為提升傳統幕墻節能性能，本工程采用遮陽一體化全景窗墻系統。鋁型材采用穿條斷熱設計，最大隔熱條高度為40 mm，具有超高的保溫性能。加強中挺采用加襯鋼設計，滿足抗風壓性能的要求。玻璃采用雙銀LOW-E雙中空夾膠玻璃設計，玻璃內部充氬氣，具有較強的保溫、安全和隔聲性能。為減小玻璃自爆率，對該項目的玻璃作均質處理，并采用超白玻璃原片。

開啟部位是設計的重點和難點。為保證外觀的通透及開啟的效果，采用內開內倒窗與電動推拉窗組合的設計。為達到建筑高通透性及舒適性，該項目的門窗均為落地窗，所有開啟部位設置安全護欄，保證舒適性同時，具備良好的安全性。

由于普通推拉窗的水密性、氣密性、抗風壓和保溫性能較差，本項目采用了氣壓密封的電動推拉門窗，為國內首家。該推拉門系統為純瑞士進口，經過嚴格的測試并已取得產品質量認證，與普通推拉門窗相比，其各項指標有大幅提升，見表1。

表1 推拉門窗性能指標（Tab.1 Performance indicators of sliding doors and Windows）

3.3 遮陽一體化系統設計應用

由于透明面積較大，遮陽性能是重要的技術指標。根據使用位置的不同，遮陽可分為外遮陽、中置遮陽和內遮陽3種。其中外遮陽效果最佳，遮陽效率最高，因此本工程采用外遮陽的設計方案。由于本項目地處上海地區，且建筑高度較高，對遮陽產品抗風壓性及耐久性的要求更高。本工程設計方案選取織布類的遮陽產品，能夠較好地吸收機械張力，并抵御極端天氣。經過嚴格的測試及產品質量認證，該遮陽系統的抗風壓性能最大可達180 km/h。

遮陽產品一般是獨立設計和獨立安裝，后期可能出現很多問題，如外觀效果不好、施工安裝困難、施工質量較差、建筑整體性能未達到預期水平等。為解決上述問題，本工程采用一體化解決方案，在設計、加工及安裝的各個環節充分考慮遮陽與外窗的高度匹配。

3.4 鋁板系統設計應用

傳統的鋁板系統用螺釘將鋁板固定到龍骨上，鋁板接縫處采用硅膠密封，該安裝形式有如下缺點。

（1）溫差變化會導致鋁板變形，出現“鼓肚子”現象。

（2）硅膠密封時間長，易老化，且施工不當易產生漏水現象。

（3）鋁板表面積灰，下雨后灰塵從上到下流過整個墻面，出現條形污漬，需要經常清洗。

（4）存在膠縫，且膠縫顏色與鋁板不同，受打膠水平的影響，外觀質量不理想。

為解決傳統鋁板幕墻存在的缺點，本工程采用了創新的開縫式鋁板幕墻方案（詳見章節4.5）。

4 設計難點及解決方案

4.1 窗墻系統的解決方案

常見的窗系統均為洞口窗，排窗較少。窗墻體系設計是本工程的難點之一，吸收了國外工程的先進設計理念，將玻璃系統安裝在洞口內側，優化了桿件的受力模式，形成窗墻體系。

首先，窗墻系統采用90°連接方式組框。特制了T型角碼，將橫框與豎框連接起來，在連接部位注角膠后，用銷釘將窗框型材與角碼連接起來，保證角碼的連接強度，如圖3所示。

圖3 窗墻系統橫豎框連接（Fig.3 The window and wall system are connected by horizontal mullions）

其次，由于窗體尺寸較大，為了便于運輸安裝，將該排窗系統設計為若干窗體組件和過度橫框。每1個窗體組件均包括窗框和安裝在窗框內部的中空玻璃（窗框安裝結束后安裝玻璃），窗框包括上橫框、下橫框、左豎框和右豎框，左豎框與右豎框的上端和下端分別通過T型角碼與上橫框和下橫框的左右兩端相連接，每1個窗體組件的上、下橫框均通過轉接件與主體結構連接；相鄰窗體組件的上橫框與下橫框之間通過過渡上橫框和下橫框相連接。窗體組裝件的組裝，在工廠加工好過渡橫梁，在工廠完成再將其發往工地，然后依次安裝即可，簡便且省時。

再次，由于建筑尺寸較大，為了解決伸縮變形問題，每隔6～7個窗體設置有1個伸縮縫，避免由于窗體伸縮變形導致窗體型材變形，將每層的收口位置設置在伸縮縫處，保證在不破壞窗的情況下完成窗體可靠連接。

4.2 開啟部位解決方案

開啟部位的設計是本工程的重點和難點。電動推拉窗及陽臺推拉門采用氣壓密封的設計理念。當門窗關閉后，通過氣泵對密封膠條充氣，充氣后的膠條膨脹且與框扇緊密貼合，解決了推拉門窗水密性和氣密性差的問題。同時在推拉窗的室內側設置安全欄桿，防止發生墜落。由于存在高層推拉，且門窗尺寸較大，在風壓作用下啟閉力較大，因此增加了電動開啟功能，并將電機隱藏在門窗上框內，不影響美觀，且便于檢修和維護。

為了增加安全性，在室外安裝防護欄桿。取消傳統的外漏合頁，設計隱藏式鉸鏈固定，通過框扇槽口連接固定，且三維可調，以增加美觀度，并減少加工安裝過程中產生的誤差。

4.3 遮陽一體化解決方案

由于該項目采用外遮陽產品，需要充分考慮其抗風壓性能、使用功能等要求，因此與排窗系統的結合設計和配合成為一大難點。

外遮陽系統主要由遮陽產品（含面料、卷軸、電機等）、遮陽罩殼和遮陽固定支撐這3部分組成。由于遮陽廠家只提供遮陽產品，遮陽罩殼與遮陽固定支撐均為量身定制。為滿足建筑的立面效果，遮陽罩殼需要適應建筑線條，另外遮陽的卷筒較大，導致遮陽罩殼尺寸較大，開模的成材率較低，因此采用分體型材的設計方法，既滿足了建筑效果，又便于安裝及檢修。由于該樓層較高，對遮陽的抗風要求較高，因此該遮陽采用拉鏈式固定結構設計與遮陽導軌有效連接；另外采用遮陽固定支撐，確保其上下端與窗有效連接，通過固定支撐將2個遮陽導軌固定，避免遮陽導軌變形過大而導致遮陽面料脫出導軌。

通過以上設計實現了真正的遮陽一體化設計，避免出現因樓層過高，遮陽抗風壓性能不達標的情況。

4.4 窗墻防水解決方案

該工程對外觀效果有較高要求，窗墻體系與遮陽系統一體化設計，且外漏框型材較纖細，給防水、排水設計帶來了較大困難。因此本工程窗墻體系的防水及排水解決方案也是本工程的重點和難點，通過以下設計手段能有效解決上述問題。

首先，該窗墻系統上下口接縫處均設有雙道防水雨布。第1道為室外防水雨布，該防水雨布為防水透氣型，使得雨水無法滲入接縫內，同時可使空氣流通，避免洞口結露出現霉菌。第2道為室內側防水雨布，在保證防水性能的同時，避免室內的潮氣進入墻體接縫，從而避免結露發霉。

其次，每1層窗墻系統型材均有獨立的自由排水系統，在型材的下框均設有不銹鋼接水底板。室外的雨水從玻璃上自由流下，再通過型材上的排水孔流至不銹鋼接水底板，最后通過底板自由排出。即使有少量雨水突破門窗的第1道密封膠條，也能通過窗系統底部的排水孔流至不銹鋼防水底板，再由底板自由排出。

通過以上措施完美解決了該排窗系統的防水問題，并保證了建筑的外觀。

4.5 開縫鋁板防水方案

由于開縫鋁板不打膠，很難解決其防水問題，因此國內開縫鋁板設計的應用較少。本工程的設計采用鋁板構造防水設計與內部防水相結合的設計理念。

該鋁板系統為無橫梁結構，如圖4所示。鋁板豎向采用無折邊結構，通過專用的金屬粘接膠帶與U型龍骨連接，鋁板上端用螺釘限位，鋁板下端與U型龍骨勾接，U型龍骨與主體鋼結構固定。鋁板背部設有防水透氣膜，該防水透氣膜防水不透氣，保溫棉內產生的冷凝水可通過防水透氣膜蒸發出去，保證巖棉處于干燥狀態，鋁板板塊之間、鋁板上端與裝飾型材之間、鋁板與遮陽罩殼上端之間的接縫完全開放，使面板與防水透氣膜之間空氣腔與室外完全想通，空氣腔與室外完全等壓，少量的水進入鋁板后，通過遮陽罩殼上端的排水坡度排出室外，從而形成完善的排水體系。

圖4 開縫鋁板節點防水方案（Fig.4Open seam aluminum joint waterproof scheme）

通過以上設計能夠有效地控制鋁板變形，達到更好的外觀效果和防水效果。

4.6 智能化控制

該項目采用電氣安裝總線（EIB）自動化集成系統，EIB自動化集成系統可實現智能化控制電動門及遮陽的開啟和關閉。由于本項目住戶多、樓層高，每戶有獨立的EIB控制系統。電動門上安裝有自動化控制模塊，只需將控制信號與門上的控制模塊對接，可通過EIB自動化集成系統控制門的開啟及關閉。另外電動門上有智能化控制模塊，可實現通過手機或平板電腦控制電動門。

同時本項目設置了光強度感應器和風速感應器，可實現對遮陽產品的獨立控制，所有遮陽系統與總控EIB相連。光感設置為太陽光達到一定照度時，統一放下遮陽簾，避免玻璃放射光線影響周邊居民，本項目設置光照度>35 lx時，放下遮陽簾。由于樓層較高、風壓大，風感設置為當風速達到設定值時，自動放下遮陽簾，同時室內遮陽開關無法控制窗簾，避免窗簾因為風速過大而被損壞。風速>80 km/h時，感應器會收起遮陽簾，風速>30 km/h不允許放下遮陽簾。

通過EIB集成系統可實現門窗及電動遮陽的智能化控制，實用性和舒適性更好。

5 結論

通過上述創新設計手段，該項目工程取得了較好的效果，主要表現為以下幾個方面。

（1）建筑外觀通透、簡潔、大氣且具有現代感。實現了較大開啟和遮陽一體化設計，使得分隔尺寸及整體外觀干凈簡潔，收起遮陽后看不到外漏的多余框架。

（2）物理性能優異。水密性、氣密性和抗風壓均達到了國標最高等級，保溫性能綜合值達到1.2，遮陽性能遮陽系數達到0.2以下，具有良好的節能效果，實現了低能耗的設計目標。

（3）優秀的使用功能。開啟扇、遮陽等操作簡單省力，且安全性高。

綜上所述，本工程不僅實現了多個創新，還可為同類工程的設計應用提供較好的解決方案和經驗。