摘要：本文通過(guò)對(duì)新型無(wú)斷熱型材的斷熱幕墻與采用斷熱型材的幕墻系統(tǒng)在構(gòu)造、熱工等方面進(jìn)行了比較，證明了在不采用斷熱型材的情況下，幕墻的各項(xiàng)性能仍然可以滿足建筑對(duì)于幕墻的技術(shù)要求。在此情況下，幕墻構(gòu)造、結(jié)構(gòu)等諸多方面更將不再受到斷熱型材的約束，從而更能提升幕墻的各方面性能。
本無(wú)斷熱型材的斷熱幕墻不僅在斷熱方式上得到改善，同時(shí)也開(kāi)創(chuàng)了利用起遮陽(yáng)及裝飾作用的豎龍骨同時(shí)擔(dān)當(dāng)幕墻立柱承載的構(gòu)造方式。
總體上，一方面，可以不依賴隔熱條，并依照設(shè)計(jì)要求提高隔熱型性能;另一方面，可以使力學(xué)性能可以得到充分發(fā)揮。最終都達(dá)到減少隔熱條及鋁型材材料成本的作用。
關(guān)鍵詞：鋁型材 型材 斷熱型材 斷熱條 幕墻系統(tǒng) 幕墻構(gòu)造 幕墻立柱 遮陽(yáng) 裝飾
一、前言
據(jù)相關(guān)資料介紹，建筑耗能占到社會(huì)總能耗的25%，并且這個(gè)比例還會(huì)隨著社會(huì)的進(jìn)度不斷增長(zhǎng)。因此建筑節(jié)能必然成為降低能耗的一項(xiàng)重要措施。建筑幕墻，特別是玻璃幕墻、門窗，是最為常見(jiàn)的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也是建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)最活躍、最敏感的部位，失熱損失約為傳統(tǒng)墻體的5至6倍，其能耗約占整個(gè)建筑能耗的40%左右，由此可以看出玻璃幕墻、門窗的節(jié)能直接關(guān)系到建筑節(jié)能，是降低能耗的關(guān)鍵途徑。
在整個(gè)幕墻系統(tǒng)中，熱傳遞占比最大部分通常是是面板部分。非透明幕墻可以方便選擇隔熱墻體材料，透明幕墻可以通過(guò)使用low-e在線鍍膜夾膠玻璃、中空玻璃甚至真空玻璃達(dá)到建筑的熱工要求，當(dāng)然同時(shí)可以以降低遮陽(yáng)系數(shù)的辦法取得更好的熱工性能。但由于力學(xué)構(gòu)造上的限制，相對(duì)于面板，立柱與橫梁部位是隔熱性能相對(duì)薄弱的位置，由此，才出現(xiàn)了以“泰諾風(fēng)”隔熱條為核心的斷熱型材。
二、斷熱型材介紹
斷熱型材，又稱斷熱鋁合金型材：將鋁合金型材分成二部分，內(nèi)側(cè)的型材部分起主要支撐作用和安裝配件;外側(cè)的型材部分主要組成向外閉合，擔(dān)負(fù)外側(cè)玻璃密封、金屬護(hù)板和安裝配件等的作用。兩部分型材之間用熱導(dǎo)率很低的材料固定連接，起到熱流阻斷作用。即采用斷熱鋁合金型材，使在室內(nèi)外有溫差的情況下，熱量在鋁合金型材的傳遞中不形成通路，阻止熱量的傳導(dǎo)。從下圖可以看出明顯的斷熱效果：
三、斷熱幕墻構(gòu)造解析
采用了斷熱鋁合金型材的幕墻即為斷熱幕墻。現(xiàn)有的斷熱幕墻主要有以下幾種：
(一)構(gòu)件式斷熱玻璃幕墻
兩種構(gòu)件式斷熱玻璃幕墻，如圖3-1、3-2所示，該斷熱玻璃幕墻立柱采用斷熱條與鋁型材組合的方式，主承力桿件為立柱靠近室內(nèi)的鋁合金部分。
(二)單元式斷熱玻璃幕墻
一種是單元式斷熱玻璃幕墻，如圖3-3所示，該斷熱玻璃幕墻立柱為組合型立柱，即采用斷熱條與鋁型材組合的方式，主承力桿件為立柱靠近室內(nèi)的鋁合金部分。
(三)帶豎向遮陽(yáng)的構(gòu)件式斷熱玻璃幕墻
一種構(gòu)件式斷熱玻璃幕墻，如圖3-4所示，該斷熱玻璃幕墻立柱采用斷熱條與鋁型材組合的方式，其原理與圖3-1，3-2方式相同。但由于其采用豎向大遮陽(yáng)型裝飾帶，該裝飾條在風(fēng)荷載作用下，以斷熱條為支點(diǎn)形成彎矩，從而使斷熱條處于經(jīng)常受力狀態(tài)。當(dāng)其應(yīng)力達(dá)到80mpa時(shí)，斷熱條將發(fā)生斷裂，整個(gè)裝飾條系統(tǒng)崩潰，從而導(dǎo)致玻璃面板系統(tǒng)破壞，當(dāng)然玻璃幕墻也將不復(fù)存在。
綜合上述斷熱幕墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在外部裝飾帶較大的情況下采用上述斷熱方式是一個(gè)危險(xiǎn)的選擇。因此，在解決斷熱問(wèn)題的同時(shí)必須要保證系統(tǒng)的力學(xué)穩(wěn)定性，其中一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是要解決室外幕墻結(jié)構(gòu)材料與室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)體的斷熱聯(lián)接。
觀察圖4-4，外部裝飾帶僅僅起到了裝飾作用，未能起到強(qiáng)度作用，造成了材料的強(qiáng)度浪費(fèi)。
(四)斷熱型材存在的問(wèn)題
斷熱幕墻已經(jīng)成為當(dāng)前幕墻系統(tǒng)的主流，而幕墻的斷熱方式基本上都是采用斷熱條的方式，常見(jiàn)的材料主要有泰諾風(fēng)斷熱條、pa66尼龍隔熱條、架橋pvc(交聯(lián)型樹(shù)脂s1300——特種樹(shù)脂)。斷熱條連接室內(nèi)、外的幕墻構(gòu)件，使其成為一體，從而形成幕墻的龍骨支撐結(jié)構(gòu)。其中，斷熱條除本身具備斷熱功能外，其主要功能是連接幕墻鋁合金構(gòu)件，因此需要具備與鋁合金相近的強(qiáng)度與剛度。在工程項(xiàng)目應(yīng)用中，斷熱幕墻型材已經(jīng)成為廣泛使用的關(guān)鍵材料，但由于斷熱條的成本對(duì)斷熱型材的成本影響較大，也就同時(shí)造成了幕墻成本的增加。由于斷熱要求，建筑結(jié)構(gòu)與幕墻系統(tǒng)的立柱聯(lián)接只能限于室內(nèi)，也就是說(shuō)支撐幕墻系統(tǒng)的立柱只能在斷熱條的室內(nèi)側(cè)，而在斷熱條的室外側(cè)的材料，由于不能直接與建筑結(jié)構(gòu)聯(lián)接，只能起到其裝飾作用。特別是在幕墻采用豎向大裝飾帶的情況下，室外裝飾帶部分的鋁型材用量占到了整個(gè)幕墻體系用量的30%以上，但僅僅起到了其裝飾或遮陽(yáng)作用，仍然需要在室內(nèi)另行設(shè)置支撐幕墻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系，材料的強(qiáng)度利用率極其低下。因此，理想的目標(biāo)是通過(guò)改變幕墻構(gòu)造的方式來(lái)提高材料的強(qiáng)度利用率，同時(shí)保證或提高幕墻的隔熱等各項(xiàng)功能。另外，如幕墻系統(tǒng)中能夠取消斷熱條而不影響隔熱效果，材料成本更能降低。
斷熱鋁型材的加工工藝可分為“穿條式”和“澆注式”兩種。其生產(chǎn)工藝不同，所帶來(lái)的材料的力學(xué)品質(zhì)當(dāng)然也有所不同。由于加工是個(gè)必要的過(guò)程，因此在加工過(guò)程中產(chǎn)生品質(zhì)問(wèn)題也是必然的。
四、新斷熱構(gòu)造設(shè)計(jì)
從工程可靠性的角度，環(huán)節(jié)越多，受到外界的影響機(jī)會(huì)也就更多，其可靠性將會(huì)逐步降低。在實(shí)際工程項(xiàng)目中，環(huán)節(jié)多，同時(shí)也意味著管理范圍的擴(kuò)大，不可控因素增多。像普通鋁型材與斷熱鋁型材相比，若忽略其特殊用途，斷熱型材增加了斷熱條、熱熔劑兩種材料，而其加工工藝則增加了滾壓嵌入、注膠等工藝，同時(shí)型材的受力狀態(tài)也受到限制等。由此可以推斷：若忽略斷熱型材的斷熱用途，其可靠性一定低于常規(guī)型材。
下述新斷熱構(gòu)造則取消了“隔熱條”的使用，均采用普通鋁型材與其他材料的組合，也能達(dá)到理想的斷熱效果，且在一定程度上增加了該系列幕墻的通用性。
本文提供了一種幕墻斷熱構(gòu)造和與之相關(guān)的幕墻系統(tǒng)，其中，幕墻立柱位于室外，立柱與幕墻支座及橫梁的連接部位均為斷熱連接，而在該立柱其他部位與室內(nèi)裝飾構(gòu)件形成較大的空隙，足以形成隔熱空間，從而達(dá)到幕墻系統(tǒng)的隔熱目的;并且，由于立柱位于室外，可以作為幕墻外部豎向大裝飾條的基礎(chǔ)構(gòu)件，更好地保證外裝飾條的安裝強(qiáng)度與剛度，提高了材料的強(qiáng)度利用效率。而幕墻室內(nèi)構(gòu)件由于不承擔(dān)幕墻荷載，可以根據(jù)室內(nèi)裝飾的需要自由裝飾，即可以采用金屬、陶瓷、木材等與幕墻室內(nèi)構(gòu)件安裝成一體，形成不同的室內(nèi)裝飾風(fēng)格。此種幕墻可以擺脫斷熱幕墻對(duì)斷熱材料的依賴，并可以根據(jù)需要調(diào)整不同的斷熱空間達(dá)到不同的斷熱需求。
本文提供了一種幕墻斷熱構(gòu)造和幕墻系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有幕墻斷熱構(gòu)造和幕墻系統(tǒng)存在的問(wèn)題，特別是解決室外結(jié)構(gòu)材料與建筑結(jié)構(gòu)的斷熱聯(lián)接，并通過(guò)改變幕墻構(gòu)造的方式來(lái)提高材料的強(qiáng)度利用率，同時(shí)保證或提高幕墻的隔熱等各項(xiàng)功能。
基于上述問(wèn)題，本文提供的一種斷熱構(gòu)造和幕墻系統(tǒng)，其核心是幕墻立柱即作為幕墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主龍骨，又是外部裝飾帶的固定基座，同時(shí)又能滿足較好的幕墻隔熱功能。主要構(gòu)件包括：立柱(1)、套筒(2)、鋁扁芯(5)、包絡(luò)墊(6)、隔離墊(7)、內(nèi)槽座(12)、橫梁(18)、槽鋼連接件(19)、橫梁連接件(20)、內(nèi)槽扣板座(23)和內(nèi)槽扣板蓋(24)等。見(jiàn) 圖4-1、圖4-2。
本設(shè)計(jì)的幕墻立柱外置，極大地提高了材料的強(qiáng)度利用率。對(duì)于隔熱型幕墻而言，立柱與結(jié)構(gòu)主體的聯(lián)接及與橫梁(18)的聯(lián)接必然受到面板部分的隔斷，與隔熱部分相干涉。該構(gòu)造最大特點(diǎn)就是解決了這個(gè)構(gòu)造上的矛盾。
圖4-1中鋁扁芯(5)與包絡(luò)墊(6)組合成為一個(gè)具備隔熱及強(qiáng)度的組合件，其上攻螺絲孔，使螺栓(8)可以與其螺栓聯(lián)接。該連接方式可以最大限度減少立柱(1)通過(guò)螺栓(8)與內(nèi)槽座(12)、外聯(lián)結(jié)角鋼(9)或槽鋼連接件(19)之間的熱傳遞，雖然較大空腔隔熱性能較差，但根據(jù)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》(jgj t 151-2008)第4.3.5之規(guī)定(4.3.5 若幕墻與墻體之間存在熱橋，當(dāng)熱橋的總面積不大于墻體部分面積1%時(shí)，熱橋的影響可忽略;當(dāng)熱橋的總面積大于實(shí)體墻部分面積的1%時(shí)，應(yīng)計(jì)算熱橋的影響。)，全部此種聯(lián)接總和面積遠(yuǎn)低于幕墻面積，因此可以忽略其熱橋影響。退一步來(lái)講，即便采用全金屬聯(lián)接，對(duì)整個(gè)幕墻隔熱性能的影響可以忽略不計(jì);
隔離墊(7)為一個(gè)隔熱構(gòu)件，其上鉆孔。其作用是立柱(1)與內(nèi)槽座(12)之間形成空腔，現(xiàn)設(shè)計(jì)空腔為20mm，足以滿足國(guó)內(nèi)建筑節(jié)能中最嚴(yán)苛的要求;
立柱(1)與內(nèi)槽座(12)、外聯(lián)結(jié)角鋼(9)或槽鋼連接件(19)之間的聯(lián)接采用了兩個(gè)螺栓(8)。即可以限制立柱(1)的扭擰作用，同時(shí)足以承擔(dān)風(fēng)力荷載、地震荷載及自重荷載;
橫梁(18)與橫梁連接件(20)插接的同時(shí)與槽鋼連接件(19)通過(guò)螺栓(21)聯(lián)接，并通過(guò)扁芯(5)與包絡(luò)墊(6)的組合件與槽鋼連接件(19)聯(lián)接固定;
橫梁連接件(20)為“弓形”，在右旋螺栓(21)時(shí)發(fā)生彈性變形，可提供對(duì)橫梁(18)的支撐張力;
外裝飾蓋(5)與立柱(1)插接，并通過(guò)蓋板壓緊件(25)及螺栓(16)壓緊固定;其中：外裝飾蓋(5)為可變構(gòu)件，包括并不限于尺寸、材質(zhì)、形狀及連接方式的變化;
內(nèi)槽座(12)通過(guò)外聯(lián)結(jié)角鋼(9)或槽鋼連接件(19)與立柱(1)夾持聯(lián)接，并通過(guò)螺栓(8)聯(lián)接固定;
內(nèi)槽扣板座(23)通過(guò)拉鉚釘(22)與內(nèi)槽座(12)固定，以便為后續(xù)的內(nèi)槽扣板蓋(24)提供精準(zhǔn)的位置;
內(nèi)槽扣板蓋(24)與內(nèi)槽扣板座(23)扣接，垂直方向上由角鋁(27)止動(dòng);其中：內(nèi)槽扣板蓋(24)為可變構(gòu)件，包括并不限于尺寸、材質(zhì)、形狀及連接方式的變化。
五、新斷熱構(gòu)造特點(diǎn)及實(shí)施
本幕墻系統(tǒng)的有益效果包括：可以最大限度地提高幕墻鋁合金材料的強(qiáng)度利用率;減少單位幕墻面積的材料使用量;由于取消了斷熱條，僅使用鋁合金型材，從而降低了成本;可無(wú)成本擴(kuò)大斷熱空腔距離，從而可進(jìn)一步提高斷熱效果。
本隔熱幕墻構(gòu)造和幕墻系統(tǒng)中，內(nèi)槽扣板蓋(24)為可變構(gòu)件，包括并不限于尺寸、材質(zhì)、形狀及連接方式的變化。例如可將內(nèi)槽扣板蓋(24)改變?yōu)榻饘?、陶瓷、木材等，與幕墻室內(nèi)構(gòu)件安裝成一體，形成不同的裝飾風(fēng)格。
六、無(wú)斷熱型材的斷熱幕墻節(jié)能效果分析
為了驗(yàn)證本新構(gòu)造的節(jié)能效果，本節(jié)通過(guò)對(duì)照斷面的溫度場(chǎng)分析對(duì)新結(jié)構(gòu)的熱工狀況進(jìn)行分析判定，通過(guò)框的傳熱系數(shù)來(lái)判定構(gòu)造的隔熱性能。
(一)計(jì)算依據(jù)
1. 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及參考文件
《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》 jgj/t 151-2008;
《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》gb 50176-1993等。
2. 計(jì)算軟件
《粵建科mqmc建筑幕墻門窗熱工性能計(jì)算軟件》2012正式版
3. 計(jì)算邊界條件
3.1 工程所在地氣象參數(shù)
3.2 熱工性能計(jì)算邊界條件
依據(jù)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》(jgj/t 151-2008)(以下簡(jiǎn)稱“jgj/t 151”)結(jié)露性能評(píng)價(jià)與計(jì)算，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，工程實(shí)際邊界條件計(jì)算結(jié)露性能。
(二)幕墻熱工計(jì)算
a、新型無(wú)斷熱型材幕墻
從傳熱系數(shù)的比較來(lái)看，二者差別很小，完全可以滿足幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)的需要。按《建筑外窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》gb/t 8484-2008分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，二者同屬6級(jí)。按《建筑幕墻》gb/21086-2007分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為5級(jí)。適用于沒(méi)有特殊要求的幾乎全部幕墻之熱工指標(biāo)要求。
(三)幕墻結(jié)露性能計(jì)算
(1) 露點(diǎn)溫度計(jì)算
(2) 結(jié)露計(jì)算
1. 計(jì)算條件
2. 框與面板邊緣的結(jié)露評(píng)價(jià)
3. 面板的結(jié)露評(píng)價(jià)
4. 幕墻幅面結(jié)露評(píng)價(jià)
(四)幕墻熱工性能匯總
1. 面板計(jì)算結(jié)果匯總表
2. 幕墻結(jié)露計(jì)算結(jié)果匯總表
從以上兩根不同做法的溫度場(chǎng)圖的色溫可以看出，雖然新型幕墻室內(nèi)側(cè)框體溫度較隔熱條幕墻框體略低，但仍高于露點(diǎn)溫度，因此完全不會(huì)結(jié)露。
從上圖同樣觀察橫梁的溫度場(chǎng)圖的色溫可以看出，二者幾無(wú)差別。所以總體來(lái)說(shuō)無(wú)斷熱型材幕墻在熱工性能上與隔熱幕墻型材幕墻的差別不大，完全可以滿足使用要求。
七、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，新幕墻系統(tǒng)在在熱工方面完全可以等同于采用了斷熱條的幕墻系統(tǒng)，且可以通過(guò)調(diào)整空隙的大小提高隔熱性能;同時(shí)構(gòu)造上比斷熱幕墻系統(tǒng)更為靈活，成本更低，較易實(shí)施。
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