被動式公共建筑外立面幕墻的設(shè)計重點分析

1、Word文檔 被動式公共建筑外立面幕墻的設(shè)計重點分析 前言：目前，在我國，建筑耗能已經(jīng)與工業(yè)耗能、交通能耗并列成為能源消耗的三個大戶。為了削減建筑能耗，我國建筑領(lǐng)域已經(jīng)普遍執(zhí)行了三步節(jié)能中的65%的節(jié)能指標(biāo)，其中天津、北京、新疆等地居住建筑領(lǐng)先開頭執(zhí)了75%節(jié)能的指標(biāo)。同時，由于對建筑節(jié)能性能要求的提高，被動建筑、超低能耗建筑、綠色建筑等名詞越來越多的消失在建筑領(lǐng)域，也越來越多的被使用者所提及。國內(nèi)已經(jīng)有許多優(yōu)質(zhì)的被動式節(jié)能建筑投入運(yùn)營，并獲得了很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。被動式建筑大部分都做為居民住宅建筑實現(xiàn)，作為公共建筑的形式比例不高。本文針對被動式建筑的外立面幕墻進(jìn)行分析和說明，著重體現(xiàn)被

2、動式建筑在公共建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。 一、 被動建筑簡介 1.被動建筑的概念 依據(jù)資料顯示，最早被動式建筑的名詞來源于德語Passivhaus，翻譯為中文就稱為被動式建筑或稱為被動式房屋。此種建筑概念由瑞典隆德高校的Bo Adamson教授和德國被動式房屋討論所(Passivhaus Institut)的Wolfgang Feist博士在1988年5月確立而逐步形成的。并確立了自身的建設(shè)和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。 通常，以非機(jī)械電氣設(shè)備干預(yù)，利用建筑朝向布置、遮陽措施的設(shè)置、高性能的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、通風(fēng)口的合理設(shè)計等方法，來降低采暖、空調(diào)，通風(fēng)等系統(tǒng)的建筑能耗的技術(shù)，稱之為被動建筑技術(shù)。而依據(jù)被動建筑技術(shù)設(shè)計

3、，并滿意被動式房屋認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的建筑就稱為被動式建筑。被動式建筑被確立的根本目的是利用特別少的能耗，將室內(nèi)溫度、濕度、空氣等指標(biāo)調(diào)整到人體感到舒適的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。 2.被動式建筑的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) 依據(jù)德國被式房屋認(rèn)證機(jī)構(gòu)PHI的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，被動式建筑設(shè)計主要的指標(biāo)涉及以下幾個方面： 年供暖(制冷)需求計算值15kwhyear; 供暖負(fù)荷峰值計算值10w/; 年一次能源消耗計算值120kwh/year; 通風(fēng)交換律測量值500.6; 年超溫頻率2510% 室溫保持在2026; 室內(nèi)相對濕度 40%-60%; 由上述的指標(biāo)可以看出，被動式建筑主要是關(guān)注居住者的感受，所以其標(biāo)準(zhǔn)主要是側(cè)重于居住環(huán)境的舒適度和室內(nèi)空氣

4、質(zhì)量(IAO)。詳細(xì)來說，就是一棟被動式建筑，必需保證室內(nèi)空氣的清楚，無冷凝現(xiàn)象，有適合的溫度，良好的氣密性并有足夠的經(jīng)濟(jì)性。假如從建筑節(jié)能角度來說，被動式建筑需要在保證室內(nèi)居住環(huán)境的前提下，進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計。 3.被動式建筑的進(jìn)展 被動式建筑由于其高節(jié)能性、對居住者的良好感受，因此，在國內(nèi)的進(jìn)展比較迅猛。許多業(yè)主和建筑師都在嘗試實踐被動房項目。相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也漸漸出臺，為被動建筑的進(jìn)展供應(yīng)良好的平臺。 目前我國個別省份也制定并實施了被動房的相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、圖集。例如河北省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳批準(zhǔn)實施的河北省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計被動式低能耗居住建筑節(jié)能構(gòu)造(DBJT02-109-2021)。與PH

5、I所規(guī)定的指標(biāo)相比，特殊在窗戶的性能提出了詳細(xì)的指標(biāo)要求。詳細(xì)指標(biāo)如下：窗戶整體性能：K1.0W/m2k,其中玻璃K0.8W/m2k;窗框K1.3W/m2k。 二、 被動建筑中門窗幕墻的設(shè)計要點分析 為完成被動建筑的高性能，作為建筑的外表皮，門窗幕墻的設(shè)計就需要有特殊的考慮。全部的設(shè)計都為了讓整個建筑的外衣能夠關(guān)心建筑實現(xiàn)被動建筑的標(biāo)準(zhǔn)和要求。因此，被動建筑的門窗幕墻設(shè)計除了必需的自身性能要求外，還應(yīng)關(guān)注以下方面。 1、選擇合理的保溫材料，除了要掌握傳熱系數(shù)以外，還應(yīng)掌握好保溫面的完整性，避開其它構(gòu)造對保溫層連續(xù)性產(chǎn)生影響; 2、選擇合理的密封構(gòu)造，做好門窗幕墻邊部收口的密封處理，掌握好氣密性

6、能; 3、設(shè)置合理的遮陽，充分利用遮陽系統(tǒng)對建筑物的得熱影響; 4、掌握好結(jié)露問題，尤其是保溫材料的兩端溫差比較大，易有結(jié)露的風(fēng)險; 5、盡量削減熱橋，不論是安裝產(chǎn)生的還是構(gòu)件產(chǎn)生的熱橋都應(yīng)當(dāng)盡量掌握，避開其對整個幕墻熱工性能產(chǎn)生不良影響; 三、 通州當(dāng)代MOMA博物館被動建筑的簡介 當(dāng)代MOMA建筑藝術(shù)博物館位于北京市通州區(qū)，建設(shè)方為北京潤錦房地產(chǎn)開發(fā)有限公司。該項目位于寒冷氣候區(qū)，總建筑面積為1603，地上建筑面積為1139，地下建筑面積為464;地上3層，地下1層;建筑高度13m;外立面幕墻面積約2300平米。建筑的主要功能為建筑藝術(shù)、技術(shù)展現(xiàn)。建筑設(shè)計由清華高校建筑設(shè)計討論院完成;節(jié)能

7、設(shè)計由中國建筑科學(xué)討論院有限公司環(huán)能院高性能建筑設(shè)計討論中心完成。項目效果面圖如圖1、圖2、圖3所示。 1. 建筑表皮的基本狀況 當(dāng)代美術(shù)館形狀比較簡單，除南立面是大面積玻璃幕墻以外，其它立面和屋面都是雙曲面造型，通過石材板巖的搭接形成雙曲的形狀。建筑屋面的頂部外形近似盆型，屋面上設(shè)置觀景平臺。屋面低洼處設(shè)置天溝和排水口。天溝和排水設(shè)置在石材板下，不影響建筑外觀。建筑屋面的雙曲造型由主體鋼結(jié)構(gòu)完成。 南立面采納通透的全玻璃幕墻體系，整塊通高的玻璃高度13m。西、北、東立面和屋面采納石材板巖疊型構(gòu)造的形式。疊型石材板巖厚度為15mm，規(guī)格為250mm寬250mm高(石材可視部分)。石材規(guī)格比較小

8、，而且是開放式體系，因此在石材內(nèi)層設(shè)置防水層。 屋面觀景平臺出入口、建筑入口位置采納玻璃幕墻協(xié)作高節(jié)能高密封的開啟門。建筑立面設(shè)置被動窗，窗套為天圓地方的鋁板造型。屋面設(shè)置成品玻璃天窗，附帶遮陽系統(tǒng)。 2. 本被動建筑幕墻屋面體系設(shè)計應(yīng)考慮的問題： (1)南向全玻璃幕墻，受玻璃幕墻邊緣外形所限，為確保建筑外觀方案效果的良好實現(xiàn)，無法設(shè)置外遮陽，需要建筑設(shè)計通過其它手段減小對整體的影響。 (2)本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)外形簡單，種類較多，包括玻璃幕墻、石材屋面、石材幕墻、構(gòu)件式幕墻、門窗、UHPC幕墻等多種體系。 (3)需要解決好整個外圍護(hù)幕墻的整體氣密性能。 (4)石材板瓦外立面系統(tǒng)、全玻璃幕墻、構(gòu)件式

9、玻璃幕墻需要金屬龍骨固定，金屬龍骨穿透保溫層對保溫性能影響比較大，因此，必需削減連接點對傳熱性能的影響。 (5)外窗采納被動認(rèn)證的窗，窗套外形是外圓內(nèi)方，收邊板的做法比較特別。 3. 本工程門窗幕墻的傳熱要求 本項目由建研院建筑節(jié)能所供應(yīng)節(jié)能設(shè)計，建研院對維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能要求如下：外墻采納250mm巖棉外保溫;平均傳熱系數(shù)0.16W/m2K,屋面350mm巖棉保溫，平均傳熱系數(shù)0.129 W/m2K。 外窗采納鋁包木三玻兩腔高保溫隔熱性能外窗，傳熱系數(shù)0.94 W/m2K，南向大立面的全玻璃幕墻傳熱系數(shù)0.77 W/m2K，SHGC值0.3。 外門采納鋁包木高保溫隔熱性能、高氣密性門，傳熱系數(shù)

10、0.94 W/m2K。 天窗采納高保溫隔熱高氣密性智能天窗，傳熱系數(shù)0.5 W/m2K，帶外遮陽。 四、 作為建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的幕墻和屋面的設(shè)計 1. 石材幕墻的設(shè)計 本項目屋面主體為鋼結(jié)構(gòu)，屋面及外立面表面由石板瓦搭接而成，疊拼石材幕墻和屋面是整個建筑外圍護(hù)的主要部分，依據(jù)建筑節(jié)能設(shè)計的要求，幕墻和屋面部分的保溫層厚度不同。但構(gòu)造做法是基本全都的。石材板瓦的建筑效果見圖4、圖5。 石材板瓦的固定采納掛接定位，上端石材搭接在下端石材上，并通過下部限位的形式連接。其基本節(jié)點見圖6。掛接和固定示看法圖7。 建筑的入口位置雙曲面彎曲明顯，和主立面的交接時，石材的排布方式會影響整個建筑的分格效果。假如把立

11、面的分格直接投影，會讓石材板瓦的加工變得非常簡單。因此，我們嘗試了其它多種分格方式，分別見圖8、圖9、圖10、圖11。通過對比，建筑師最終確定采納圖11的分格方式。 在大立面上，相鄰石材板瓦轉(zhuǎn)角不大，通過標(biāo)準(zhǔn)的做法完全可以實現(xiàn)。但是在入口位置相鄰搭接的轉(zhuǎn)角就會比較大，板的翹曲比較明顯。主入口的排布方式使得石材的掌握線會產(chǎn)生向上的彎曲，由于石材板瓦材料無法彎曲成型，因此，相鄰石材的搭接是否順暢，是否會由于角度的變化導(dǎo)致對人視效果產(chǎn)生影響，都必需慎重考慮才行。我們通過實際的放樣，確定石材板巖的安裝構(gòu)造可以適應(yīng)這種扭轉(zhuǎn)，見圖12示意： 2. 石材幕墻密封和熱橋設(shè)計 為滿意被動建筑的要求，除了設(shè)置比較

12、厚的保溫材料以外，還分別進(jìn)行了以下特別設(shè)計： 1) 保溫層的外側(cè)設(shè)置防水層，保溫層的內(nèi)側(cè)設(shè)置隔汽層。防水層是實現(xiàn)建筑的防水功能。隔汽層的設(shè)置是為了避開室內(nèi)的溫濕空氣進(jìn)入保溫材料引起結(jié)露。但是，在保溫層的外側(cè)其防水層要在局部開敞，以便保溫材料能和室外進(jìn)行空氣交換。 2) 金屬支撐龍骨穿透了隔汽層，穿透部位需做處理以提高密封性能。見圖13示意。 3) 金屬支撐龍骨穿透了保溫層，會形成熱橋。熱橋是影響近零能耗建筑設(shè)計能否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素之一，因此，如何解決好支撐點的熱橋問題是特別重要的。我們從兩個方面進(jìn)行優(yōu)化。 其一是在支座中間增加橡膠墊塊。其二是削減支撐點數(shù)量。 圖14為龍骨支座的隔熱墊塊詳圖，通過

13、硬質(zhì)橡膠墊塊將原有的圓形鋼管斷開，使鋼管的熱橋變成四個螺栓的點狀熱橋。該處隔熱墊塊選取的厚度為30mm，依據(jù)建研院供應(yīng)的結(jié)果，其熱橋值為0.13W/mK。滿意了建筑節(jié)能的要求。 整個石材幕墻的龍骨支座數(shù)目假如可以削減，也就相應(yīng)的削減了熱橋的影響。因此，我們在設(shè)計中加大了龍骨的規(guī)格，使得龍骨的跨度增大，從而削減了支座的數(shù)量。龍骨的規(guī)格從120805的鋼方通調(diào)整為160806，支撐件的的總數(shù)由380個降到了287個，龍骨分布和支撐點的位置見圖15示意。依據(jù)建研院的分析，這一優(yōu)化使得建筑整體熱負(fù)荷的削減了0.6kWh/m2a。 3. 全玻璃幕墻節(jié)點設(shè)計 建筑主立面是通高的全玻璃幕墻，建筑效果和立面圖

14、見圖16、圖17示意。 全玻幕墻的高度為13m左右，玻璃采納吊掛的方式連接。由于建筑的外觀要求可視的玻璃邊線為弧形，但這給玻璃加工帶來很大的困難，我們經(jīng)過優(yōu)化，把玻璃邊線調(diào)整為折線或者斜線，通過外側(cè)的UHPC板找型，以實現(xiàn)建筑效果。玻璃的立面見圖18。 全玻璃幕墻的玻璃吊掛在屋面的主體鋼結(jié)構(gòu)上。每個吊掛鋼架都是一個熱橋。鋼架的布置方式依據(jù)熱工的需求進(jìn)行了調(diào)整，優(yōu)化前的設(shè)計是常規(guī)的做法，鋼架穿透了保溫，存在嚴(yán)峻熱橋(紅色部分為鋼架)。優(yōu)化后鋼架連接件能夠完全被保溫掩蓋(紅色部分為鋼架)，熱橋減弱。依據(jù)建研院供應(yīng)的參數(shù)，其熱橋值為0.165W/(mK)。優(yōu)化前和優(yōu)化后的節(jié)點分別見圖19和圖20。 4. 外窗做法 建筑外窗采納被動認(rèn)證的產(chǎn)品，由森鷹供應(yīng)。比較特別的是外窗的窗套造型比較簡單，為內(nèi)方外圓的鋁板造型。由于鋁板造型洞口深度較大，對