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“双碳”时代!绿色的门窗幕墙如何设计

“双碳”时代!绿色的门窗幕墙如何设计

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 摘要:介绍了绿色建筑与绿色建筑标识,提出了绿色门窗幕墙的概念,梳理了绿色建筑评价标准关于门窗幕墙的相关规定,提出了绿色门窗幕墙设计要点及应对措施。对绿色门窗幕墙的设计具有参考价值。

  关键字:门窗;幕墙;绿色建筑;标识;标准化

  1 绿色建筑及其评价

  1.1绿色建筑与绿色门窗幕墙

  绿色建筑是建筑发展的必然阶段,绿色建筑[1]是指在全寿命期内,节约资源、保护环境、减少污染,为人们提供健康、适用、高效的使用空间,最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。绿色建筑反应了新时代的新要求,以百姓为视角,是具有中国特色和时代特色的新的绿色建筑概念,落实了以人为中心的发展理念。

  绿色门窗幕墙是按照绿色建筑的要求进行设计、施工安装的门窗和幕墙。她是绿色建筑的重要组成部分,通过合理的材料选用、构造设计、安装施工和运行维护,使建筑满足安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居要求。

  在绿色建筑评价标准中,对绿色建筑等级提出了最低要求,其中6项指标中有4项是针对门窗幕墙的性能要求,在控制项、评分项和加分项的设置中,涉及门窗幕墙的内容比较多,分值占比比较大。但令人倍感遗憾的是,在门窗幕墙的标准中没有引用和贯彻绿色建筑相关标准,导致门窗幕墙的设计与绿色建筑的要求相脱节。本文对绿色建筑评价标准中关于门窗幕墙的内容进行了梳理,供设计师们在设计门窗幕墙时参考。

  1.2绿色建筑标识

  2005年6月,国务院发布了“国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知”,提出了要把节约放在首位的方针,以节能、节水、节材、节地等为重点,加快体制机制和法制建设。2006年3月,建设部颁布了《绿色建筑评价标准》GB50378-2006。2007年8月,建设部组织相关单位编制了《绿色建筑评价技术细则》(试行)和制定了《绿色建筑评价标识管理办法》(试行),这三份文件标志着我国绿色建筑评价系统已形成完整架构,在2008年4月正式开始实施绿色建筑评价。经过十多年的健康发展,我国绿色建筑认证已逐步走向成熟,并在国际上取得了一定的地位。

  绿色建筑认证是国际公认的建筑认证形式,许多国家都有绿色建筑认证系统,但各个国家的绿色建筑指标体系各不相同,国际主流绿色建筑标识的主要区别见表1。

表1国际主流绿色建筑标识指标体系对比

  1.3绿色建筑评价标准的发展

  (1)绿色建筑评价标准版本差异

  绿色建筑评价标准是建筑绿色标识认证的依据,经过近些年的发展,先后发布了《绿色建筑评价标准》2006版、2014版和2019版本,其技术体系、指标体系及评价体系逐渐走向成熟,并和国际相关绿色标识实现了接轨。下面简单介绍一下评价标准的体系变化,《绿色建筑评价标准》2014版和2019版的主要内容对比见表2。

  表2《绿色建筑评价标准》2014版和2019版的主要内容对比

  (2)绿色建筑评价标准的技术体系

  绿色建筑评价标准的体系结构也发生了很大变化。表面上看节约资源进行了弱化,但是其指标值有了很大的提高。绿色建筑评价标准的体系结构见图1。

图1《绿色建筑评价标准》2019版技术体系

  (3)绿色建筑评价的定级

  绿色建筑评价指标分为控制项和评分项,并且还设置加分项。控制项评定结果分为达标或不达标,不达标不能进行绿建评级。基本级为最低评级,评分项必须满足基本级且满足60,70,85分要求,才能评定为绿色建筑一、二和三星级。

  绿色建筑评价标准第3.2.8条对绿色建筑影响比较大的技术指标提出了具体要求,这些指标与门窗幕墙关系比较大。具体要求见表3。

表3一星级、二星级和三星级绿色建筑的技术要求

  2、绿色建筑对门窗幕墙的要求

  2.1控制项中与门窗幕墙相关的要求

  在绿色建筑评价标准中,除了在第3.2.8条规定的最低条件外,还规定了控制项。控制项共有40项,其中有13项与门窗幕墙有关,具体相关项目条文编号和内容见表4。

表4控制项中与门窗幕墙相关的条文编号及内容

  2.2评分项及加分项对门窗幕墙的要求

  (1)与幕墙门窗相关联的评分项和加分项

  评分项和加分项是绿色建筑标识分级的基础,在绿色建筑评价标准中评分项共有60项、加分项10项。在这些项目中,共有21项与门窗幕墙相关,汇总结果见表5。统计结果表明,与门窗幕墙相关联的评分项分值达160分左右,占评分总值约23%,加分项分值达45分左右,占加分总值45%左右。

表5与幕墙门窗相关联的评分项和加分项

  (2)评价指标满分值与门窗幕墙相关性分析

  门窗幕墙在绿色建筑中占有比较重要的地位,评价指标满分值与门窗幕墙相关性分析见表6。

  表6评价指标满分值与门窗幕墙相关性分析

  3、绿色门窗幕墙设计要点

  3.1选择绿色建筑材料,采用耐久性好、安全性高的材料

  在绿绿色建筑评价标准中,多处要求选择绿色建材,因此门窗幕墙设计应该优先选择经过绿色建材产品认证的材料或部品,并且应该关注材料的耐久性和安全性。例如25年质保的硅酮结构胶产品、氟碳喷涂处理的铝合金型材等。

  2013年1月15日,国家发改委、住建部联合出台了《绿色建筑行动方案》,编制了绿色建材产品目录,并推动了绿色建材认证。近期三部门又发出加快推进绿色建材产品认证及生产应用的通知,进一步推进了绿色建材在建筑市场中的应用。

  3.2 加强门窗幕墙的热工性能设计

  建筑的热湿环境营造和调控包括被动式技术和主动式技术两种,被动式技术是利用建筑本身的隔热、保温、通风等性能维持室内热环境,主要是控制太阳辐射和自然通风;主动式技术是通过空调、采暖等方式,改变或消除室外环境对室内热环境的影响。两种方式均需对门窗幕墙进行热动性能设计。

  在绿色建筑评价标准中,围护结构热工设计、门窗传热系数及门窗气密性是绿色建筑评价的否决项,必须满足标准要求。因此必须重视门窗幕墙的节能指标设计。通常采用以下主要技术手段实现:

  (1)合理选择玻璃或玻璃制品

  a)采用Low-E玻璃,可根据工程所在区域选择遮阳型或高透型Low-E膜,可按要求选择单银、双银和三银产品,以便提高中空玻璃热工性能,也可以选用其它膜,如XIR膜等。

  b)中空玻璃可采用双层和多层,间层可充惰性气体,提高保温、隔热、隔声等性能,可采用暖边隔热条。

  c)吸热玻璃,采用普通玻璃+着色剂(着色氧化物薄膜),吸收大量红外线辐射能又保持良好的可见光透射率。

  d)热反射玻璃,玻璃经镀(涂)膜处理,太阳辐射热的屏蔽率达40%~80%,具有单向透视作用。

  e) 选用真空玻璃,节能效果好。

  (2)合理设计隔热型铝合金型材

  a)幕墙应按地域要求选用隔热铝合金型材,提高幕墙节能效果。

  b)门窗应选择多腔隔热条的隔热铝合金型材。

  (3)合理设计门窗幕墙系统或构造

  a)幕墙系统可选择外通风双层幕墙,开启部位选择隔热型材系统[4]。

  b)节能门窗可选择固定腔为冷热腔的“双腔”系统,开启腔为冷热腔的“双腔”系统[4],并采用“双组角”提高门窗的角强度。

  (4)建筑遮阳

  根据工程应用位置,合理选择金属构件外遮阳、室内织物遮阳等。建筑遮阳目的在于阻断阳光透过玻璃进人室内,防止阳光过分照射和加热建筑围护结构,防止直射阳光造成强烈眩光。玻璃幕墙的各种节能措施中,遮阳技术可能是节约能源最有潜力和最为方便的构造手段。

  3.3进行隔声设计,确保声环境达到绿色建筑的要求

  在绿色建筑评价标准中,隔声性能设计也是绿色建筑评价的否决项,因此应该重视门窗幕墙隔声性能的设计,合理选择门窗幕墙节点构造、选择合理的玻璃配置达到良好隔声效果。可采用下列具体措施:

  (1)采用双层幕墙系统,提高维护结构的构成性能。

  (2)非透明幕墙增加面板材料的重量,并加大非透明幕墙与透明幕墙的比例。

  (3)优化透明幕墙的玻璃配置,提高隔声性能。可采用以下具体措施:

  a)采用较厚的玻璃,或者用双层、三层玻璃,并可在中空玻璃间层内充惰性气体,以提高中空玻璃的隔声性能。

  b)增加双层玻璃或多层玻璃之间的间距。

  c)采用具有隔声功能的间隔条。

  3.4进行采光设计,提高室内光环境的舒适度

  建筑的采光设计应保证充足的天然采光、改善采光的均匀性、控制眩光。通过合理选择玻璃的可见光透射比、颜色透射指数等,确保透过门窗幕墙的可见光质量,并通过优化透光门窗幕墙构造,保证光环境舒适度。可采用下列具体措施:

  (1)合理设计建筑的采光面积。在满足最低面积比的前提下,可采用大板块玻璃面板进行采光,但节能效果差,并且玻璃的破裂率也会提高。因此需要权衡设计,综合考虑。

  (2)智能调节遮阳系统或先进的外窗系统,可调节遮阳系统能调节天然光的入射量, 控制、调节光线的方向。

  (3)选用符合要求的玻璃制品,例如镀膜玻璃。

  3.5辅助进行建筑照明设计

  建筑物夜景照明逐渐成为公共建筑的标准配置,其灯具设置、构造连接和布线均与门窗幕墙设计相关联,在门窗幕墙设计时均应予以考虑,为避免夜景照明出现光污染并节约能源消耗,需要对门窗幕墙的构造进行合理化设计。

  3.6强化自然通风设计理念

  室内空气品质是很多复杂因素相互影响的结果,而通风可以为用户提供足够的新鲜空气、消除微生物污染源,是提高室内空气品质的重要途径。常见通风方式有自然通风、机械(辅助)通风和多元通风三种,多元通风系统是一个能够在不同时间、不同季节利用自然通风和机械通风的不同特性的综合系统,是结合了机械通风和自然通风的二元系统。幕墙机械通风设计中应考虑新风量要求,并避免新风受到污染。自然通风不消耗能源,是绿色建筑普遍采用的技术措施。

  绿色建筑评价标准对住宅建筑和公共建筑的自然通风分别提出了具体要求。对住宅建筑提出了通风面积要求,对公共建筑提出了基于换气次数的面积要求,因此需要对门窗幕墙的通风面积和空调的换气能力进行综合设计,统筹考虑。门窗幕墙通风设计可采用以下措施:

  (1)合理设置开启扇面积和开启方式,幕墙开启方式包括平开、推拉、上悬、下悬以及几种开启方式的组合。

  (2)外通风双层幕墙,可按季节选择通风方式,实现高层、超高层建筑的自然通风。

  (3)通风器可以在不设开启的情况下实现自然通风,较好的保持立面效果。

  (4)内通风双层幕墙采用机械方式实现气流组织,以适应不同的季节变化,但实现自然通风比较困难,因此在三星级绿色建筑设计时慎重采用。

  3.7采取构造措施提高门窗幕墙的安全性

  (1)采取措施降低玻璃的破裂率。可以采用超白钢化玻璃、均值钢化普通玻璃、夹层玻璃等,降低玻璃的自爆率,重要建筑尚应考虑采用防护措施,降低玻璃导致事故的风险。

  (2)对落门窗和幕墙采取构造防护措施,防止玻璃破裂后出现人员及物品滑落现象。

  (3)对门窗幕墙临街开启的部位,可采用防脱落措施对开启部位进行连接保护,避免开启部位掉落而导致事故发生。

  3.8建筑材料重复利用

  绿色建筑强调建筑材料的重复利用,在绿建评价标准中按复用比例对材料的重复利用情况进行打分。建筑幕墙结构设计使用年限为25年,一些建筑幕墙已经接近设计使用年限,需要进行可靠性维护和改造。对于既有建筑的幕墙材料,经分析鉴别后,尽量重复再利用。

  3.9光伏幕墙、光热幕墙

  光伏幕墙、光热幕墙可以主动获取自然界能源,是门窗幕墙领域降低建筑能量消耗主要措施。

  3.10屋面雨水收集系统

  节水是绿色建筑的一项重要指标,通过屋面进行雨水收集,并加以利用是比较容易的。在金属屋面设计过程中,可以对雨水收集进行构造设计,以便满足建筑的节约用水要求。

  3.11避免大量使用装饰构件

  设置大量没有功能的纯装饰性构件,不符合绿色建筑节约资源的要求。在公共建筑中,为达到较好的装饰效果,往往会设计较多的装饰性构件,主要用于门厅附加造型、女儿墙升高部位、塔楼间的滑顺连接等,这是与绿色建筑的要求相悖的。因此在幕墙设计过程中,鼓励使用功能性和装饰性一体化构件,应尽量降低装饰构件的使用量,通常不要超过幕墙造价的1%,对装饰性构件应该提供功能说明书和造价计算书[2]。

  3.12避免幕墙“光污染”

  建筑物光污染包括建筑反射光、夜间的室外夜景照明以及广告照明等造成的光污染。光污染控制对策包括降低建筑物表面的可见光反射比,合理选配照明器具,采取防止溢光措施等。建筑幕墙应符合《玻璃幕墙光热性能》GB/T18091的规定。解决玻璃幕墙有害光反射所带来的“光污染”可采取以下具体措施:

  (1)通过建筑规划适当控制

  在建筑规划上适当限制玻璃幕墙的使用,或根据夏季太阳的高度角和方位角推算某些朝向的建筑物不宜用反光较强的玻璃幕墙,其他则不必限制。比如我国绝大部分地区处在北回归线以北,建筑物北向常年不受光照射,所以这样的立面不必限制玻璃幕墙的使用。

  (2)采用反射率低的玻璃

  通过对玻璃幕墙材料和构造技术的研究、开发和使用或对现有玻璃加以处理,能够减少定向光反射,同时又不增加室内的热效应,可采用方法有:

  a)大量采用透明玻璃;

  b)采用低反射镀膜玻璃;

  c)采用各种性能的玻璃贴膜,例如建筑节能膜、热反射隔热膜、低反射隔热膜、高透光磁控溅射膜、博物馆及档案馆专用膜、磨砂及半透明装饰膜、透明安全膜等;

  d)采用回反射玻璃,它能将阳光顺着原来的方向反射回去,从而消除向四周的反射光,降低幕墙反射光对周围环境的影响。

  3.13避免长距离运输

  绿色建筑评价标准鼓励选用本地化建筑材料,规定500km以内生产的建筑材料重量占比建筑材料总量的比例应大于60%。因此应尽量就地取材避免长途运输导致的成本增加。

  3.14加强创新型技术在门窗和幕墙领域的应用

  (1)建筑信息模型(BIM)的应用

  在建筑设计、施工建造和运行维护阶段中一个阶段应用BIM技术,均可获得加分,因此应该推广BIM技术在幕墙工程设计、施工安装和运行维护各个阶段中的应用[3]。

  (2)特色建筑风貌的设计

  建筑是一种文化,是当地历史文脉及风俗传统的重要载体,采用具有区域特色的建筑设计原则和手法,为传承传统建筑风貌,让建筑能更好的体现地域传统建筑特色。建筑门窗和幕墙是建筑外立面的呈现语言,是建筑的主要表现手段,因此幕墙门窗的设计能够更能体现建筑的文化内涵。

  (3)工业化建造结构体系、建筑构件技术的应用

  绿色建筑提倡工业化建造,以便减少人工、减少消耗、提高质量和提高效率。在门窗幕墙领域可采用以下措施:

  a)加大建筑中单元式幕墙系统、单元式双层幕墙系统应用比例。单元式幕墙可以工厂化产品制作,加工、制作和组装精度高,可实现智能化制造、施工现场智能化管理等,工程施工效率高复合全面工业化建造的理念。

  b)采用混凝土与门窗幕墙一体化技术,提高工厂制作化率,提高安装施工效率。

  c)加强门窗幕墙智能化建造技术的应用。

  3.15生态幕墙的应用

  (1)传统幕墙理念是幕墙与自然生态环境相分离,对自然通风考虑不够;而生态设计理念是幕墙与自然生态环境组成统一的有机体,精心设计,自然通风。

  (2)传统幕墙较少考虑有效的资源、能源再生利用及对生态环境的影响;而生态幕墙必须考虑节能,资源重复利用,保护生态环境,积极利用太阳能等自然能量。

  (3)在设计上生态幕墙是依据环境效益和生态环境指标与功能、性能及成本来设计。

  (4)传统幕墙是以人对幕墙的美学和功能的需求为主要设计目的;而生态幕墙是为人的需求和环境而设计,其最终目的是创造舒适、健康的居住生活环境,提高自然、经济、社会的综合效益,满足可持续发展的要求,真正做到绿色、环保和节能。

  (5)未来绿色门窗幕墙可能利用植物沿建筑物的立面攀扶、固定、贴植及垂吊,形成垂直面绿化。

  4、结语

  绿色建筑评价是对建筑的安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居等性能进行的评价。通过本文的分析,在门窗幕墙行业中,加强绿色金沙下载app送30元彩金的设计、施工和建造、运行维护已刻不容缓。因此希望通过本文的研究,使门窗幕墙在绿色设计方面实现一个巨大的飞跃。

  参考文献

  [1]王清勤 韩继云等.《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2019.中国建筑工业出版社.2019.6

  [2] 王清勤 韩继云等.绿色建筑评价标准技术细则2019版.中国建筑工业出版社.2020.1

  [3] 姜仁 付震 韩智勇等.BIM助力幕墙工业化.金沙下载app送30元彩金创新与发展(2017年卷).北京:中国建材工业出版社,2018.2

  [4]姜仁.开启腔节能设计原理.全国铝门窗幕墙行业年会论文集,2011.3

作者:姜仁 韩智勇 黄政

        来源:2020-2021分析报告

 

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