建筑节能是一个综合性很强的系统工程,它涉及到法规的实施、建筑的设计、材料的选用、节点的构造、加工与安装甚至用户的行为习惯。只有在每一个环节都保证了正确的方案和严格的实施,建筑节能才是一个实实在在的东西,而不是流于形式。
钢框架玻璃幕墙是玻璃幕墙系统里的一个特别领域,它适用于大跨度、大空间的建筑立面及采光顶。由于钢材有比铝合金更低的导热性能,可以通过型材的选用和节点的构造实现通透美观又节能环保的建筑外立面。此外,钢框架优良的耐火性能使节能的幕墙同时能安全防火,从而达到了功能与形式完美的统一。
一前言
建筑的节能在人类建筑史上还是一个相当新颖的课题，有意识地展开建筑物的节能工作,欧洲起始于70年代，中国起始于80年代。由于人类察觉到地球上可供采用和利用的资源越来越不足以保证人类可持续发展，节能建筑也就应运而生。并且随着时代的发展这类建筑被冠以更加动听的名称,如“绿色建筑”，“低碳建筑”，“零能耗建筑”等等。这也催生出与节能建筑相关的一个个巨大产业链,如节能的门窗，幕墙等。
建筑节能是一个综合性非常强的系统工程。它涉及到政府的法令法规，建筑的规划和设计,材料的选用，节点的构造，加工与安装甚至用户的行为习惯等。只有在每一个环节上都保证了正确的方案和严格的实施，建筑节能才不只是一些亮丽的概念和卖点，而是经得住实施考验的真正的节能建筑。
二、节能的幕墙需要成熟的系统
玻璃幕墙在建筑上的应用越来越广泛。作为承担了建筑外维护结构同时又往往展示建筑形象的构件，玻璃幕墙如何节能常常成为关注的焦点。从技术上讲，玻璃幕墙的节能也是一个系统工程。除了正确选用好的在幕墙中所占面积最大的玻璃外,还需要有合适得职称框架系统、紧固件、密封条、粘结剂及预埋件等，这些彼此相关的构件组成一个完整的系统。它们经过严格的检测，并能在工程申反复使用,如德国的旭格（Schuco）瑞士的严实(Jansen)幕墙系统。一个系统的诞生，后面往往需要一支强有力的研发队伍，经过长期的研发，反复的实验和检测以及大量的工程应用实践，这样它才能成为一个成熟的系统，这对于保温节能的幕墙来讲，尤为重要。
中国在幕墙的生产和应用在数量方面已走在了世界的前列。而在实际工程当中,尽管也出现不少优秀的作品,但迄今为止却还没有诞生出可以在国内或国际上可以普遍采用的幕墙系统。常见的做法是,针对具体项目,我们的设计师和幕墙公司以“量身定作”的方式创造出一些幕墙节点,它们可能会很有特色，但曲于工期造价等多方原因,这些节点难以与经过长期研发和试验出来的系统产品在性能上,在综合指标上相匹比。它们要不被人简单复制,要不难以普及推广,这就成为了幕墙节能发展道路上的一道瓶颈。如前所述,幕墙节能是一个综合性的话题,其中的制约因素很多,但能否拥有称之为“系统”的产品是我们面临的一个挑战。在这方面,欧洲已有不少成熟的经验值得学习和借鉴。
三.钢框架玻璃幕墙的节能与构造
通常,一个能被称之为节能或低碳的建筑需要具备以下特征:在设计、生产和制作过程中消耗较少的资源；具有良好的性能,如强度、保温、防水和密封性；对环境没有污染和损害；使用的寿命长；可以回收并循环利用。
1.现状情况
我们所见到的玻璃幕墙大部分是铝合金为支撑构件的幕墙,钢框架的使用似乎并不多见。其实,在幕墙项目里,钢框架的使用在国际上其实由来己久,在国内也是一样。比如在大型的展会、车站、机场等公共建筑中。但这类建筑中多半采用工字钢,T型钢或U型钢,它们与钢结构一起形成一个力学支撑体系。这类钢基本上是热成型钢,或者称之为“粗钢” ,它的成型机制决定了其外观造型粗犷有余,而精细不够，与常见的铝合金型材相比精细度上相差甚远。
而今在欧洲所普遍采用的钢型材是由薄壁型钢卷材,经过冷弯和冷拔成型,并通过高频对焊而形成强度和精度都极高的无缝钢管,其外形多种多样,和铝合金型材一样精致美观。它的型材结构可采用焊接方式(这与国内常见的彩板开口型材或折弯钢板完全不一样),并有与之配套的一系列五金及密封配件,包括玻璃压板和装饰盖板等,这样构成一套完整的幕墙系统。它们并经过了欧洲最为严格的测试,保温节能达到了很高的水平,其U值可达1,OW/㎡· K以下。它通透美观,性能优异,不光保温节能,还有很高的安全性能,经常应用在大楼的裙楼外幕墙,门厅入口或是跨楼层的中庭空间等醒目部位(如下图所示)。
钢框架玻璃幕墙的节能技术
2．钢框架的优势
作为玻璃幕墙的一个特殊类别,钢框架与我们常见的铝合金比较,具有如下优势:
1)钢材的强度(即弹性模量)是铝合金的三倍,可以用更细的型材承受更大的玻璃重量,玻璃尺度更大气,建筑立面更通透,尤其是在玻璃横向尺度大的时候,横梁尺寸更小。在一定空间跨度内,还可省掉一些幕墙的结构件。
2)钢材的热膨胀系数仅为铝合金的58%,在钢型材与墙体的连结部位对变形要求更低,密封性能更容易保证。
3)钢的热传导率仅为铝的32%,从材料本身来讲,钢框具有更低的∪值(即K值),亦即更好的保温性能。
3.K值与∪值的区别
用来衡量幕墙保温性能的物理参数国内采用的是K值(传热系数),而欧洲采用的却是U值(也叫传热系数),单位都是W/㎡· K。在工程当中我们发现K值和U值的应用同时存在,而少有人明了二者的区别。其实,U值是在K值基础上发展而来的,或者说是欧洲保温节能规定严格化给传热系数的计算带来的变化。在幕墙里,我们采用的K值是玻璃的K值与型材的K值与它们所占面积相计算的结果,没有考虑到(中空)玻璃周边的玻璃间隔条或分子筛的导热性能,而这里恰恰是玻璃保温性能中最薄弱的一部分。一般玻璃表面结露也是从边缘部位开始的。而U值的计算公式里,则将玻璃间隔条的传热系数及其长度考虑到其中,这样的传热系数更加准确,也更能准确反映材料的节能性能,其计算公式举例如下：
钢框架玻璃幕墙的节能技术
U值的计算欧洲一般有四种计算方法：一是采用电脑软件根据欧标EN 10077-2进行计算。二是对制作好的构件,在检测中心进行检测。二是根据欧标ENISO12567-1在检测中心对构件作“热箱测量。四是从已有材料U值表格中查询，用于粗略估算只用。
4.钢框架玻璃幕墙的构造与特点
幕墙如何节能,参与的因素很多,除了正确选用好的中空玻璃以外(譬如采用LOW-E中空玻璃，加惰性气体，选用暖边间隔条甚至双中空玻璃等）。支撑玻璃和整个幕墙的框架系统往往是难度最大的，构造最复杂，造型也是最丰富的一个构件。
在欧洲的刚框架系统里，瑞士严实公司的VISS高级段热幕墙系统在已有数十年的历史，应用于大量重要的公共建筑，尤其是在保温节能及安全领域享受极高的声誉。它在设计和制作中有如下一些特点：
1）型材断面小。外型简洁，周长小，散热面积相对较铝合金小，在相同荷载下，刚型材的结构断面更小更细（如下图所示）
钢框架玻璃幕墙的节能技术
2）断热性好。除了刚型材的热传导比铝合金更低以外，特别的高强度尼龙绝缘钉连接了玻璃压板与支撑型材，现实了里外材料的完全断热，具有平稳的等温曲线，节点的U值最低可达0.66㎡·K。
3）密封性强。幕墙节点内部采用双道密封排水条，利用等压腔原理，在解决节点空腔排水的同时又利用了空腔起到保温隔热的功能（如下图所示）。
钢框架玻璃幕墙的节能技术
4）安装便捷。VISS幕墙的内部构造简洁、功能分明、设计合理。这样使五金配件的安装非常方便迅速。普通工人经过很短的时间的培训就能实际操作。最大限度地保证了安装的准确性，而安装是否到位，恰恰是节能的构件是否能执行其功能的基本保证（如下图所示）。
钢框架玻璃幕墙的节能技术
5）使用寿命长。刚型材本身就有很强的耐用性，正如我们今天所见到的桥梁、轮船一样。VISS幕墙的刚型材由里外镀锌钢板制成型，其五金配件也都采用欧洲先进优质原料和先进工艺制造而成，极为耐用，而且刚材很容易回收利用，节约资源。
四、节能的幕墙也能防火、防弹和防盗
建筑节能和建筑的安全往往是同时需要的，尤其是在公共建筑当中。譬如在有防火的地方，就需要设防火幕墙或门窗，并按消防的要求，提出相应等级的防火检测报告和产品。通常，保温节能的幕墙难以同时达到防火要求(以铝合金为框架的幕墙，不具备防火功能)，而一般的防火幕墙又难以同时满足节能的构造要求。
VISS钢框架幕墙系统在保持其基本构造，即保温性能不受改变的情况下，巧妙地将其中的普通五金配件(如密封胶条、绝缘钉、玻璃压板及支撑块等)用耐火的构件制成,再配以中空防火玻璃,在不改变幕墙任何外观的情况下,实现了节能与防火的完美统—。在满足90分钟防火功能的同时,还能提供2.OW/㎡· K的∪值及42分贝的隔音值。
同样的道理,仅对五金配件进行局部地调整,配以相应的玻璃,就能将ⅥSS幕墙做成有防盗和防弹的功能，并保持外立面的通透和美观。在建筑立面当中，往往不同的位置有不同的功能，采用VISS钢框架幕墙可以实现将不同的功能的材料组合在一起，并保持统一的外观和完整的性能，这样使节能的幕墙也能满足多功能的使用要求(如下图的苏州东山国宾馆保温及防弹玻璃幕墙系统)。
钢框架玻璃幕墙的节能技术
五、结束语
建筑产业发展到今天9不光需要满足最基本的数量要求,还要满足高性能和高质量的要求。采用系统解决方案是幕墙门窗保温节能及可持续发展的一条有利途径。铝合金和钢框架两种框架系统在幕墙领域承担着不同职能和分工,相互补充、相互依赖。合理地选择好材料的采用可以达到资源的节约和优化,从而为实现低碳的社会尽到一份责任。
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