【门窗展分享】北京中海紫御公馆二期绿色技术介绍
日期:2015-05-09

第一章、中海紫御公馆简介绍

中海紫御公馆位于北京崇文区陶然亭桥的东侧,紧邻南二环路,建筑高度71.35m,整个建筑以“英伦风情”为主题,借用经典英伦风格建筑的“角塔”及“双筒塔”建筑造型,结合现代表现手法,细节匀称而丰富,高层建筑的体量分布-通过户型的凸窗及阳台的对称布局,自然而然地体现出英伦风格的“双筒塔”的构图关系。历久弥新的全石材外立面,经百年风霜依然华丽庄重,精雕细琢之中,那份由内而外的华贵雍容款款落座。建筑细部典雅且精致 规整而有序,整体风格含蓄典雅。同时本工程对外墙装修上也提出更高的要求,采用先进的节能环保幕墙体系,幕墙玻璃采用LOW-E充氩气的配置,幕墙体系采用双层外呼吸系统,屋顶采用BAPV光伏发电系统,因此可以说,本工程是一座科技含量高、低碳环保的绿色建筑。本工程图片效果图如下:


工程施工中照片:


第二章、幕墙系统介绍
本工程幕墙类型主要有:双层热通道外循环幕墙、隐藏式开启明框玻璃幕墙系统、屋顶BAPV光伏电站等系统、以下将分别介绍:

第一节、双层热通道外循环幕墙介绍:
双层热通道幕墙分为两种,一种为封闭式内通风幕墙,也称作双层热通道内循环幕墙。封闭式内通风幕墙从室内的下通道吸入空气,在热通道内上升至上部排风口,从吊顶内的风管排出。这一循环在室内进行,外幕墙完全封闭。另一种为开敝式外通风幕墙,也称作双层热通道外循环幕墙。与内通风幕墙不同的是,开敝式外通风幕墙是在层间位置开敝,在室内可根据季节开敝或封闭,内层幕墙采用中空玻璃;外幕墙采用单层玻璃,设有进风口和排风口,利用室外空气进入热通道,并带走热量,从上部排风口排出,减少太阳辐射热的影响,节约能源。它无须专用机械设备,完全靠自然通风,维护和运行费用低,是目前国内应用最广泛的形式。

由于考虑本工程位于二环边上,噪音比较大,且根据立面的需要,将西立面设计为双层幕墙。双层幕墙的卓越性能突出在可以调节不同季节带来的不同气候条件下的室内环境,比如对:光照、冷热、空气流动、噪音等环境条件进行调节而不需要特别复杂的高技术设备或耗用额外的能源来达到同样的目的。它对提高幕墙的保温、隔热、隔声功能起很大的作用,比单层幕墙采暖时节能40%-50%。制冷时节能40%-60%。本项目采用的是双层热通道外循环幕墙,外层为明框玻璃幕墙,内层隐框玻璃幕墙,并留有检修门,中间形成600mm宽热通道,外层玻璃采用12mm钢化玻璃,内层玻璃采用6T+12A+6T(LOW-E)钢化中空玻璃。外层幕墙的上两端,设有电动控制进风和排风装置。冬天:关闭外通风幕墙系统的进出风装置,双层幕墙中间的双层换气(热通道内的空气)由于阳光的照射,温度升高,像一个温室,形成温室效应。这样有利于提高内侧幕墙的表面的温度,减少了建筑物用于冬季采暖的设备运行费用;夏天,双层幕墙中间的热通道内温度很高,这时可打开通道内上下两端的排气、系统的进出风装置,热通道内的空气内由于热烟囱效应产生自下而上的气流,从下进气口进入的气流,在热通道内通过热量交换后从上出气口排出,这种自下而上的气流运动,带走了通道内的热量,这样可以降低内侧幕墙的外表面温度,减少空调制冷的负荷,节约了能源,降低了能耗。可以通过控制热通道中的自动遮阳百叶角度来控制通道内接受太阳光的强弱,在夏季,自动遮阳百叶关闭,把阳光阻挡在内层幕墙外,其遮阳效果要优于室内遮阳措施。
循环式双热通道玻璃幕墙气流动效果如下:


1、双层热通道外循环幕墙工作原理:
夏天通过电动控制系统开启进出风口的电动百叶,利用通道内烟囱效应产生的压力差使通道内的空气快速流通,带走室外太阳的辐射热量,形成一道阻止室外热空气传入室内的屏蔽墙,降低室内温度;冬天通过电动控制系统关闭进出风口的电动百叶,利用温室效应,使通道内的空气通过吸收室外太阳辐射热量,温度升高,形成一道阻止室外冷空气传入室内的屏蔽墙,提高室内温度;同时可以通过开启内层推拉门,实现向室内输送新鲜空气或向室外排除污浊空气的目的,完成室内外的通风换气。春天和秋天,将层间百叶与内层门开启,将室内与外界面沟通。运行图示如下:


进风口开启向室内输送新鲜空气                           出风口开启向室外排出污浊空气

2、双层热通道外循环幕墙防水设计:
本工程为双层外呼吸式幕墙,外层幕墙是防水的主要屏障,所以外层幕墙的防水设计由为关键,外层幕墙为单元式系统,利用雨幕和等压原理实现结构防水,由多道密封胶条构成等压腔并通过迂回渠道与外界连通,保持腔内外空气压力趋于均衡,渗入幕墙内部的少量水能通过积水胶垫在每一层顺畅排出。变传统的密封胶堵水为导水,能有效保证气密性和水密性。

在进风口处,经由开启百叶进入通道内的少量水分可以直接排出室外;在出风口处,经由开启百叶进入通道内的少量水分掉落到与之相对应的下层出进风口顶封板上,由顶封板向两侧通过进风口排出室外。

进入热通道少量雨水排水组织路线图如下:

3、双层幕墙防火设计:
因为热通道内有自然空气的流动而使得双层幕墙的防火成为系统设计的重点和难点,防火系统除了必须考虑内层幕墙的层间防火以外,还必须考虑热通道的防火分区,使得某一个区域失火以后,进入到热通道内部的烟雾不会随意蔓延至整个外幕墙。内层幕墙的防火采用了常规做法:采用1.5mm镀锌铁板承托和100mm厚的防火保温棉共同组成一条连续的层间防火带,满足1小时耐火极限要求。而热通道的防火分区则必须考虑竖向和水平向两个方向,使得每一个防火区在整个立面上与其它防火区完全分离,并尽可能的减小防火区的面积。在水平方向我们以9.8m的柱间距为水平防火分区,该位置的竖向龙骨和支撑系统全部保护在镀锌钢板和防火岩棉中间(如下图)。

而竖向一般是以一层为一个防火区,但由于该项目采用的是交错式进、出风的气流导向设计方式,同一层间其进出风口间隔布置,进气时,防火钢板布置在排气口的下端,如下图:

 

出气时,防火钢板布置在排气口的上端,如下图:

因此,热通道处的层间防火带呈上下凹凸状——位于进风口的下部、出风口的上部,支座位置全部被镀锌钢板和防火岩棉包裹。这样严密的防火系统设计既保证内外层幕墙均层层防火,又确保失火情况下层与层、柱与柱之间不出现“串烟”的现象。

4、双层热通道外循环幕墙防雷设计:
本项目的建筑物防雷设计,不仅考虑顶层雷击,由于外立面出现金属装饰线条,还要考虑侧向雷击。合理的防雷措施将使建筑维护结构免受雷击,达到安全使用功能。按照GB50057-94《建筑物防雷设计规范》中防雷分类等级,本工程按二类防雷标准进行设计。
a、 本工程幕墙横向每隔三层设计置一道φ12钢筋均压环,纵向每个轴线(轴距为9.8m)处幕墙立柱上下连通;
b、 兼作避雷网的竖向立柱的室外装饰线与外层幕墙的铝立柱保证导电连接畅通;
c、 横纵避雷通路交叉处通过幕墙与主体的连接钢角码及钢支座连通,形成9.8mx11.61米避雷网;
d、 在幕墙避雷网节点处,用¢12钢筋把幕墙避雷网与主体避雷钢筋引出点连通,使幕墙避雷网通过主体避雷网实现接地;
e、 幕墙龙骨与连接件接触面除去粉末层,且加设1mm不锈钢垫片,防止电化腐蚀;
f、 幕墙φ12钢筋均压环与支座钢板以及主体避雷引出钢筋通过焊接连接;
g、 焊接时要求双面施焊、焊接长度不少于100mm,焊接处刷两道防锈漆,形成幕墙均压环与建筑物主体防雷体系的有效连接。

5、双层幕墙灰尘清理设计:
考虑到北京风沙比较大,除了考虑外层幕墙的清洁方案还需要考虑通道内的灰尘清理,设计时需要在室内设置平开门,一方面作为春、秋两季自然通风的开启扇,另一方面作为清洁检修门以便人可以进入通道内清洗,另外考虑了通道内层间构件可拆卸的需求,可快速、方便进行装卸、清洗,室内图片如下:

第二节、隐藏式开启明框幕墙系统
南北主立面采用明框幕墙系统,竖向外挑550mm宽130mm装饰扣盖,为了保证建筑的立面效果,外幕墙的开启扇采用了隐藏式开启,即将常规的开启框与铝龙骨一体化设计而开启扇则内陷,使开启扇位置与固定扇位置的室内外可见面效果一样,看不到附加的窗框和窗扇,建筑效果非常简洁、美观。装饰线位置开启做法如下:

装饰线位置开启横剖图
装饰线的设计需要考虑不影响开启扇的开闭功能、确保所有胶缝宽度一致,同时满足建筑的美观和安全要求——尺寸大小不变、不露钉。因此,我们用钢板做主传力结构,根部与龙骨螺栓连接,端部与挤压成型的铝合金装饰线螺栓连接,确保每一个连接部位的安全可靠。然后用铝板遮住连接钢板,使得从外观看,整条550mm长的装饰线同一种颜色和材质,形成整体。即满足建筑装饰效果,不影响开始功能,同时又兼作建筑竖向遮阳系统。

考虑到施工的方便性,本系统还采用了小单元的做法,玻璃的板块与铝合金副框在加工厂粘接组成小单元,到现场只要进行挂接、打胶就可以,大大的提高施工的速度,保证工程工期。

第三节、屋顶光伏幕墙发电系统介绍
为了响应北京市建设绿色、生态、低碳城市的要求,本项目按照绿色建筑设计概念,不仅仅考虑了热工性能绝佳的双层外呼吸幕墙系统、竖向外遮阳系统用以减低建筑空调能耗,还设计了屋面光伏发电系统,用以补充建筑自身电力消耗,在夏季,建筑处于强日照环境时,由于大量制冷设备的使用形成电网用电高峰,而这时也是光伏阵列发电最多的时候。因此,在公共办公大楼中使用太阳能光伏发电可以有效地削减建筑高峰用电,从而缓解高峰电力需求,起到削峰填谷的作用。

北京太阳能资源处于我国第三类地区,太阳能日照资源适合太阳能光伏项目实施及推广。本项目利用了330平米的空置的建筑屋顶面积,安装了225块240Wp的单晶硅光伏组件,形成发电总功率为54.0kWp的光伏系统,按照北京环境条件,设计电池板朝向为正南,按照并网发电系统考虑最佳倾角为35度,此条件下年均日照辐射量为1536.65kWh/m2,为避免自身遮挡,根据计算前后排相距为3052mm。使用5台容量为11KW的高效单相并网逆变器,接入小区八号楼低压配电柜,向小区八号楼用户交流负载输送电能,最佳年发电量约为每瓦每年发电1.23度电,整个系统年发电量为6.642万度电。每年可省燃油1.73万升或节省标准煤23.9吨,这也意味着少排放66.2吨的二氧化碳,0.784吨的二氧化硫和0.286吨氮氧化物。同时减少因火力发电产生的18吨粉尘,节约26.57万升净水。工程完工后整体图片如下:


本系统终端设计成具有友好的人机互动功能,采用LCD液晶显示屏,可监测和显示系统直流工作电压和电流、交流输出电压和电流、功率、功率因数、频率、故障信息以及环境参数(如辐射照度、环境温度等),统计和显示日发电量、总发电量等信息,并可打印报表。另外,系统还具有过压、失压、过载过流、漏电、短路保护功能,并网逆变器内置的电网保护装置具有防孤岛保护单元(MSD),能有效地防止孤岛效应。作为建筑屋顶光伏电站专项设计,不仅要满足光伏电站外观效果和建筑效果的统一、电站本身承受外荷载的抗倾覆和抗变形能力,还需要对建筑自身混凝土屋面的结构、防水、保温等功能影响以及系统本身的清洁维修、耐久性等细节问题加以重视。同时最大限度的优化我们的设计方案,合理选用各种材料,把不必要的浪费消除在设计阶段,降低工程造价,为业主节约投资。

未来10年中国要以每年1%-2%的城市化进程增长率来完成发展中国家的城市化进程,而建筑作为城市的血肉,正不断消耗着土地和资源。同时由于人们对生活条件和居住舒适度的要求不断增加,导致建筑变成一只长着大嘴不断吞噬自然环境资源排泄污水垃圾有害气体的怪物。绿色建筑已成为未来新建建筑的设计目标,全面推行势在必行。提高建筑物维护结构自身的保温隔热的能力和使用可再生能源是降低建筑使用能耗的最要途径。研究越来越低的系统传热系数是高档门窗幕墙的重要考核指标,而光伏发电已成为可再生能源利用的主要发展趋势,常规电站包括荒漠光伏电站远离能源消费,往往需要长距离输送电力,造成资源的多重浪费。而利用屋顶发电,可以实现“屋面上产电、屋面下用电”的零距离理想状态,避免长距离输电的成本和损失;同时也易于化解大电网的电力供应安全问题。我国已建建筑的建筑面积大约400 亿m2,其屋顶面积约40 亿m2,而新建建筑以每年8%至10%的比例增长,建筑屋面将是光伏系统应用最适宜的最巨大的场地,不仅可有效利用屋顶资源,而且简单易行。愿新技术的应用给越来越多的建筑披上绿衣。

 

作者介绍:
罗多 女 珠海兴业绿色建筑科技有限公司总工、兴业太阳能集团研究院副院长、标准化研究所所长。参于多项国家级、省级的科学研究项目,以及多次参于国家标准、行业标准的编写工作。是《跟踪太阳能》专家编委会委员、中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会专家、顺德区太阳能建筑技术专家、全国建筑用玻璃标准化技术委员会委员、广东省太阳光伏能源系统标准化技术委员会副秘书长。

刘红维 男 珠海兴业绿色建筑科技有限公司 董事长 高级建筑材料工程师,于幕墙工程领域拥有逾16年经验,于太阳能光伏应用领域拥有逾7年经验。是中国幕墙门窗标准化技术委员会专家、中国光电建筑应用委员会副主任、珠海市节能协会会长、中国民主建国会珠海市委员会副主委、广东省太阳光伏能源系统标准化技术委员会主任委员。

曾伟清 男 珠海兴业绿色建筑科技有限公司 职位:设计所副所长。多年的设计与工地实践经验,已经熟练掌握各种幕墙系统,包括玻璃幕墙(包括构件式玻璃幕墙、单元式玻璃幕、全玻璃幕墙、点支式玻璃幕墙)、石材幕墙、陶土板幕墙、金属板幕墙、金属屋面、双层内呼吸循环式玻璃幕墙、光伏幕墙的设计与施工。

全文摘自2015全国铝门窗幕墙行业年会论文集《北京中海紫御公馆二期绿色技术介绍》作者刘红维、曾伟清,转载请注明出自广州门窗展官网http://www.windoorexpo.com/和作者。

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关键词:门窗展、幕墙展、幕墙工程、学术交流
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