摘 要：2005年3月22日，我國首座超低能耗示范樓在清華大學(xué)落成，該項目集多種建筑新技術(shù)新材料于一體。僅建筑外圍護結構的門(mén)窗幕墻系統中就采用了雙層幕墻系統、遮陽(yáng)百葉系統、光電幕墻系統、高保溫性能鋁合金門(mén)窗系統、真空玻璃、雙中空雙Low-E等新技術(shù)新材料。文章對該項目建筑幕墻系統進(jìn)行了介紹，可供大家對低能耗示范樓有所了解，同時(shí)供相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行建筑幕墻的設計時(shí)參考。

　　一、前言

　　由中國工程院院士、清華大學(xué)江億教授主持設計的我國首座超低能耗示范樓于去年三月在北京清華大學(xué)落成，作為2008年奧運建筑的“前期示范工程”，它集中體現了“科技奧運、綠色奧運”的理念。示范樓內集中展示了近百項國內外最先進(jìn)的建筑節能技術(shù)產(chǎn)品，是我國第一個(gè)集示范、展示、試驗等功能于一體的綠色建筑，這座超低能耗示范樓采用多種性能優(yōu)異的幕墻系統和能源空調系統，冬季可基本實(shí)現零采暖能耗，夏季空調耗能量?jì)H為常規建筑的10%。

　　二、超低能耗示范樓綜合介紹

　　超低能耗建筑是指在圍護結構、能源和設備系統、照明、智能控制、可再生能源利用等方面綜合選用各項節能技術(shù)，能耗水平遠低于常規建筑的建筑物。清華大學(xué)超低能耗示范樓主要運用了如下建筑節能新技術(shù)：

　　1、智能?chē)�護結構

　　超低能耗樓的外圍護結構體系主要是針對可調控的智能型外圍護結構進(jìn)行研究，使其能夠自動(dòng)適應氣候條件的變化和室內環(huán)境控制要求的變化。從采光、保溫、隔熱、通風(fēng)、太陽(yáng)能利用等進(jìn)行綜合分析，給出不同環(huán)境條件下的推薦形式。

　　示范樓選用了近十種不同的外圍護結構做法，基本的熱工性能要求為：透光體系部分(玻璃幕墻、保溫門(mén)窗、采光頂)綜合傳熱系數K<1W/(m².k)，太陽(yáng)得熱系數SHGC<0.5，非透光體系部分(保溫墻體、屋面)傳熱系數K<0.3W/(m².k)。在設計階段利用相關(guān)軟件計算結果為冬季建筑物的平均熱負荷僅為0.7W/m，最冷月的平均熱負荷只有2.3W/m，如果考慮室內人員、燈光和設備等的發(fā)熱量，基本可實(shí)行冬季零采暖能耗。夏季最熱月整個(gè)圍護結構的平均得熱為5.2W/m。綜合能耗相當于常規建筑的10%。

　　2、相變蓄熱活動(dòng)地板

　　冬季白天可蓄熱存由玻璃幕墻和窗戶(hù)進(jìn)入室內的太陽(yáng)輻射熱，晚上材料相變向室內放出蓄存熱量。

　　3、自然通風(fēng)利用

　　利用熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)的結合。在樓梯間和走道設置通風(fēng)井，負責熱壓通風(fēng)。在幕墻上設開(kāi)啟扇，使室外空氣在風(fēng)壓下流過(guò)建筑。

　　4、可再生能源系統

　　光電幕墻、太陽(yáng)能空氣集熱器、太陽(yáng)光采光技術(shù)。

　　5、景觀(guān)型濕地技術(shù)

　　收集屋頂雨水，做到雨水資源化利用。

　　6、種植屋面技術(shù)

　　種植與北京氣候相宜的植物，做到三季有花，四季有景。

　　三、建筑幕墻設計介紹

　　清華大學(xué)超低能耗示范樓外裝飾工程主要采用了窄通道內循環(huán)雙層玻璃幕墻、窄通道外循環(huán)雙層玻璃幕墻、寬通道外循環(huán)雙層玻璃幕墻、橫向及豎向外遮陽(yáng)鋁合金百葉系統、真空玻璃幕墻、光電幕墻、復合鋁板幕墻等節能及智能幕墻技術(shù)。

　　1、雙層幕墻

　　目前，國內的通風(fēng)式雙層幕墻類(lèi)型較多，但歸納起來(lái)主要可分為兩類(lèi)：一是按通風(fēng)道寬度不同分為寬通道式和窄通道式。一般我們將通風(fēng)道寬度可供人進(jìn)入進(jìn)行維護和保養的歸為寬通道式，將通風(fēng)道寬度設計不供人進(jìn)入的歸為窄通道式。二是按通風(fēng)道內空氣的循環(huán)方式分為外循環(huán)式、內循環(huán)式和混合循環(huán)式。外循環(huán)式是指外層幕墻設進(jìn)、出通風(fēng)口，通過(guò)外層幕墻完成通風(fēng)、換氣，內層幕墻實(shí)現保溫隔熱功能；內循環(huán)式是指外層幕墻實(shí)現保溫隔熱功能，內層幕墻設進(jìn)、出風(fēng)口，完成通風(fēng)、換氣；混合循環(huán)式是通過(guò)內外層幕墻上的進(jìn)、出風(fēng)口的不同開(kāi)閉形式，實(shí)現在不同季節下的最優(yōu)組合。

　　為了測試不同的雙層幕墻系統的保溫隔熱性能，在清華大學(xué)超低能耗示范樓幕墻工程中，在不同的立面、不同的樓層采用了不同形式的通風(fēng)式雙層幕墻。

　　(1)窄通道內循環(huán)雙層玻璃幕墻

　　示范樓南立面1～2軸的一、二層采用的是窄通道內循環(huán)雙層玻璃幕墻。外層采用的是8+12A+10中空玻璃，內層為下懸開(kāi)啟的8mm厚單層玻璃，通道內設置50mm寬電動(dòng)遮陽(yáng)百葉。工作時(shí)，通過(guò)安裝在通道頂部的排風(fēng)管與室內空調系統相連接，在夏季開(kāi)啟空調時(shí)，利用室內的低溫空氣來(lái)冷卻由于太陽(yáng)輻射而造成過(guò)熱的空氣夾層。

　　參數：通道寬200mm；外層玻璃：8Low-E+12A+10mm鋼化白玻；內層玻璃：8mm鋼化白玻。夾層通風(fēng)方式：機械通風(fēng)；夾層設計通風(fēng)量：20～60m³/(h.m立面寬)。

　　幕墻外側設置有太陽(yáng)輻射傳感器以及照度傳感器，通過(guò)實(shí)際的測量數據來(lái)控制通道內百葉的升降與旋轉角度，同時(shí)通過(guò)通道內的溫度傳感器來(lái)控制通道的進(jìn)風(fēng)量，從而保證通道溫度的范圍。

　　(2)窄通道外循環(huán)雙層玻璃幕墻

　　試驗樓南立面1～2軸三、四層采用的是窄通道外循環(huán)雙層玻璃幕墻。外層采用8mm單層玻璃，內層選用中空玻璃。外層上下橫料設置通風(fēng)口，通道內設置電動(dòng)遮陽(yáng)百葉，為加大通風(fēng)量，在通道頂部設置機械通風(fēng)器。為便于百葉的清潔在內層設置內開(kāi)窗。在窗間墻的位置，外層采用的是光電幕墻。光電幕墻的發(fā)電直接給通道頂部的機械通風(fēng)器供電。室外輻射越強，通道溫度越高，與此同時(shí)光伏發(fā)電量也增加，風(fēng)機的排風(fēng)量也增加，從而降低通道內的溫。

　　參數：通道寬110mm，外層玻璃：8mm鋼化白玻；內層玻璃：8Low-E+18A+4+0.76pvb+4；電動(dòng)百葉寬：25mm；通風(fēng)方式：機械通風(fēng)。夾層設計通風(fēng)量：40m³/(h.m立面寬)

　　(3)寬通道外循環(huán)雙層玻璃幕墻

　　示范樓東立面B～F軸采用了寬通道外循環(huán)雙層幕墻，通風(fēng)道寬度600mm。外層幕墻采用6mm厚透明鋼化玻璃，設置進(jìn)、出風(fēng)口，進(jìn)、出風(fēng)口高度均為600mm高，采用電動(dòng)開(kāi)啟，內層幕墻局部設置鋁合金斷熱內平開(kāi)窗，在雙層幕墻間設置了50mm寬可調電動(dòng)百葉，可上、下及旋轉運動(dòng)。在距進(jìn)風(fēng)口下每隔300mm設置兩個(gè)200mm寬鏡面不銹鋼反光板，以彌補在內置遮陽(yáng)百葉關(guān)閉的情況下可能對室內采光的不足了50mm寬可調電動(dòng)百葉，可上、下及旋轉運動(dòng)。在距進(jìn)風(fēng)口下每隔300mm設置兩個(gè)200mm寬鏡面不銹鋼反光板，以彌補在內置遮陽(yáng)百葉關(guān)閉的情況下可能對室內采光的不足；內層幕墻采用4+9A+5+9A+4mm厚中空雙Low-E玻璃，以保證整個(gè)幕墻的保溫隔熱要求。另外，為檢測不同的通風(fēng)高度對保溫性能的影響，將B～C軸雙層幕墻一至三層的通風(fēng)道連通，結合每層進(jìn)出風(fēng)口開(kāi)閉，實(shí)現不同通風(fēng)高度的情況下對雙層幕墻保溫性能的影響。

　　參數：通道寬度600mm；外層玻璃：6mm厚鋼化玻璃；內層玻璃：4+9A+5+9A+4mm雙中空雙Low-E玻璃；電動(dòng)百葉打開(kāi)方式：由下往上升并可調節角度；通風(fēng)方式：自然通風(fēng)。

　　2、高性能斷熱鋁合金平開(kāi)窗

　　斷熱鋁合金門(mén)窗在國內特別是北方地區的建筑中已越來(lái)越普及，產(chǎn)品的保溫性能也得到了很大的提高，傳熱系數K值已由幾年前普通單層玻璃鋁合金門(mén)窗的5.0～6.7W/m².K提高到現在的2.2～3.0W/m².K。但為滿(mǎn)足示范樓工程超低能耗的要求，設計在傳統斷熱鋁合金窗的截面形式上做了較大的改進(jìn)，將斷熱條的寬度增大到20mm，開(kāi)啟扇玻璃選用了5+6A+4+V+4+6A+5雙中空加真空Low-E玻璃，充分利用雙中空雙Low-E與真空玻璃的保溫特性，同時(shí)將玻璃與扇料的固定方式由明框改為隱框，減小窗框比，極大地提高了斷熱鋁合金窗的美觀(guān)性和整體保溫性，經(jīng)檢測，傳熱系數達到1.6W/m².K，節能效果顯著(zhù)。

　　另外，玻璃與框的連接固定采用硅酮結構膠粘接，提高了窗扇的整體剛性，克服了開(kāi)啟扇由于雙中空玻璃自重過(guò)大而可能引起的下墜現象。

　　3、外遮陽(yáng)百葉系統

　　外遮陽(yáng)百葉系統是近年來(lái)公共建筑為減少太陽(yáng)輻射得熱采用的一種新型外遮陽(yáng)形式，在超低能耗示范樓的兩個(gè)立面上均選用了外遮陽(yáng)系統。

　　示范樓工程中所采用的外遮陽(yáng)電動(dòng)鋁合金百葉系統，鋁合金截面寬600mm，東立面采用了水平遮陽(yáng)百葉和垂直遮陽(yáng)百葉，南立面只采用了水平遮陽(yáng)百葉，通過(guò)電動(dòng)開(kāi)窗機完成鋁合金遮陽(yáng)板的開(kāi)啟、關(guān)閉以及調節其開(kāi)啟角度。

　　水平遮陽(yáng)百葉參數：長(cháng)度5000mm，3000mm，(兩種)；寬度600mm,間距590mm；百葉控制方式：每?jì)蓪铀�平百葉由一個(gè)電動(dòng)執行器控制開(kāi)啟，最大張角達135°。

　　垂直遮陽(yáng)百葉參數：高度3700mm，寬度600mm，間距590mm；百葉控制方式：每?jì)蓚�(gè)柱間的百葉由一個(gè)電動(dòng)執行器控制轉角，最大轉動(dòng)角度為135°。

　　4、復合保溫鋁板幕墻

　　由于本工程要求非透明幕墻的傳熱系數K<0.3W/(m².k)，故北立面采用了復合保溫鋁板幕墻。復合保溫鋁板幕墻的面板采用3mm厚單層鋁板內部填充50mm厚低導熱率、高保溫性能的硬質(zhì)聚氨酯材料，鋁板背面加裝100mm厚玻璃保溫棉層，同時(shí)，在面板與保溫棉層間設有140mm寬的空氣層，通過(guò)多種保溫措施，極大地提高了鋁板幕墻的整體保溫性能，達到了技術(shù)要求。

　　四、建筑幕墻新技術(shù)及新材料的應用

　　1、雙層幕墻與采光及溫控的智能結合技術(shù)

　　雙層幕墻在國內已有相當的應用，但大多只是停留在提高適內舒適度和建筑幕墻的保溫性能上。清華大學(xué)示范樓的寬通道雙層幕墻設計將采光板與室內遮陽(yáng)有機地進(jìn)行結合，從一定程度上解決了室內采光上的能源消耗，使建筑的用能向低能耗方向上邁進(jìn)了一步。

　　寬通道幕墻的進(jìn)出風(fēng)口配置有開(kāi)啟電機和溫控開(kāi)關(guān)，可根據通道內的溫度來(lái)調控進(jìn)出風(fēng)口的開(kāi)啟大小。

　　2、雙層幕墻與光電幕墻的智能結合技術(shù)

　　光電幕墻的應用在示范樓中既作為窗間墻的外裝飾，又作為窄通道幕墻小功率機械通風(fēng)設備的電能來(lái)源。機械通風(fēng)量的大小完全通過(guò)光電玻璃的瞬時(shí)轉換電能的效率確定，得熱多時(shí)也是光電玻璃轉換電能大的時(shí)候，機械排風(fēng)量也大。巧妙的設計，使雙層幕墻的得熱與散熱（排風(fēng)）得以和諧統一。

　　3、遮陽(yáng)與采光的智能結合技術(shù)

　　建筑外遮陽(yáng)系統的應用我們并不陌生，示范樓的百葉設置很好地將遮陽(yáng)隔熱、采光視野進(jìn)行了結合。

　　水平遮陽(yáng)的選擇：在不同的太陽(yáng)方位角與高度角狀況下，遮陽(yáng)構件產(chǎn)生的陰影區是不同的。通常水平遮陽(yáng)構件適宜遮擋從上面射來(lái)的太陽(yáng)光，因此，在低緯度地區或夏季，太陽(yáng)的高度角很大，水平遮陽(yáng)的效果比較好。示范樓的南立面與東南角選用了水平遮陽(yáng)百葉系統。

　　垂直遮陽(yáng)的選擇：垂直遮陽(yáng)的效果決定于太陽(yáng)的方位角，它較適宜遮擋從側面來(lái)的陽(yáng)光，一般會(huì )影響視野，適合用于東西方向和北向。示范樓的東立面選用了部分的垂直遮陽(yáng)百葉系統。

　　水平遮陽(yáng)系統在冬季時(shí)，百葉打開(kāi)(與玻璃面垂直)讓盡可能多的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內，夏季通過(guò)控制不同位置百葉的張角，在滿(mǎn)足室內采光的前提下，盡可能多地遮擋太陽(yáng)輻射。垂直百葉冬季時(shí)，轉動(dòng)百葉使其與太陽(yáng)光線(xiàn)平行，室內盡可能多地獲得太陽(yáng)光，夏季時(shí)，控制百葉盡可能遮擋太陽(yáng)光的同時(shí)，利用光線(xiàn)的反射與散射供室內采光。

　　夏季時(shí)，晚上將百葉打開(kāi)，利于室內散熱；冬季時(shí)，晚上將百葉關(guān)上(與玻璃面平行)，利于室內的蓄熱。

　　4、斷熱鋁合金窗與隱框幕墻結合技術(shù)

　　為滿(mǎn)足東立面室內自然通風(fēng)的需要，在寬通道雙層幕墻的內側與垂直外遮陽(yáng)百葉的內側設計了鋁合金內平開(kāi)窗。為使東立面幕墻系統的傳熱系數K值控制在1.0 W/(m².K)，設計將隱框玻璃技術(shù)與斷熱窗技術(shù)進(jìn)行了結合，取得了很好的視覺(jué)與很好的性能，本工程同類(lèi)型窗經(jīng)檢測的K值達1.6W/m².K，較傳統斷熱鋁合金窗的保溫性能有了較大的提高。

　　5、真空玻璃的應用技術(shù)

　　清華大學(xué)示范樓的幕墻工程中應用材料新技術(shù)是真空玻璃。

　　真空玻璃是將兩片平板玻璃四周密閉起來(lái)，將其間隙抽成真空并密封排氣孔，兩片玻璃之問(wèn)的間隙為0.1-0.2mm，真空玻璃的兩片一般至少有一片是低輻射玻璃，這樣就將通過(guò)真玻璃的傳導、對流和輻射方式散失的熱降到最低，其工作原理與玻璃保溫瓶的保溫隔熱原理相同。據國家建筑工程質(zhì)量監督檢測中心提供的數據顯示：真空玻璃的保溫性能是中空玻璃的2倍，是單片玻璃的4倍。

　　真空玻璃良好的保溫性能，在示范樓的幕墻工程設計中被提到日程上來(lái)。為克服目前4mm+真空+4mm厚真空玻璃的較低承受風(fēng)荷載的能力，設計采用雙中空玻璃的工藝，將真空玻璃放在雙中空的中間，由與室內外空氣接觸的兩片玻璃采用鋼化玻璃承受正負風(fēng)荷載。示范樓工程所用5mm鋼化+6mm空氣+4mmLow-E+V+4mm浮法+6mm空氣+5mm鋼化的雙中空玻璃，其傳熱系數經(jīng)計算為0.93W/(m².K)。

　　6、雙中空雙Low-E玻璃的應用

　　在示范樓的東立面窄通道雙層幕墻中應用的另一種高保溫性能玻璃為雙中空雙Low-E玻璃。其構造如圖16。內外片玻璃為4mm厚在線(xiàn)鋼化Low-E玻璃，中間片為5mm厚浮法玻璃，兩個(gè)9mm中空層充氬氣。

　　經(jīng)計算，該類(lèi)型的雙中空玻璃的傳熱系數值為1.04W/(m².K)。

　　五、結束語(yǔ)

　　清華大學(xué)超低能耗示范樓的落成，意味著(zhù)承載數十項建筑節能新技術(shù)新材料的應用進(jìn)入試用階段，將為我國建筑節能新技術(shù)的應用與推廣起到積極的推動(dòng)作用。作為該項目建筑幕墻的總設計總承包單位，方大公司從設計、施工到后期的試驗檢測都給予了很大的關(guān)注和支持。

　　相信經(jīng)過(guò)我們不懈的努力，本工程所使用的多種建筑新技術(shù)、新材料不僅會(huì )為2008年北京“綠色”奧運會(huì )提供有力的技術(shù)保障，而且也將為我國開(kāi)展的建筑節能工作提供很好的借鑒，同時(shí)也將為推動(dòng)我國建筑幕墻技術(shù)發(fā)展做出巨大的貢獻。