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林树枝:门窗幕墙的绿色设计理念

来源:中国幕墙网收集整理  作者:林树枝  日期:2019-8-26
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   中国有着世界最大的建筑市场,每年新增建筑面积全球第一!而绿色建筑又被喻为新时代中国高质量发展的重要标志。在建筑的全寿命周期内,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品质建筑,作为建筑中节能、舒适关键组成部分的“门窗幕墙”,又应该如何协同发展、创新进步呢?

  中国有着世界最大的建筑市场,每年新增建筑面积全球第一!而又被喻为新时代中国高质量发展的重要标志。在建筑的全寿命周期内,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品质建筑,作为建筑中节能、舒适关键组成部分的“幕墙”,又应该如何协同发展、创新进步呢?

  本文作者:林树枝 工学博士、教授级高级工程师

  现任厦市建设局巡视员、副局长;住房和城乡建设部“全国超限设防审查专家委员会”成员;中国建筑学会建筑结构分会常务理事等职务。

  在本文中作者将结合多年来的相关从业经验,通过丰富的案例图解,围绕门幕墙在设计中的关键要素,以及发展趋势,为您呈现绿色建筑之美!

  绿色建筑发展——以厦门为例

  厦门别称鹭岛,副省级城市、经济特区,东南沿海重要的中心城市。由厦门半岛、离岛鼓浪屿、西岸海沧半岛、北岸集美半岛、东岸翔安半岛、大小嶝岛、内陆同安、九龙江等组成,陆地面积1699.39平方公里,海域面积390多平方公里。截至2018年,厦门的综合信用指数在36个省会及副省级城市排名第2,营商环境居副省级城市第1位,外贸综合竞争力居全国第5位,厦门港集装箱吞吐量位居全球第14位。2018年重新确认国家卫生城市(区)。

  城市价值:厦门地处夏热冬暖地区,全年平均气温21摄氏度,既无严寒又无酷暑,城市尺度宜人。

  美丽厦门——城在海上、海在城中、山海交融、城景相依

  背景:绿色建筑发展的城市背景,蕴涵了厦门市的相关管理部门对实施绿色建筑行动的一贯主张。

  厦门市人民政府发文——实施绿色建筑行动:从2014年1月1日起,全部新出让土地强制采用星级绿色建筑标准;全部新出让商品房采用一次性装修到位。

绿色建筑发展:生态文明建设的重要举措

  将绿色低碳理念落实到城市开发建设和运营全过程

  我们从厦门一系列的城市建筑群图片中,可以直观感受到绿色建筑理念。

  天风海涛、万石涵翠

  看得见山、望得见水

  记得住的乡愁

  因地制宜推动绿色建筑发展

  绿色建筑的发展需要因地制宜的推动,其中最关键的三点包括:

  适宜的绿色、整体化设计以及精细化设计。

  PART1: 门窗幕墙的设计水平对绿色建筑和建筑节能指标影响很大。

  我国国土面积广阔,各城市区域气候、温度差异化较大,针对不同气候区域的门窗幕墙设计,进行了一些规律性研究。

  一、夏热冬暖地区适宜的绿色建筑技术:

  • 隔热与

  • 自然通风和自然

  • 绿化和垂直绿化

  • 节约用水

  • 土地资源集约利用

  • 应用(、风能、海水源)

  二、夏热冬暖地区建筑节能重点部位

  寒冷地区建筑节能的重点是,炎热地区建筑节能的重点是隔热。厦门市地处夏热冬暖地区,建筑节能以隔热为重。

   在建筑外中,外窗是建筑与外界的最薄弱环节,透过窗户的是建筑得热的主要途径。

   建筑的目的就是通过遮挡,减少太阳对外窗的直接,通过外窗遮阳热源是夏热冬暖地区有效的建筑节能措施。

  在绿色建筑设计应用中的核心问题:大型,或机关办公建筑,若门窗或幕墙设计不合理,容易成为高能耗建筑。

  三、夏热冬暖地区绿色建筑技术原则

  ① 从“节地、节能、节水、节材、室内环境和运营管理”六大部分综合考虑,尽可能选择低成本高效益的技术。

  ② 优先采用被动式设计:在建筑规划设计中,利用自然环境,通过对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的空调、通风等能耗的降低。

  ③ 把主动式设计作为辅助手段:通过干预手段为建筑提供空调通风等舒适性环境控制。

  ④ 先通过被动式技术入手并作为技术构思的重点,通过设计方法进行整体式调节。再通过主动式技术进行辅助、精细化调节。这样就可以充分利用自然条件,借助设计方法,最大程度节约资源、节省能源。

  从闽南古建筑设计中不难发现,历来很重视建筑朝向、通风、隔热和遮阳。

   同时,在厦门的既有建筑中,我们可以找到很多的运用了绿色建筑设计理念的实例。

  绿色建筑实例1—厦门财富中心

  厦门财富中心全、逆作法,不用外脚手架及木模板,绝大部分为可回收材料,工期短,建筑垃圾少。

  建筑物内部设计中,电梯厅均与空中花园连通,全自然采光,有效减少白天开灯能耗。

        采用50mm宽遮阳百叶,可均衡室内光线分布,减少。

  绿色建筑实例2—厦门洋塘保障房

  微气候分析示意图

  夏季典型日建筑阴影分析:南立面自遮阳效果一般,建议结合强化自身遮阳设计。

  建筑表面太阳日照时数分析

  夏季及秋季:顶部和南面日照时数分别可达1310h和923h,顶部和南部可充分利用太阳能。

  分析

  日照充沛处进行绿化措施或采用透水地面,以减少热岛效应。

  自然通风分析

  建筑错落布局,东南面建筑低、西北面建筑高布局有利于自然通风。

  PART2:与门窗设计有关的绿色建筑技术

  (1)自然通风和自然采光:

  通过优化建筑总合理布局、主要功能房间靠窗布置、增大窗户可开启面积等措施,满足日照、采光、通风要求;

  (2)绿化和垂直绿化:

  因地制宜采用本地植物进行屋顶绿化、垂直绿化,降低屋面;小区、庭院绿化,增加室外透水地面面积;种植适应当地气候和土壤条件的乡土植物;

  东西向日射量是南向的1.24倍,屋顶水平向日射量是南向的2.78倍。因此,建筑朝向及屋顶隔热特别重要。

  建筑物朝向从古至今的沿袭——座北朝南

  因此——

  (3)窗户的:东西向开窗尽量少,外窗比例要适当,墙面可以考虑植栽隔热。同时,夏热冬暖地区,加强外遮阳设计,降温效果最佳。

资料来源:台湾陈海曙教授

  夏季:要遮避太阳辐射,以降低室内。

  冬季:要获取太阳辐射,以增加室内气温。

  台湾研究:外遮阳降低太阳辐射热,效果明显

  在一系列的公共建筑、规范及准中,我们看到很多对不同建筑物朝向的设计指导措施。

  A、《民用建筑热工设计规范》规定:“建筑物的向阳面,特别是东、西的窗户,应采取有效地遮阳措施。”

  B、《夏热冬暖地区》规定:“居住建筑的外窗,尤其是东、西朝向的外窗宜采用活动或的建筑外遮阳设施。”

  C、《》规定:“夏热冬暖地区、夏热冬冷地区的建筑以及寒冷地区中制大的建筑,外窗(包括)宜设置外部遮阳。”。

  D、《厦门市指导意见》提出:“厦门地处夏热冬暖地区,建筑节能重点应做好、隔热与通风。”、“外窗(包括透明幕墙)宜采取各种固定或活动式的外遮阳装置等有效的遮阳措施,如花格、外挡板、外百叶、外卷帘等……建筑设计宜结合外廊、阳台、挑檐等处理方式进行建筑遮阳。”

  E、《厦门市人民政府关于进一步加强节能工作的实施意见》(厦府[2010]97号)第十一条规定:“结合我市南方气候特点,全面实施居住建筑外遮阳技术。卧室、起居室、书房等主要房间的南、东、西向外窗均应设置外遮阳设施。遮阳率应达到80%。”……

  F、《厦门市建筑设计方案节能审查要点》中,对建筑遮阳提出了具体的要求,积极推进遮阳这一有效的节能措施。

  …… 外遮阳曾经是厦门传统建筑的重要元素:深远的挑檐、宽大的外廊、外置……

  厦门老房子的木质百叶遮阳窗

  类似遮阳构建在鼓浪屿等地的传统建筑中随处可见,在酷热的夏季将炎炎烈日挡在房子外面。

  厦门建筑外遮阳(回廊式建筑)

  厦门建筑外遮阳(外廊式学校建筑)

  厦门建筑外遮阳(骑楼式建筑)

  骑楼式外遮阳系统:骑楼得以保留并发展的城市,地处夏热冬暖地区,具有相似的沿海湿热型气候,夏季阳光猛烈,多雨、多台风。骑楼具有防晒、防雨和防台风的三大功能,有效的构成了一个全天候的购销环境。

  厦门现代建筑的外遮阳

小白鹭文化艺术中心:电动百叶

BRT轮渡枢纽站:活动外遮阳与水平固定外遮阳

  思明区图书馆:遮阳百叶与建筑造型一体化设计,形成“书本”的造型,表达了图书馆建筑的特有造型元素。

  厦门国际机场候机楼:东、西向设置了与建筑造型一体化的固定外遮阳

  五缘水乡:设计了挑檐、连廊,将建筑遮阳融入到建筑造型中

  厦门文化艺术中心:Low-E、遮阳节能改造效果

  厦门市遮阳措施总汇:外遮阳、水平式、固定式

  PART3:门窗幕墙设计中的精细化

  (1)门窗幕墙绿色建筑设计理念中,节能玻璃,尤其是LOW-E玻璃的应用非常广泛。

各类玻璃日射量

Low-E玻璃节能原理

  减少二次辐射热传递,但不会阻隔透进室内,不会产生。

合理开窗有利于自然通风

  (2)、通风设计中考虑自然通风的状态,能够有效减少能耗并持续提供健康空气。

  在自然通风状态下,只要室内温度不超过29℃,不超过80%,都会感觉比较舒适。

  合理开窗有利于自然采光

  在绿色建筑设计理念的发展过程中,我们关注到2019门窗幕墙在转型升级的发展中值得关注的几个方向,这些方向也是精细化设计的基本出发点。

  1、全幕墙的高端

  2、外窗与PC复合

  3、装配式幕墙

  4、外窗、幕墙与复合

  5、高性能外窗

  6、遮阳与建筑一体化

  全幕墙的高端住宅【案例】

厦门帝景苑

  全国最高的全住宅大楼。5幢,62层,建筑高度258米住宅公建化:高档内外装修,外围护全部采用幕墙。可以是纯钢结构,外围护采用幕墙,但造价高,能耗大。

  外窗+PC集成制作与安装【案例】

  装配式幕墙新技术【案例】

  装配式幕墙新技术具有几大特色:

  (1)利用专业的工厂和生产工艺,实现幕墙的结构、保温、外装饰一体化的大板块在工厂组装完成。

  (2)大板块组件在项目现场与主体结构经过简便的连接固定就可以完成幕墙的安装。

  (3)分格构造有规律,板块模数统一。

  (4)单元式玻璃幕墙本身就是幕墙。

  外窗、幕墙与太阳能板复合【案例】

  高性能外窗【案例】

  高性能外窗通常要满足几个基本特色:

  (1)建筑外窗可开启面积不小于外窗总面积的30%,具有可开启部分或设有通风换气装置。

  (2)建筑外窗的不低于现行国家标准《建筑外窗性能分级及其检测方法》规定的4级要求。

  (3)采用Low-E玻璃,或双银Low-E玻璃。

  遮阳与建筑一体化【案例】

  建筑遮阳卷帘,采用窗洞镶嵌式安装,遮阳如窗户构件一般塞入洞口,使用更方便,受力更合理,可有效解决台风破坏隐患。

  建筑一体化:从建筑设计阶段就将外遮阳同时考虑,预留遮阳构件及传动装置的位置,使遮阳产品完美的融入建筑造型。外遮阳不但不成为一种外挂的累赘附属物,反而成为建筑的特色元素。

  结构一体化:一体化的设计,还必须考虑外遮阳设备在结构上与建筑物完美结合。

  针对门窗幕墙的绿色设计理念的心得体会:

  (1)应结合夏热冬暖地区的气候特点,进行门窗幕墙的设计。建筑尽量座北朝南,减少东西向开窗。窗户开启扇要大,以利通风。外窗和幕墙宜采取遮阳措施,玻璃选用LOW-E中空,或微。

  (2)外窗应使用高性能的窗户。采用外墙装配时,外窗与PC构件可集成制作。窗户、幕墙、遮阳系统要与墙体一体化设计,确保建筑风格和良好的外观。

  (3)可结合垂直绿化和屋顶绿化,屋顶、外窗、幕墙、遮阳系统与太阳能板复合,降低能耗,减少碳排放,达到理想的建筑节能效果。

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