实录:"蒙娜丽莎"第六届现代建筑国际前沿论坛

来源:焦点广州家居网
2010年03月11日13:52 我来说两句

  还有安装施工问题,这个工程是在天津高度是330米高,幕墙的组成有好几种,上面是标准层,下面是雨棚,再底下是群房,还有门,分为这几个系统,这个工程选择的是单元式幕墙,什么工程选购件,什么工程选单元式,有一个原则,单元式是由下往上装,工程在上面施工的时候,土建就可以装,高层建筑超过150米、200米建筑一般都使用单元式幕墙,单元式幕墙占四分之一。(视频播放)
  谢谢大家。

  【主持人】:谢谢两位专家的精彩演讲,也非常感谢蒙娜丽莎精心安排的这两位专家教授。下面有请广东省建筑科学研究院副院长、兼任建筑节能研究所所长杨仕超先生演讲,他演讲的题目是:《驯服高能耗玻璃幕墙之野马》。

广东省建筑科学研究院副院长 杨仕超

  【杨仕超】:我今天特别给大家选这个题目,是因为现在建筑节能,低碳经济是我们国家政策的要求,也是国际形势逼迫之下,我们一个必然选择。

  建筑幕墙我成为讲过,建筑的幕墙高度往往决定了我们建筑的高度,也就是说它是我们建筑必须采用的一个围护结构,在很多情况下,我们不得不采用幕墙结构。但是幕墙有多种选择,不一定非要选择全部是玻璃的幕墙,像这样的建筑(图)等等,现在全国各地到处可见到“玻璃”建筑,虽然豪华时尚,但都是高耗能的垃圾建筑。

  玻璃窗与墙的单位能耗比例为6:1,“玻璃”建筑由于大面积采用玻璃幕墙,从而“冬寒夏热”。多数摩天大楼不得不加大功率,开足空调以调节室温,冬天要先于其它建筑供暖。去年深圳某物流公司搬到深圳CBD某高档写字楼办公,6月份500平方米办公面积空调电费近1万元,物业部解释说我们都是幕墙,所以空调能耗高一点,分摊也就多一点。深圳大量的幕墙和广州大量的幕墙这些玻璃盒子都是高能耗的建筑。

  我们看一看广州市的能耗统计,2008年广州市各类建筑单位建筑面积年耗电量范围汇总表,一般是100度电上下,高一点医疗卫生,宾馆饭店,通信建筑,交通建筑等等。玻璃幕墙建筑跟一般建筑相比,玻璃幕墙建筑往往在200度电一个平方米,而我们平均值像办公楼,综合商业楼,还有宾馆饭店他们的差别。

  玻璃幕墙建筑为什么能耗高?第一个原因是围护结构热容量小,很容易受到天气变化的影响,也就是说太阳一出来,就开始热,这个时候马上就要把空调的功率加大。而天气一冷,没有任何热源量,马上要采暖,要维持室内环境必须要消耗大量的能量。而且我们的玻璃立墙的立面很难设计,所以玻璃幕墙的建筑能耗自然就暴露了,尤其是夏天。

  通过不同的软件来进行计算,全部采用玻璃的和部分不采用玻璃的,两者的能耗可以差16%,这16%不是很高。但是大家要注意,我们现代化的建筑绝大部分能耗不是消耗在围护结构,这百分之十几的能耗占整个围护结构人员的三分之一,这是相当大的比例。

  在欧洲,有人甚至认为“玻璃盒子这样的高耗能建筑是建筑垃圾,环保人士批评。但是很多欧洲设计师却把它搬到了中国,有的发展商也是做冤大头,大手笔,大立面反正就是建筑,结果用起来发现没有办法,建筑能耗太高,他也没有办法了,木已成舟,怎么办?还不是只能这样。

  04年1—8月广州每月用电,在1月份、2月份月电量比较低,到了7、8月份用电量非常高,如果排除开工的差别以外,大量是消耗在第三产业和居民用电,非常之高,而且第三产业和居民用电已经占到了在7、8广州市用电量45%左右。用电负荷就是这些建筑造成的。

  这是经贸大厦正在进行节能改造,汇丰中国银行,帝王大厦,当时建起来是很威风的,现在很多东西开始改了。这是我们正在建的系统,做了节能以后,我们就成了一个很烟囱了。当时是做的很通透,但实际上把节能设计一做,怎么也通透不了,必须得满足强制性的标准。

  第二个我讲一下玻璃幕墙与世界环境。像这样的建筑,前部是玻璃做的非常漂亮的建筑,很现代化的。北京某集团总部大楼,东南向办公室冬季温度高达32度,请中国建筑科学研究圆帮助解释室内环境问题。冬天再怎么少穿衣服,也要穿保暖内衣,32度怎么办公?

  朝东、西的办公室,室内环境普遍不佳,如果离开了空调简直没有办法使用。玻璃幕墙建筑在下班以后,夜间根本无法使用,谁租了这种办公室只能用半天,一关掉空调就不能用了,进去根本就无法工作,很热。所以这个是我们玻璃幕墙建筑一个普遍的问题。内遮阳严重影响建筑立面效果,这是北京西环广场,在阳光明媚的时候就是这个模样,做的窗帘全部是反光的,有的人遮了,有的人不遮,有的是这个颜色,有的是那个颜色,最后的效果就是这样。(图)

  玻璃幕墙室内环境问题,第一个是外区(尤其是东西)房间内太阳辐射强烈,空调虽然降低温度,但辐射太强,仍非常不舒适。建筑不同朝向空调需求不同,控制不好的空调系统往往难以协调。玻璃幕墙通风转气装置设置有难度,造价也比较高。内遮阳的控制管理有难度,许多建筑的内遮阳效果不佳。深圳的帝王大厦开始有开窗,最后因为有一个窗户在刮风的时候掉下去,最后保安把所有的碍事都收回去了,所有窗户不准开。   

  从这个方面来说,我们如果做玻璃幕墙,是不是就没有办法?也有办法,既然要做这个事情,又想有现代化的建筑感觉,就要多下点工夫,怎么把这个事情做好。

  第一个要减少东西朝向,玻璃幕墙的背景,像西环广场,东西反而不遮阳,南面搞了很多百叶遮阳,其实搞错了,应该遮东西。

  第二个夏季为主的地区应该减少幕墙透明的面积,其实做整个都是玻璃的建筑,并不意味着所有的地方都是透明的,天花板上面是没有必要透明的,在这里可以在后面做保温设计。利用这一块来大大减少窗向面积。

  第三个严格控制玻璃采光顶的面积,玻璃采光顶在北方是合适的,但是在南方是非常不合适的。如果要做采光顶尽可能把它做成开放的中庭,让它通风,不要把它做成空调中心。

  第四个透明部分尽可能采用外遮阳措施。其实现在有很多的建筑把立民做的很复杂,但是装饰构件并不是这样构件的,有一些钢管,做一些外饰构件,为什么就不百叶面做一些外饰构件,减少一下太阳的辐射不是挺好的事吗?

  第五个内遮阳最好采用智能控制,兼顾采光和遮阳。这是可以做到的,现在也有很多建筑在这样做。

  第六个要避免室内区域受到阳光直射,阳光直接照射对于夏天开空调的时间,阳光直接照射是不好的,我们人也不舒服,再一个空调系统要根据房间的位置朝向进行设计计算,各个区域尽量的采用单独控制,因为玻璃幕墙建筑测太阳角度,所以空调系统要跟着环境去变化,不能搞一个统一的,有些房间热的要死这个不行。南方的建筑集中的空调系统尽可能采用温度和湿度的独立控制,我们现在的建筑,很少有建筑独立去控制湿度,实际上湿度在南方是非常重要的,4月份这一段时间空气的湿度非常大,但是空气温度并不高,如果这个时候采用空调除湿,温度就会很低,室内就会非常冷。这样的建筑并不都是玻璃的,有很多建筑都是用非透明的一些板来做的。(图)

  这个是芝加哥的机场,我开始也没有搞清楚上面是什么,后来仔细看,上面全部做的光伏电磁板,有些阴影,做光伏发电的。

  这个是整个建筑幕墙全部都是遮阳。

  第四个方面讲一下热工设计问题,从保温来说,严寒寒冷地区要做好保温,金属隔热构造,非透明幕墙保温,以及中空玻璃,气密性,双层幕墙都是可以做的。在寒冷地区要注意房子粘接,要足够好的型材隔热构造,非透明部分做好隔气,设凝结水排放系统。

  遮阳,可以用外面的遮阳,外面的遮阳有很多种形式,不一一讲了,内遮阳加智能控制,主要是为了环境的综合控制和整个幕墙密闭效果。采用遮阳性的玻璃是现在采用比较多的,用Low—E玻璃等等,还有双层幕墙中间遮阳装置。

  通风换气,利用窗台下方,天花的上方,还有型材构造等等进行通风。

  幕墙保温,一般采用大量中空玻璃,如果不行可以做成两层甚至三层,玻璃可以做成几层,保温措施主要避免热桥,周边避免潮热和密封。

  玻璃幕墙隔热,隔热玻璃主要是遮阳、降低遮阳系数最为重要。可以采用吸热玻璃、镀膜玻璃、包括热反射镀膜、Low—E镀膜、阳光控制镀膜等。

  自然通风是节能非常好的措施,很多人说,大型的建筑自然通风不可行,但是不是。自然通风在很多情况下是可行的,并不是不可行。做的好可以带来很好的效果,自然通风可以降低空调的使用,减少空调的使用时间等等,像医院、办公楼、旅馆、学校等等公共建筑,应该大量采用自然通风,尤其像大学等学校应该大量采用自然通风措施。

  双层幕墙在严寒寒冷地区应该采用空气内循环的形式,而在夏热冬暖的地区应该采用外循环了,把热量带走,在夏热冬冷的地区和温和地区综合考虑。空调建筑双层幕墙,中间要采用可以调节活动自然装置,这个也是普遍采用的。

  遮阳有穿孔板,双层幕墙里面用的遮阳控制,这个楼是欧洲一个生态建筑设计,是背驰公司的一个楼,大家注意黄的是遮阳装置,是跟着太阳走的,可以把整个会议室遮住,上面有很多的生态设计理念在里面。(图) 

  欧洲的一个楼,遮阳板,木材幕墙,那边是双层幕墙,这个都是经过精心的设计。外面一层有点象鱼鳞一样,里面还有一层,下面有板是可以翻过来的,可以通风的。

  最后谈谈建筑环境的节能综合智能控制问题。幕墙可以在上面设计一些智能化的系统,当空调建筑大面积采用玻璃窗,可以根据功能的需要,节能的需要采用智能化的遮阳系统和通风换气系统,这个是建筑综合控制能耗的措施,智能化控制系统,应该能够根据天气的变化和我们室内的需求变化来对遮阳通风等等进行实施和控制,以达到最好的环境和节能的目的。这个具体的做法有很多建筑已经在实践。

  自动化的遮阳设施,主要包括收放、天气的感知,信息的处理等等,天气感知可以感知阳光、风速、温度、下雨状况等等,信息人员的活动,室内的需要等等,这些都是我们要控制的。对于大型的建筑来说,自动控制是非常有必要的,可以满足我们总体的需要,另外一方面也可以从美观上面满足我们的要求。
  建筑的综合环境控制第一个要充分利用自然光,大大节约我们照明能耗,这个效果可以达到10%,可以节省10%的照明能耗,是建筑能耗的10%。智能化遮阳系统可以改善我们室内的环境,最大限度解决空调的能耗。空调控制和遮阳控制相结合,可以产生更好的效果,这样的话使得空调达到最优化的控制。

  这个是广州发展大厦,一年的能耗一平方米大概是90多度电,基本上接近我们平均水平,非常不错,这个是全部双层幕墙,但是只有90多度电。这是瑞士的一栋楼,遮阳是全部可以转动的,可以控制的。

  最后谈谈感想,建筑节能的潜力相当的大,我们一栋建筑随便做一下就可以节约20%,如果采用科学、前面的节能措施,可以使整个建筑量相当于4个三峡电站的年发电量。城镇应大力发展和推广低能耗大型公共建筑技术,因为大型公共建筑技术在整个建筑当中能耗是非常高的,只有4%的面积,但是占到整个能耗的20%多。而且国家的大型公共建筑增长速度非常快,现在建筑越来越大,所以必须发展出一套解决中国实际问题的低能耗,大型公共建筑顺序。

  从许多城市调查发现,大型公共建筑能耗很高,玻璃幕墙是罪魁祸首之一,我们再不能无动于衷。对于这种建筑要尽量少,对于高能耗的建筑,作为节能的专家也好,作为建筑师也好,要坚持正确的原则立场,对于正确应该采取一些强硬的措施,限制高能耗建筑,对于高能耗的玻璃幕墙建筑,应加强舆论的谴责,建筑师们应该抛弃浮躁的心理,实实在在,认认真真搞好建筑设计,不要追求大,追求现代。幕墙设计师们,应该加强节能知识学习,来精心设计。

  让我们各方一起努力巡抚这匹脱缰之野马!谢谢。   

  【主持人】:非常精彩,再次感谢杨院长。最后一位演讲嘉宾,也是让我们再次把话题转移到珠江城的项目,珠江城这个项目刚才黄总设计师从建筑设计的角度给我们分享了,一下列过人之处,接下来有请广州江河幕墙股份有限公司副总工程师冉启件先生演讲,他演讲的题目是:《绿色、环保、智能—珠江城》。

广州江河幕墙股份有限公司副总工程师 冉启件

  【冉启件】:今天我进一下珠江城的项目,我们负责这个项目的设计,设计院总设计黄工也谈过了。我们主要就是实现这个项目,下面我来简单介绍一下。

  从现代建筑三大发展趋势,一个是个性化,绿色化和智能化。我们行业定位—幕墙行业是建筑业、制造业和服务业的复合。现在有六种新产品:全新型10%,模仿型20%,改进型26%,系列型26%,经济型11%,市场型7%。

  从当前节能政策,欧美发达国家从20世纪70年代第一次能源危机至今,欧美节能建筑演变经历了三个阶段,命令控制型政策为主,财政激励政策为辅。第二个经济激励政策为主,信息宣传手段为辅。第三个基于市场政策手段为主,综合使用多种手段,从2005年到现在主要是采用这种手段。

  国内节能政策的发展,从1979年到现在,颁发了十多个关于节能的规定,规范,条例等等。

  节能现状,从幕墙这块来说,基准的幕墙非隔热型材非镀膜单玻K值是6,遮阳系数0.7,围护结构平均热流量是336.46,节能幕墙主要考虑隔热型材,镀膜中空玻璃,K值是2.0,遮阳系数0.35,围护平均热流量是166.99,围护结构节能50.4%。双层幕墙传热系数K值1.5,遮阳系数是0.2,围护结构平均热流量是101.16,相对于节能幕墙和基准幕墙有很大的提高。

  以上的数据是基于以下的条件得来的,一个是建筑梯形系数,一个是窗墙面积。

  下面我讲一下珠江城这个项目,我们先看一个短片,(视频播放)

  下面我讲一下幕墙系统,整个工程有三大幕墙系统:内通风双层幕墙、遮阳百页幕墙及曲面幕墙。这样百页幕墙主要用在东西向,南北向为内通风双层幕墙,传热系数K值可以达到1.17,东西向为这样百页幕墙,其中31层以上为光电幕墙,曲面幕墙包括会议中心曲面幕墙、风涡能曲面幕墙及屋顶层曲面幕墙,曲面幕墙采用冷弯和热弯相结合的加工工艺,这个也是我国第二个采用冷弯技术的曲面幕墙。屋顶的曲面幕墙同时也是光电幕墙,整个幕墙建筑面积8.1万平方米,建筑师是美国SOM,幕墙高度309.6米,共71层,整个大楼基于对周边日光动力和风力分布的透彻理解和悉心研究,大楼的流体形式圆滑、现代且富有空气动力感。它是急于绿色、环保、智能及现代于一身的现代化建筑,同时国务院多外宣传办组织国家地理杂志和探索频道联合对次大楼从设计、生产加工及安装进行全程跟踪摄制、采访,通过163种语言同时播放,这在世界上也是独一无二的。下面我主要讲内通风双层幕墙、曲面幕墙、光电幕墙及风力发电的部分功能。

  双层幕墙按进出风口设置的不同分为内通风双层幕墙和外通风双层幕墙,本项目是按内通风双层幕墙。

  在单层幕墙外设置外遮阳,减少透过单层幕墙进入室内的太阳辐射,在外遮阳的外侧设置保护层,在幕墙顶部和底部设置风口,夹层中空气被太阳辐射加热后,在浮力作用下驱使空气流动,将空气带出。

  内通风双层幕墙基本原理,也是有一个演化的过程,具体的不细说了,单层幕墙,单层幕墙+内遮阳,单层幕墙+内遮阳+保护装置,内通风双层幕墙。

  珠江城—内通风双层幕墙,这个是室内的效果图,每个风口13米,这是室内见光的位置都是采用平台,出风口设置在这个位置。主要从下面这个地方来设置了一个通风口,一直循环,从这里排出去。

  这个是我们针对珠江城项目进行热工原理的分析,就是夏季的情况,夏季有风进来,通过新风进入空调机组,有一部分通过新风机排走,另外一部分从下面这个地方一直排走,排走的时候这个地方越往上面越来越高。夏季在太阳照射的情况下反射,冬季循环图,春秋季节一般是不开空调的,都是直接通过新风机、排风机和幕墙内循环系统来调节室温,保证室内的舒适度。

  通过空气流动带走通道内富余热量,从而达到节能舒适的目的。经过计算,双层幕墙的K值为,夏天白天透明位置平均传热系数的K值是1.074,冬季是1.178,围护结构平一热流量是91.14,节能幕墙按前表166.99,基本幕墙按336.46,双层幕墙面积按5万平方米计算,它比节能幕墙节能45恩%,笔记本幕墙节能72.9%。

  下面讲解一下双层幕墙的优点,舒适度,内表面温度差,与室内空气差约为14度,热辐射会导致人不舒适。珠江城内通风双层幕墙内表面与室内空气温差仅为4度,满足舒适的要求。还有隔声。调光主要是根据室内遮阳百页,通过智能和手进行人工控制,调节百页的方向,使光鲜柔和。

  环保消除光污染,单层幕墙采用阳光控制镀膜玻璃,在反射红外线的同时,也对可见光欧很大的反射,产生光污染。双层幕墙采用低辐射镀膜玻璃+智能遮阳帘,只反射红外线,对可见光的反射很小。

  双层幕墙与单层幕墙相比,围护结构采暖时可以节约能源42—52%,制冷时可以节约能源38—60%。在传统发电厂内,最常见的是用化石类燃料发电,而省电100千瓦时,可升油26升或者煤50千克,这也意味着少排放57千克的二氧化碳,71克的二氧化硫和75克氮的氧化物。采用双层幕墙等高性能的围护结构也会相应减少二氧化碳排放。这是是新疆天山冰川面积减少了五分之一,07年各地气温连创新高。

  下面我再一下曲面幕墙,包括屋顶、风涡能和会议中心曲面幕墙。曲面幕墙现有三种建造方法,平面拟合法、浇筑成型法及塑性成型法,以下是三种成型法的对比。现有建造方法,平面拟合一般用折面或者台阶,建造成本较低,建筑效果较差,浇筑成型是用雕塑,建筑成本较高,建筑效果较好,塑性成型采用热塑和冷塑两种方法,建筑成本较高,建筑效果较好。通过以上现有三种方法的比较要么成本较高,要么影响建筑效果,又由于大部分曲面幕墙具有曲率较小的特点,很多板块在1米长度方向上只有几个毫米的变形,采用塑性成型法几乎都无法生产,采用平板替代又影响效果,我司研发的弹性成型法就是为了解决这种矛盾的。

  弹性成型的基本原理,利用平板弹性变形来形成曲面,应用于建筑幕墙的大部分结构材料,在一定条件下都满足虎克定律,应力与应变成线性关系,只要弹性变形产生的预应力不超过材料强度30%,都可以利用弹性成型法。

  通过夹持点的面外位移来成型曲面。这个我也准备了一个动画,大家可以更直观的看一下。(视频播放)

  第三个就是弹性成型法的模型实验和有限元分析,我司与中国建筑科学院针对此项目做了一次实体模型实验,通过布置在玻璃、铝框表面的电阻应变片测量玻璃表面及铝框表面的应变,得出应力分布情况,按照实验,玻璃表面的最大应力为2.8,按JGJ102—2003中规定,8毫米厚钢化玻璃的强度设计值为84Mpa预应力只有3.3%,因此我们认为弹性成型对玻璃的后续承载力影响较小。

  同时采用有限元分析软件,ABAQUS进行有限元模拟分析计算,计算结果与实验结果基本相符。玻璃在弹性变形状态下,不含重力作用,位移边上部和固定边附近玻璃的应力较大,玻璃板块中心部位应力较小,玻璃板块的最大应力为7.6Mpa,预应力只有9.1%  。经过以上的分析珠江城曲面幕墙如下如下:

  屋顶分格是3000毫米×957毫米,最大翘曲高度80毫米,由于属细长性板块经单独做实验后能达到这么大的变形要求,直接采用弹性变形法进行设计。

  风涡能分格式3000毫米×1000毫米,我司采用自己研发的软件找平技术,没有翘曲面。会议中心分格1500毫米×1000毫米,由于是不规则的翘曲面,大部分的翘曲高度在0—30毫米之间,可采用弹性变形法,最大翘曲高度达60毫米,30—60之间采用热塑性变形法进行设计。   

  下面再介绍一下光电幕墙及风力发电的部分数据,本项目塔楼屋顶幕墙及东西立面31层以上外遮阳百页安装光伏组件,总安装功率不少于180千瓦小时,总安装面积约为2100平方米,屋顶采用多晶硅光伏幕墙组件,东西立面采用单晶硅光伏电池组件。光伏发电系统采取与塔楼380V低压端直接并网的形式,向大楼内部电网供电。

  风力发电于塔楼设备层24层及50层风洞处装设风涡能机,共装设4台。每台发电量约6千瓦每小时,总共发电量约24千瓦每小时,也采取与塔楼380V低压端直接并网的形式,向大楼内部电网供电。

  整个电阻在国内一个是双层幕墙这块节能,一个是利用自然的风力压,还有多晶硅提供的,在国内包括世界都是很先进的。
  江河幕墙将不断变革,持续创新,努力为社会创造价值!

  谢谢大家。

  主持人:再次感谢各位演讲嘉宾,今天的论坛到此结束,谢谢各位的光临!

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