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田径场上的跑法其实挺天真的,
如同我们在倦怠周期里的路数,
关键不在于一直能跑多快,
而在于疲倦时能跑多快。
——泰叔
闭幕式已结束,奥运圣火也渐渐熄灭,但是追求“更高、更快、更强”的奥运精神并未落幕。从开幕式上的低碳理念到场馆建设的环保材料,从交通规划的绿色出行到赛事期间的零浪费目标,每一处细节彰显着现代城市对环境的尊重与保护。巴黎奥运会以其独特的方式展现了竞技体育的魅力,还为未来全球大型活动的可持续发展提供了全新的视角与实践路径。
路过摩天大楼云集的城市CBD,我们被现代通透的建筑幕墙所震撼。不同色泽的玻璃,在不同立面分格的控制下,赋予每一栋建筑独特的个性与魅力,仿佛是都市肌理上最精致的纹饰。
之前泰叔曾经在“幕墙 I开启扇对幕墙节能设计的影响”讨论了不同的幕墙开启设计对幕墙节能的影响。那么,当聚焦于幕墙立面分格的多样性,即便采用相同的节能构造,幕墙整体传热系数是否有变化呢?接下来我们就对这个问题进行分析,进一步理解建筑美学与能源效率之间的巧妙平衡。
01、板块的划分
要计算幕墙整体的传热系数Ucw值,在型材节能构造和玻璃配置确定的情况下,幕墙标准板块的划分也尤为关键。
基础板块
我们先在一个楼层洞口范围内按一块玻璃宽度来进行基础板块的划分,其中板块宽度为1620mm,板块高度为3800mm。按此原则,我们从常见幕墙分格中提取如图1所示的三种不同的幕墙板块。
板块0由一整块大玻璃组成,板块1由上下两块玻璃组成,板块2由三块玻璃组成,其中中间部分为开启扇。我们将这三个板块叫作基础板块。
▲图1 幕墙的三种基础板块
标准板块
接下来可以通过基础板块的不同组合,形成幕墙实际的分格形式。
如表1所示,通过基础板块0、基础板块1和基础板块2形成9种常见的立面分格形式。一般来说,立面分格形式是通过1个基础板块或多个基础板块的组合(见表1中立面分格形式中的阴影部分)的重复排布而成,因此我们可以用阴影部分板块的热工性能代表玻璃幕墙整体的热工性能,阴影部分的板块即为标准板块。
▲表1 不同幕墙分格的标准板块
下文中表3-6中的“板块编号”是以基础板块编号组合而成,其中各个基准板块自身也是一种组合形式。
02、分析对象
我们采用同泰叔之前发布的 “幕墙 I开启扇对幕墙节能设计的影响”中的幕墙系统,幕墙形式为横隐竖明的框架式幕墙,幕墙的各个节点的位置图示如图2。
▲图2 幕墙节点位置
幕墙节点构造如表2所示,其中幕墙立柱采用24mm穿条式隔热铝型材(词条“铝型材”由行业大百科提供),上下横梁为隐框形式,开启扇采用铝护边。幕墙的玻璃配置为6mm三银low-e+1.52PVB+6mm+12Ar+10mm,玻璃传热系数Ug值为1.37 W/m2.k, 使用铝间隔条(词条“隔条”由行业大百科提供)。在中国标准JGJ/T 151-2008规定的边界条件下,各个型材节点Uf值的计算结果如表2所示。
▲表2 幕墙节点构造及Uf值
03、幕墙整体Ucw值
参照JGJ/T 151-2008《建筑门窗幕墙热工计算规程》中幕墙整体的计算方法,根据前面列出的分析对象中型材系统的Uf值和玻璃Ug值,结合间隔条对玻璃边部的热工影响,分别计算以上9种不同标准版块的整体Ucw值,得到如图3所示的结果。
▲图3 不同标准板块的幕墙整体Ucw值
从图3可以看出,在相同的幕墙型材构造及玻璃配置下,不同标准板块的整体Ucw值差异很大。
板块0的Ucw值为1.8 W/m2.k,在所有板块中最小;
标准板块2为2.51W/m2.k,在所有板块中最大;
两者相差0.71 W/m2.k。
标准板块1的Ucw值介于板块0和板块2之间;
其他组合标准板块的Ucw值也介于板块0和板块2之间。
宽度方向一个分格的标准板块
宽度方向一个分格的标准板块中,板块0、1、2的Ucw值成递增趋势,板块1和板块2比板块0分别增加12.8%和39.4%。
从下表可看出,引起Ucw值变化的原因有两个,一是型材投影面积占比增加,板块1和板块2中分别增加中横梁和开启扇型材;二是增加的型材为非断热设计。
▲表3
带开启扇的板块
在含有开启扇的标准板块中,随着固定分格占比的增加,幕墙整体Ucw值成递减趋势,其中板块0-2、0-0-2、0-0-0-2比板块2分别降低13.8%、18.3%和20.7%。
从下表可以看出,Ucw值减小的原因是:随着固定分格部分的增加,开启扇型材的投影占比逐步减少,开启扇型材对标准板块的热工影响也逐步较低,Ucw值也就逐步减少。
▲表4
宽度方向相同分格数的板块
从下表分析可以看出,在宽度方向有相同分格数的板块中,幕墙整体Ucw值也有差异。
固定分格部分为基础板块1的标准板块Ucw值比基础板块0的要大。
主要原因时基础板块1含有中横梁,使的型材投影面积增加,从而Ucw值也增加;
随着宽度方向分格数的增加,Ucw增加值也随之增加,2个、3个、4个分格数的Ucw值变化率分别为6.48%,7.80%和9.0%。
▲表5
不同分格宽度对Ucw值的影响
前面分析都是针对单个分格宽度为1620mm的情况下,如果将分格宽度进行调整,幕墙Ucw值将如何变化呢?
在其他条件不变的情况下,我们将分格宽度分别增加到2200mm和减小到1200mm,幕墙Ucw值的计算如果如图4所示。从图中可以看出,宽度增加到2200mm时的幕墙Ucw值相比1620mm时要小,而减小到1200mm时则会变大。
▲图4 不同分格宽度的Ucw值
如下表所示,我们对上面数据进一步分析,可以看出,分格宽度2200mm时的Ucw值比1620mm时减少约4%左右,分格宽度1200mm时的Ucw值比1620mm时增加约5.5%左右。
▲表6
04、总结
从以上分析可知,在相同的幕墙型材系统构造和玻璃配置中,不同的幕墙分格形式对幕墙Ucw值影响很大。具体影响因素如下:
玻璃分格越大对幕墙热工越有利,增加横梁和开启扇会增加幕墙Ucw值;
横梁和开启扇型材在板块中的面积占比增加,幕墙Ucw值也随之增加;
分格形式一样的情况下,随着幕墙分格宽度的增加,幕墙Ucw值则会变小。
综上所述,幕墙立面分格的设计对于节能至关重要。在选择幕墙系统构造时,应充分考虑分格的形式,通过合理的分格调整,可以在保证美观的同时,有效控制建筑的能耗。