1.全球幕墻隔熱系統(tǒng)的分類
A類:有機(jī)隔熱系統(tǒng),采用由導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.3 W/(m*K)的有機(jī)復(fù)合隔熱材料制成的隔熱條,安裝于幕墻龍骨內(nèi),具有普通隔熱功能的幕墻隔熱系統(tǒng)。
B類:無機(jī)隔熱系統(tǒng),采用由導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.02W/(m*K)的無機(jī)復(fù)合隔熱材料制成的隔熱毯,安裝于幕墻龍骨內(nèi),具有高效隔熱功能的幕墻隔熱系統(tǒng)。
2.兩大幕墻隔熱系統(tǒng)的誕生和發(fā)展
上個(gè)世紀(jì),世界上先后誕生了澆注式和穿條式兩種隔熱技術(shù)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,現(xiàn)已形成以美國(guó)亞松 (Azon) 公司的聚氨酯澆注式和德國(guó)泰諾風(fēng) (Technoform) 公司及德國(guó)旭格 (Schueco) 公司的聚酰胺尼龍穿條式為代表的有機(jī)隔熱系統(tǒng)。直到2014年底,在世界范圍內(nèi),幾乎所有的幕墻隔熱系統(tǒng)均是基于此類技術(shù)。
本世紀(jì)初,建筑用高性能無機(jī)隔熱材料已開始初期研發(fā),初代產(chǎn)品于2007年被首次實(shí)驗(yàn)性地應(yīng)用于美國(guó)的民用建筑項(xiàng)目,并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集,測(cè)試和配方調(diào)整。2015年伊始,由暖框科技公司(Warmframe Corporation)全球首家運(yùn)用成熟的工藝及相關(guān)專利技術(shù)第一次開始通過系統(tǒng)化設(shè)計(jì),成功地將無機(jī)復(fù)合隔熱幕墻隔熱毯材料應(yīng)用于超高層幕墻建筑,由此此類幕墻隔熱系統(tǒng)也被稱為暖框系統(tǒng)(Warmframe System)。截至2019年底,暖框科技公司已成功地為全球各氣候帶、超過25個(gè)中心城市的超過400棟各類城市地標(biāo)幕墻建筑提供了暖框系統(tǒng)解決方案,以及相關(guān)的系統(tǒng)熱工測(cè)試和工程質(zhì)保服務(wù)。至此,逐漸形成了以暖框科技公司的暖框系統(tǒng)為代表的新一代高效無機(jī)隔熱系統(tǒng)。
更令人側(cè)目的是,高效無機(jī)隔熱系統(tǒng)一經(jīng)推出后市場(chǎng)表現(xiàn)搶眼的同時(shí),由于其對(duì)建筑能耗的大幅度降低優(yōu)異表現(xiàn),在2018-2019年設(shè)計(jì)使用無機(jī)隔熱系統(tǒng)的建筑項(xiàng)目幾乎橫掃了亞洲地區(qū)所有綠色節(jié)能創(chuàng)新建筑重要獎(jiǎng)項(xiàng),其中囊括了:2019亞洲綠色建筑年度大獎(jiǎng) BREEAM Awards 2019;2018年度可持續(xù)發(fā)展建筑獎(jiǎng);2018年度亞洲創(chuàng)新綠色建筑大獎(jiǎng);中國(guó)地區(qū)2018年度時(shí)代創(chuàng)新獎(jiǎng);中國(guó)首座辦公建筑BREEAM四星認(rèn)證;中國(guó)首座住宅類建筑BREEAM四星認(rèn)證;LEED及WELL建筑雙金級(jí)認(rèn)證辦公建筑等眾多獲獎(jiǎng)項(xiàng)目。
目前,有機(jī)隔熱系統(tǒng)和無機(jī)隔熱系統(tǒng)已經(jīng)逐漸并行成為全球的兩大類幕墻隔熱系統(tǒng)。
3.兩大隔熱系統(tǒng)的主要差別
新材料新科技的創(chuàng)新發(fā)展無疑是推動(dòng)這次幕墻隔熱系統(tǒng)升級(jí)的主要推動(dòng)力,除了無機(jī)復(fù)合幕墻隔熱毯材料本身的隔熱性能比聚酰胺尼龍隔熱條提高了前所未有的10倍以上,并以此為幕墻節(jié)能和建筑外墻設(shè)計(jì)自由度的大幅躍升打開了未來之窗。
暖框科技公司的無機(jī)隔熱系統(tǒng)(暖框系統(tǒng))的技術(shù)特點(diǎn)在于,設(shè)計(jì)師在利用無機(jī)復(fù)合隔熱材料超低導(dǎo)熱系數(shù)的同時(shí),利用了幕墻隔熱毯設(shè)計(jì)靈活的特點(diǎn),通過同時(shí)阻斷熱的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種傳熱方式來大幅降低幕墻傳熱系數(shù)(U值),以達(dá)到30%幕墻節(jié)能性能的提高,并徹底解決幕墻熱冷橋的結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)。由于采用暖框系統(tǒng)的幕墻結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、緊湊,減少了穿條鋁材和高配置玻璃的使用,從而大幅降低了幕墻綜合成本。
除此之外,更令人驚嘆的是,幕墻設(shè)計(jì)師和施工人員在暖框系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和使用過程中發(fā)現(xiàn),新一代的暖框系統(tǒng)使用的是加工性能極高的毯狀高性能無機(jī)材料,與上一代聚酰胺尼龍隔熱條的有機(jī)材料特性完全不同,從而帶來了幾近與建筑同壽命的50年使用壽命的超高老化性能,同時(shí)一次性打破了由傳統(tǒng)有機(jī)隔熱條耐高溫差、耐濕變形、結(jié)構(gòu)受力安全及阻燃性差等諸多設(shè)計(jì)桎梏。
4.量化分析和數(shù)據(jù)整理
下面以明框幕墻的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)為研究對(duì)象進(jìn)行量化說明:
圖2 - 暖框系統(tǒng)及其所對(duì)應(yīng)的框的U值
通過以上圖表不難發(fā)現(xiàn):
1) 聚酰胺尼龍隔熱條的應(yīng)用與否對(duì)于框的U值有著至關(guān)重要的影響,相比非斷熱的框,12mm隔熱條可以大幅降低框的U值達(dá)69%,性價(jià)比極高,這就很好解釋了自2005年國(guó)家頒布《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》后,隔熱條的應(yīng)用被迅速和廣泛地普及開來。
2) 然而,2015年國(guó)家對(duì)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行了修訂,并將節(jié)能目標(biāo)提高了30%,為滿足更高的幕墻節(jié)能要求,隔熱條的高度增加的同時(shí),幕墻成本也隨之相應(yīng)增加。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)隔熱條高度增加到18mm以后,框的U值/成本曲線開始逐漸趨于平緩,說明性價(jià)比收益開始大幅縮減,并在隔熱條高度增加到24mm后變得越發(fā)不經(jīng)濟(jì)(圖3)。
3) 比較有機(jī)隔熱系統(tǒng)和暖框系統(tǒng)的性價(jià)比,當(dāng)成本相同時(shí),后者框的U值比前者平均降低45%;當(dāng)框的U值相同時(shí),后者的成本僅為前者的1/3。
圖3 - 框的U值和成本的關(guān)系
4) 根據(jù)數(shù)值分析和歸納(圖4),可以得出如下結(jié)論:
a)相同框面積比的幕墻,在實(shí)現(xiàn)同等性能條件下(幕墻U值要求1.8),暖框系統(tǒng)較有機(jī)隔熱系統(tǒng)節(jié)省成本約100元/平米,
b)隨著框面積比的增加和幕墻U值的降低,幕墻隔熱系統(tǒng)成本差值也將越來越大,暖框系統(tǒng)與有機(jī)隔熱系統(tǒng)相比,所節(jié)省的成本也將越來越多。
圖4-幕墻U值和成本的關(guān)系
5.總結(jié)
隨著全球建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、可持續(xù)發(fā)展、減少塑料類產(chǎn)品使用等環(huán)保要求的不斷提高,及行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇,房屋開發(fā)商對(duì)高性價(jià)比的追求、設(shè)計(jì)師對(duì)設(shè)計(jì)自由的渴望、施工單位對(duì)提高施工效率的需求和矛盾也日益突出,新材料創(chuàng)新無疑與產(chǎn)業(yè)的時(shí)代需求共同成為了這次幕墻隔熱系統(tǒng)升級(jí)的主要推手。趨勢(shì)已經(jīng)形成,無機(jī)隔熱系統(tǒng)正以勢(shì)不可擋的速度,全面取代有機(jī)隔熱系統(tǒng)設(shè)計(jì),成為幕墻的新一代高效隔熱系統(tǒng)。幕墻隔熱技術(shù)迭代的發(fā)展也成為建筑這一古老行業(yè)當(dāng)今創(chuàng)新發(fā)展時(shí)代洪流中的一個(gè)縮影。
