1.全球幕墻隔熱系統的分類
A類:有機隔熱系統,采用由導熱系數不大于0.3 W/(m*K)的有機復合隔熱材料制成的隔熱條,安裝于幕墻龍骨內,具有普通隔熱功能的幕墻隔熱系統。
B類:無機隔熱系統,采用由導熱系數不大于0.02W/(m*K)的無機復合隔熱材料制成的隔熱毯,安裝于幕墻龍骨內,具有高效隔熱功能的幕墻隔熱系統。
2.兩大幕墻隔熱系統的誕生和發展
上個世紀,世界上先后誕生了澆注式和穿條式兩種隔熱技術。經過幾十年的發展,現已形成以美國亞松 (Azon) 公司的聚氨酯澆注式和德國泰諾風 (Technoform) 公司及德國旭格 (Schueco) 公司的聚酰胺尼龍穿條式為代表的有機隔熱系統。直到2014年底,在世界范圍內,幾乎所有的幕墻隔熱系統均是基于此類技術。
本世紀初,建筑用高性能無機隔熱材料已開始初期研發,初代產品于2007年被首次實驗性地應用于美國的民用建筑項目,并進行相關數據采集,測試和配方調整。2015年伊始,由暖框科技公司(Warmframe Corporation)全球首家運用成熟的工藝及相關專利技術第一次開始通過系統化設計,成功地將無機復合隔熱幕墻隔熱毯材料應用于超高層幕墻建筑,由此此類幕墻隔熱系統也被稱為暖框系統(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個中心城市的超過400棟各類城市地標幕墻建筑提供了暖框系統解決方案,以及相關的系統熱工測試和工程質保服務。至此,逐漸形成了以暖框科技公司的暖框系統為代表的新一代高效無機隔熱系統。
更令人側目的是,高效無機隔熱系統一經推出后市場表現搶眼的同時,由于其對建筑能耗的大幅度降低優異表現,在2018-2019年設計使用無機隔熱系統的建筑項目幾乎橫掃了亞洲地區所有綠色節能創新建筑重要獎項,其中囊括了:2019亞洲綠色建筑年度大獎 BREEAM Awards 2019;2018年度可持續發展建筑獎;2018年度亞洲創新綠色建筑大獎;中國地區2018年度時代創新獎;中國首座辦公建筑BREEAM四星認證;中國首座住宅類建筑BREEAM四星認證;LEED及WELL建筑雙金級認證辦公建筑等眾多獲獎項目。
目前,有機隔熱系統和無機隔熱系統已經逐漸并行成為全球的兩大類幕墻隔熱系統。
3.兩大隔熱系統的主要差別
新材料新科技的創新發展無疑是推動這次幕墻隔熱系統升級的主要推動力,除了無機復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,并以此為幕墻節能和建筑外墻設計自由度的大幅躍升打開了未來之窗。
暖框科技公司的無機隔熱系統(暖框系統)的技術特點在于,設計師在利用無機復合隔熱材料超低導熱系數的同時,利用了幕墻隔熱毯設計靈活的特點,通過同時阻斷熱的傳導、對流和輻射三種傳熱方式來大幅降低幕墻傳熱系數(U值),以達到30%幕墻節能性能的提高,并徹底解決幕墻熱冷橋的結露風險。由于采用暖框系統的幕墻結構更加簡單、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,幕墻設計師和施工人員在暖框系統設計優化和使用過程中發現,新一代的暖框系統使用的是加工性能極高的毯狀高性能無機材料,與上一代聚酰胺尼龍隔熱條的有機材料特性完全不同,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,同時一次性打破了由傳統有機隔熱條耐高溫差、耐濕變形、結構受力安全及阻燃性差等諸多設計桎梏。
4.量化分析和數據整理
下面以明框幕墻的標準系統為研究對象進行量化說明:
圖2 - 暖框系統及其所對應的框的U值
通過以上圖表不難發現:
1) 聚酰胺尼龍隔熱條的應用與否對于框的U值有著至關重要的影響,相比非斷熱的框,12mm隔熱條可以大幅降低框的U值達69%,性價比極高,這就很好解釋了自2005年國家頒布《公共建筑節能設計規范》后,隔熱條的應用被迅速和廣泛地普及開來。
2) 然而,2015年國家對《公共建筑節能設計規范》進行了修訂,并將節能目標提高了30%,為滿足更高的幕墻節能要求,隔熱條的高度增加的同時,幕墻成本也隨之相應增加。研究發現,當隔熱條高度增加到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后變得越發不經濟(圖3)。
3) 比較有機隔熱系統和暖框系統的性價比,當成本相同時,后者框的U值比前者平均降低45%;當框的U值相同時,后者的成本僅為前者的1/3。
圖3 - 框的U值和成本的關系
4) 根據數值分析和歸納(圖4),可以得出如下結論:
a)相同框面積比的幕墻,在實現同等性能條件下(幕墻U值要求1.8),暖框系統較有機隔熱系統節省成本約100元/平米,
b)隨著框面積比的增加和幕墻U值的降低,幕墻隔熱系統成本差值也將越來越大,暖框系統與有機隔熱系統相比,所節省的成本也將越來越多。
圖4-幕墻U值和成本的關系
5.總結
隨著全球建筑節能標準、可持續發展、減少塑料類產品使用等環保要求的不斷提高,及行業競爭的加劇,房屋開發商對高性價比的追求、設計師對設計自由的渴望、施工單位對提高施工效率的需求和矛盾也日益突出,新材料創新無疑與產業的時代需求共同成為了這次幕墻隔熱系統升級的主要推手。趨勢已經形成,無機隔熱系統正以勢不可擋的速度,全面取代有機隔熱系統設計,成為幕墻的新一代高效隔熱系統。幕墻隔熱技術迭代的發展也成為建筑這一古老行業當今創新發展時代洪流中的一個縮影。
