輻射制冷金屬屋面系統(tǒng)施工技術(shù)研究

陳 華，鄢全科，劉 鵬，楊慧慧，曹 鵬，王明輝

(1 中國(guó)建筑第八工程局有限公司， 上海 200135； 2 寧波瑞凌新能源科技有限公司， 寧波 315599)

0 前言

氣候變化是人類(lèi)面臨的全球性問(wèn)題，隨著各國(guó)二氧化碳排放，溫室氣體猛增，對(duì)生命系統(tǒng)形成威脅。在這一背景下，世界各國(guó)以全球協(xié)約的方式進(jìn)行節(jié)能減排。近年來(lái)，我國(guó)積極參與國(guó)際社會(huì)碳減排，主動(dòng)順應(yīng)全球綠色低碳發(fā)展潮流，積極布局碳中和，已具備實(shí)現(xiàn)碳中和條件。2021年“兩會(huì)”工作報(bào)告中，“碳達(dá)峰、碳中和”被首次寫(xiě)入政府工作報(bào)告。實(shí)現(xiàn)碳強(qiáng)度持續(xù)大幅下降，其中一個(gè)重要方面是要大力節(jié)能，降低能耗強(qiáng)度。不僅通過(guò)結(jié)構(gòu)節(jié)能，同時(shí)還要進(jìn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)，推廣先進(jìn)節(jié)能技術(shù)，提高能效，實(shí)現(xiàn)技術(shù)節(jié)能。建筑節(jié)能技術(shù)是節(jié)能技術(shù)的一種，必須引起重視，并大力倡導(dǎo)以綠色、生態(tài)及可持續(xù)為標(biāo)志的生態(tài)建筑能源技術(shù)。

輻射制冷技術(shù)是將物體的熱量(波長(zhǎng)為8～13μm電磁波)通過(guò)大氣窗口源源不斷向外太空冷源高效傳遞，同時(shí)對(duì)太陽(yáng)光能量具有高反射率，將太陽(yáng)熱量吸收降到最低，無(wú)需耗能就可以實(shí)現(xiàn)24h高效制冷[1-4]。輻射制冷作為一種無(wú)耗能、無(wú)污染的綠色新型制冷技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰，碳中和”目標(biāo)的重要途徑，在屋面系統(tǒng)具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值[5]。

輻射制冷技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際大型公共建筑的金屬屋面系統(tǒng)[6]時(shí)，只需將常見(jiàn)的金屬屋面系統(tǒng)(圖1)的屋面壓型板替換成輻射制冷金屬板即可實(shí)現(xiàn)。將輻射制冷膜通過(guò)成熟的覆膜工藝覆于屋面板表面，得到輻射制冷金屬屋面板，其阻燃性能符合《建筑金屬圍護(hù)系統(tǒng)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 473—2019)[7]要求。

圖1 典型金屬屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

輻射制冷金屬屋面板匹配原有金屬屋面板的施工工藝，主要包括金屬板壓型、壓型板在支架上固定、鎖邊、抗風(fēng)夾安裝、避雷鎖安裝等工藝[8-9]。在以上各施工工序中涉及不同程度撞擊、機(jī)械摩擦等外界破壞，因此，本文主要研究輻射制冷金屬板實(shí)際施工過(guò)程中，各保護(hù)膜貼合工藝、各工序施工工藝、封邊工藝及局部修復(fù)工藝。

1 輻射制冷金屬板保護(hù)膜篩選及工藝

1.1 保護(hù)膜的篩選

為保護(hù)輻射制冷膜在壓型、鎖邊等工藝中不被破壞，生產(chǎn)過(guò)程中在輻射制冷金屬膜表面覆一層保護(hù)膜。針對(duì)杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目金屬屋面系統(tǒng)所采用的壓制剛瓦的瓦型，篩選適用的保護(hù)膜，輻射制冷壓型鋼板結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 輻射制冷壓型鋼板結(jié)構(gòu)

表1為保護(hù)膜信息及測(cè)試結(jié)果。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，PE保護(hù)膜難以粘貼在輻射制冷膜表面，導(dǎo)致壓型、鎖邊過(guò)程中易與輻射制冷膜分離，進(jìn)而導(dǎo)致壓型、鎖邊過(guò)程中輻射制冷膜破損。

保護(hù)膜信息及測(cè)試結(jié)果 表1

對(duì)于PET保護(hù)膜，未出現(xiàn)輻射制冷膜破損現(xiàn)象；PET-1壓制過(guò)程中易出現(xiàn)保護(hù)膜破損現(xiàn)象，而PET-2，PET-3沒(méi)有，說(shuō)明增加PET厚度，有助于改善保護(hù)膜壓型過(guò)程中破損現(xiàn)象；壓型過(guò)程中PET-3有出現(xiàn)邊緣翹起現(xiàn)象，說(shuō)明PET達(dá)到一定厚度后，其自身挺性對(duì)黏性有一定削弱，表現(xiàn)出曲面不易貼合現(xiàn)象；鎖邊過(guò)程中PET保護(hù)膜無(wú)破損；撕扯保護(hù)膜過(guò)程中，PET-1易出現(xiàn)保護(hù)膜破損現(xiàn)象，PET-2，PET-3未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，說(shuō)明PET的破損強(qiáng)度隨厚度而增大。結(jié)合以上幾點(diǎn)，輻射制冷金屬板選用PET系列保護(hù)膜，優(yōu)選厚度為65μm的PET保護(hù)膜。

1.2 保護(hù)膜貼合工藝

常規(guī)保護(hù)膜貼合方式是將保護(hù)膜整幅貼在輻射制冷金屬板膜面上，此方法可有效保護(hù)輻射制冷金屬膜在壓型、固定、咬合過(guò)程中不破損，但施工完成后撕扯保護(hù)膜時(shí)，咬合處保護(hù)膜無(wú)法完全去除，影響施工完成后整體外觀。

通過(guò)調(diào)整保護(hù)膜貼合工藝，在貼合前添加保護(hù)膜分切裝置，如圖3所示。將原本整幅的保護(hù)膜分成三個(gè)寬幅貼合在輻射制冷鋼板膜面上，結(jié)構(gòu)如圖4所示。輻射制冷鋼板收卷后外觀如圖5所示。

圖3 分切裝置

圖4 輻射制冷鋼板分段貼保護(hù)膜示意圖

圖5 輻射制冷鋼板收卷后外觀

2 輻射制冷金屬板的壓型工藝

輻射制冷鋼板的壓型工藝是指使用專(zhuān)用機(jī)器，對(duì)輻射制冷鋼板進(jìn)行輥壓冷彎，從而獲得沿板寬方向形成波形截面的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。操作大致為進(jìn)板、壓制、出板三個(gè)過(guò)程。壓型工藝如圖6所示。輻射制冷鋼板經(jīng)壓型過(guò)程后即形成輻射制冷壓型鋼板產(chǎn)品。

圖6 輻射制冷鋼板壓型工藝的過(guò)程

輻射制冷鋼板的壓型工藝與普通鋼板一致，但為保護(hù)其表面的反射型輻射制冷膜，操作時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：1)壓制前：檢查各個(gè)壓輥表面，確保壓輥表面無(wú)銹漬、鼓起、尖銳或異常凸起等，并清理掉表面的灰塵、砂礫等異常附著物；清理完成后，裁剪一塊細(xì)長(zhǎng)條的輻射制冷鋼板(含保護(hù)膜)，作為塞尺調(diào)節(jié)上下壓輥間的間隙至合適狀態(tài)。2)壓制中：必須保證覆有反射型輻射制冷膜的那一面朝上，當(dāng)壓制環(huán)境惡劣，如揚(yáng)塵、揚(yáng)砂較多時(shí)，應(yīng)在鋼板進(jìn)入壓瓦機(jī)前將鋼板表面附著的砂礫等硬物擦拭干凈。

3 輻射制冷壓型鋼板固定工藝

輻射制冷壓型鋼板固定工藝主要內(nèi)容為將輻射制冷壓型鋼板的小肋一側(cè)安裝至支架上，并將支架扣合，使其固定。輻射制冷壓型鋼板固定過(guò)程如圖7所示，具體步驟如下：1)安裝支架；2)將輻射制冷壓型鋼板搬至支架附近，揭除小肋一側(cè)的保護(hù)膜；3)使用老虎鉗配合手套，將支架搭入輻射制冷壓型鋼板的小肋一側(cè)；4)按步驟3)處理完成單塊輻射制冷壓型鋼板的各個(gè)支架；5)使用大力鉗，將支架的尖頭折彎，令支架與輻射制冷壓型鋼板扣實(shí)固定；6)按步驟5)依次處理各支架的尖頭，將單塊輻射制冷壓型鋼板整體固定。

圖7 輻射制冷壓型鋼板固定過(guò)程

輻射制冷壓型鋼板固定過(guò)程中應(yīng)注意以下三點(diǎn)：1)輻射制冷壓型鋼板與支架固定前，必須將小肋一側(cè)的第三段保護(hù)膜揭除，以避免保護(hù)膜殘留在咬合系統(tǒng)中，后續(xù)無(wú)法揭除；2)支架搭入輻射制冷壓型鋼板的小肋一側(cè)時(shí)，使用老虎鉗時(shí)必須墊手套操作，以避免鉗口損傷輻射制冷膜；3)支架的尖頭折彎時(shí)，使用大力鉗操作，禁止使用錘子敲打，以避免錘子落點(diǎn)不當(dāng)時(shí)損傷輻射制冷膜。

4 輻射制冷壓型鋼板鎖邊工藝

輻射制冷壓型鋼板的安裝鎖邊過(guò)程如圖8(a)所示，步驟如下：第1步，輻射制冷壓型金屬板的扣合安裝。取第二塊輻射制冷壓型鋼板，按固定其小肋側(cè)，將第二塊輻射制冷壓型鋼板的大肋搭在第一塊輻射制冷壓型鋼板的小肋上，位置對(duì)齊，然后將兩塊輻射制冷壓型鋼板扣合壓實(shí)，局部區(qū)域扣合難度大時(shí)可采用腳踏的方式。依據(jù)上述方式，依次將全部屋面金屬板完成扣合安裝，見(jiàn)圖8(a)步驟1～4。第2步，輻射制冷壓型金屬板的鎖邊。使用手動(dòng)鎖邊機(jī)將開(kāi)頭約0.5m長(zhǎng)度咬合好，為機(jī)器鎖邊提供起始點(diǎn)，然后使用鎖邊機(jī)完成整條壓型金屬板的鎖邊，見(jiàn)圖8(a)步驟5，6。輻射制冷壓型鋼板完成鎖邊安裝后(圖8(b))，即可進(jìn)入金屬屋面系統(tǒng)后續(xù)的抗風(fēng)夾安裝、避雷鎖安裝等工序的施工。

圖8 輻射制冷壓型鋼板安裝過(guò)程

鎖邊過(guò)程中應(yīng)注意以下四點(diǎn)：1)扣合時(shí)盡量避免采用腳踏的方式，如必須使用，踩踏之前先檢查鞋底有無(wú)硬物附著，再檢查兩塊鋼板是否對(duì)齊，然后通過(guò)合適的角度施力使之扣合，一次施力仍無(wú)法扣合時(shí)應(yīng)重新檢查并調(diào)整，禁止暴力操作強(qiáng)行扣合；2)預(yù)定區(qū)域的輻射制冷壓型鋼板安裝完成后，各塊輻射制冷壓型鋼板除小肋一側(cè)外其余區(qū)域的保護(hù)膜應(yīng)仍完好附著，禁止私自揭開(kāi)；3)首次進(jìn)行鎖邊前，必須調(diào)整機(jī)器壓輪間隙至合適，咬合過(guò)程中如出現(xiàn)停滯或膜面損傷，必須重新調(diào)整機(jī)器狀態(tài)至合適；4)每條鋼瓦咬合前，均應(yīng)檢查鎖邊機(jī)器的壓輪情況，去除壓輪間灰塵及剮蹭附著的保護(hù)膜等堆積物。

5 輻射制冷效果測(cè)試

測(cè)試鋼板尺寸為60cm×55cm，測(cè)溫箱壁厚為6cm，高度為46cm，空白鋼板溫度測(cè)試點(diǎn)分別是：測(cè)溫點(diǎn)①，測(cè)量箱體內(nèi)腔溫度；測(cè)溫點(diǎn)②，測(cè)量鋼板外表面溫度。測(cè)試裝置示意圖如圖9所示。分別測(cè)試了杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)采用的白色氟碳鋼板和輻射制冷金屬板，其中輻射制冷金屬板是將輻射制冷薄膜和杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)采用的白色氟碳鋼板復(fù)合而成。

圖9 測(cè)試裝置示意圖

日照下兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度曲線如圖10所示。從圖10可以看出，輻射制冷金屬板的鋼板表面溫度和測(cè)溫箱內(nèi)部溫度均低于氟碳鋼板；環(huán)境溫度低于13℃時(shí)，輻射制冷金屬板的降溫效果表現(xiàn)不明顯；環(huán)境溫度高于13℃以后，輻射制冷鋼板開(kāi)始表現(xiàn)出降溫效果，且環(huán)境溫度越高降溫效果越明顯；對(duì)于同一測(cè)試樣品，測(cè)溫點(diǎn)①和測(cè)溫點(diǎn)②的溫度差別不大，這可能是兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)相距較近引起的。

圖10 輻射制冷金屬板和白色氟碳鋼板日照下溫度測(cè)試結(jié)果

表2為幾個(gè)典型時(shí)間各測(cè)溫點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)。從表2可以看出，在正午12∶00，環(huán)境溫度為16℃的條件下，輻射制冷鋼板表面和測(cè)溫箱內(nèi)部溫度約低于氟碳鋼板6℃，表現(xiàn)出一定的制冷效果。結(jié)合杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)廊橋?qū)嶋H應(yīng)用研究數(shù)據(jù)[10]，環(huán)境溫度35℃左右時(shí)，廊橋表面最高溫度70℃，試驗(yàn)廊橋表面最高溫度34.5℃，兩者最大溫差達(dá)35.5℃。根據(jù)本項(xiàng)目的節(jié)能評(píng)估報(bào)告[11]，應(yīng)用輻射制冷材料前后，單個(gè)廊橋的空調(diào)年度節(jié)能比例可達(dá)43.7%。

測(cè)試點(diǎn)不同時(shí)刻的測(cè)試溫度/℃ 表2

在實(shí)際大型公共建筑中應(yīng)用輻射制冷技術(shù)，只需將原設(shè)計(jì)的金屬屋面板覆上輻射制冷膜即可賦予輻射制冷功能，例如在杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)T4航站樓指廊上應(yīng)用輻射制冷金屬板，只需將原屋面板在覆膜工廠進(jìn)行覆輻射制冷膜后，再運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)即可，輻射制冷屋面板與常規(guī)金屬屋面板施工安裝工藝完全相同。

6 結(jié)語(yǔ)

本文研究了輻射制冷鋼板應(yīng)用過(guò)程中保護(hù)膜貼合工藝、壓型工藝、固定工藝以及鎖邊工藝，為輻射制冷鋼板的在杭州蕭山機(jī)場(chǎng)金屬屋面系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供了具體的施工工藝方法。同時(shí)，本文測(cè)試了輻射制冷鋼板和氟碳鋼板的降溫性能，結(jié)果表明，輻射制冷鋼板表面和測(cè)溫箱內(nèi)部溫度比氟碳鋼板低6℃，表現(xiàn)出良好的降溫性能。