淺談幕墻室外裝飾條融冰化雪系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

羅文初 劉占平 艾惠洪 深圳市三鑫科技發(fā)展有限公司

1 前言

建筑師為了表達(dá)不同建筑外形的變化，通常用室外裝飾條進(jìn)行多種搭配及組合。一般建筑的幕墻外表面都會或多或少的布置了室外裝飾條，不同規(guī)格的裝飾條的搭配，組成不同的建筑風(fēng)格及建筑造型。但很少有建筑師會考慮到如果室外裝飾條結(jié)冰，怎樣防止冰塊從高樓上掉下來，怎樣提前將冰塊從室外裝飾條處融掉？如果室外裝飾條的冰塊從高處掉落，對人們生命及財產(chǎn)有重大的安全隱患。裝飾條結(jié)冰后如何融掉是每個業(yè)主及物業(yè)管理者最關(guān)心的問題，本文以長沙某單元式幕墻典型項目為例，簡述室外裝飾條融冰化雪的設(shè)計方案及應(yīng)用。

本幕墻工程包含兩橦塔樓及一座商業(yè)用裙樓，塔樓為辦公及酒店用途，裙樓主要為休閑購物中心，工程中不同的綠化和廣場元素帶動了人流和城市活力。塔樓玻璃幕墻采用大分格立面設(shè)計，突出虛實結(jié)合，線條豐富多變，靈活和諧的運(yùn)用材料的虛實對比，并發(fā)揮不同材質(zhì)肌理的特點(diǎn)，使建筑立面外觀達(dá)到最佳效果。塔樓玻璃幕墻采用最為先進(jìn)的單元式幕墻系統(tǒng)，精度高，可極大的縮短施工工期，經(jīng)濟(jì)、安全、新穎。

2018 年1 月1 日-2018 年1 月7 日長沙為雨夾雪及大雪低溫冰凍天氣, 地面最低氣溫達(dá)-7℃，而200m 以上區(qū)域溫度更低。經(jīng)樓層實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，T1塔樓30～94層?xùn)|面西北四個面的金屬裝飾條、玻璃均存在不同程度的結(jié)冰情況，其中30～70層結(jié)冰層較薄約為1mm～3mm、零散分布，高區(qū)70F～94F區(qū)間結(jié)冰層較厚約為1mm～4cm，其中西面、北面區(qū)域及四個轉(zhuǎn)角兜風(fēng)區(qū)域為主要迎風(fēng)面，冰凍情況最為嚴(yán)重。冰塊附著位置主要為幕墻金屬裝飾條及連接件、打開的開啟扇周邊，以及91～94 層玻璃面、80 層、93 層南北退臺鋁板裝飾面。

長沙國金中心項目T1 塔樓為超高層，建筑高度為452m，長沙冬季氣溫較低且雨雪較多，空氣濕度較大，建筑物底部與頂部溫差更大，冬季白天及黑夜最低溫度均可低至零攝氏度及以下，陰雨天氣時，T1上部常云霧環(huán)繞，在連續(xù)零下低溫天氣下，建筑物上層室外易發(fā)生冰凍現(xiàn)象。如果室外裝飾條的冰塊從高處掉落，對人們生命及財產(chǎn)有重大的安全隱患。裝飾條結(jié)冰后如何融掉是每個業(yè)主及物業(yè)管理者最關(guān)心的問題。受業(yè)主委托，筆者公司提供初步的室外裝飾條融冰化雪設(shè)計及施工方案給業(yè)主參考實施。

2 室外裝飾條融冰化雪設(shè)計方案

由于本項目建筑樓層較高，在冬季低溫潮濕及有雨雪的天氣狀況下，建筑外裝飾條極易結(jié)露，如果氣溫持續(xù)低于零度時，裝飾條上凝結(jié)的露水或雨雪將會慢慢形成冰珠，經(jīng)過長時間的疊加凝結(jié)后的小冰珠將形成大片的冰片甚至冰柱。在寒冷的氣候條件下，白天由于陽光照射冰柱會慢慢融化，在裝飾條上的附著力降低，由于其自身重力等因素的影響冰柱將會自行脫落，如果冰柱下方?jīng)]有有效的遮擋措施冰柱將直接墜落至地面，將對地面的行人或其他設(shè)施造成毀壞性的破壞。為避免冰柱生成及脫落帶來的潛在危險，特安裝電伴熱融冰化雪系統(tǒng)從而有效地防止冰柱的形成。

鑒于上述情況，筆者公司在裝飾條內(nèi)部安裝電伴熱帶，在冬季結(jié)冰時段，由室外的溫濕度感應(yīng)設(shè)備實時監(jiān)測室外溫度及濕度數(shù)據(jù)，一旦達(dá)到設(shè)定下限值時，即可發(fā)送啟動信號予配電箱，配電箱按照設(shè)定程序依次給對應(yīng)部位伴熱線供電開始發(fā)熱，對裝飾條進(jìn)行加熱，即可達(dá)到裝飾條不結(jié)冰的結(jié)果。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定上限值時，同樣由溫濕度感應(yīng)器發(fā)送停止信號予配電箱，配電箱按照設(shè)定程序，斷開伴熱線供電，停止發(fā)熱。

電伴熱管道防凍技術(shù)是一種國外應(yīng)用多年，在我國逐漸普及的、成熟的管道保溫防凍施工工藝。其原理為管道伴熱，是將自控溫發(fā)熱電纜貼附在管道外側(cè)通電發(fā)熱，將熱量傳導(dǎo)給管道，補(bǔ)償并保持管道內(nèi)溫度到達(dá)設(shè)計溫度水平。

自控溫發(fā)熱電纜的芯帶原料是具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的銅鎳合金，其特性是能根據(jù)環(huán)境溫度自我調(diào)節(jié)發(fā)熱功率（即溫度越高功率越低），能夠主動適應(yīng)伴熱主體的溫度變化，保持伴熱主體穩(wěn)定地維持在設(shè)計溫度，并且不會發(fā)生過熱、燒毀等安全事故。

電伴熱系統(tǒng)具備與樓宇自控系統(tǒng)通訊的功能。電伴熱系統(tǒng)自身具備自動控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)安裝電伴熱的管道表面溫度低于0℃時自控開啟電伴熱系統(tǒng)，管道流體溫度高于1℃時自動關(guān)閉電伴熱系統(tǒng)。電伴熱系統(tǒng)溫控箱溫度探頭安裝位置應(yīng)選擇在該溫控箱管控區(qū)域管道的最不利點(diǎn)。

電伴熱融冰化雪系統(tǒng)將伴熱電纜鋪設(shè)在裝飾條內(nèi)部，使用金屬卡槽將電伴熱帶固定在裝飾條外表面使雨雪不會凍結(jié)，保證裝飾條在嚴(yán)寒氣候條件下不結(jié)冰柱（詳見圖2）。

圖2 電伴熱系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

本項目在裝飾條內(nèi)部鋪設(shè)伴熱電纜，對于圓形裝飾條來說每根裝飾條外布置2條電伴熱線，使用金屬卡槽將伴熱線緊貼在裝飾條外壁上（詳見圖3）。對于梭形裝飾條每根裝飾條外布置4條伴熱線，使用金屬卡槽將伴熱線緊貼在裝飾條外壁上（詳見圖4）。

圖3 圓形裝飾條伴熱線安裝節(jié)點(diǎn)圖

圖4 梭形裝飾條伴熱線安裝節(jié)點(diǎn)圖

根據(jù)室外裝飾條融冰化雪系統(tǒng)的設(shè)計方案，安裝與固定應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)要求：①電伴熱帶的安裝應(yīng)能滿足在額定功率下，管道表面不會被凍結(jié)。②固定材料為不可導(dǎo)電的難燃材料。③電伴熱帶應(yīng)緊貼管道表面，以利散熱。④電伴熱配電系統(tǒng)應(yīng)具有過載、短路、漏電保護(hù)功能。

3 室外裝飾條融冰化雪的安裝步驟

室外裝飾條融冰化雪的安裝步驟主要有：①裝飾條上下扣蓋的拆除，②電伴熱自上而下放入裝飾條內(nèi)側(cè)，③金屬卡槽自下往上安裝。

同時，電氣控制同步進(jìn)行安裝，包括：①溫濕度感應(yīng)器安裝，②信號電纜安裝，③電伴熱配電箱安裝，④電纜橋架、線管安裝，⑤動力電纜安裝。最后，動力電纜與伴熱線在分線盒上進(jìn)行匯總安裝。

本文主要簡介室外裝飾條融冰化雪的安裝步驟，電氣方面的安裝不在此論述。本項目裝飾條上下之間只有25mm 間隙，并且安裝有裝飾條扣蓋，裝飾條扣蓋通過螺釘固定到裝飾條上，實現(xiàn)裝飾條扣蓋的拆除和安裝，并能安裝牢固。我們需要通過圖紙理論模擬和現(xiàn)場試驗等方式進(jìn)行驗證，確保拆除和安裝過程能夠順利實現(xiàn)。

第一步：裝飾條上下扣蓋的拆除，使用定制小尺寸的轉(zhuǎn)角螺絲刀拆除裝飾條的上下扣蓋（詳見5）。

裝飾條上下扣蓋拆除時先使用直角轉(zhuǎn)角螺絲刀將扣蓋螺絲拆除，由于裝飾條之間的縫隙只有25mm，需要定制小尺寸的轉(zhuǎn)角螺絲刀，以便在狹窄空間內(nèi)操作，圖6為專用工具圖片。

圖6

圖5 圓形裝飾條上、下扣蓋拆除

第二步，伴熱線安裝。伴熱線根據(jù)設(shè)計分段要求按定長訂購生產(chǎn)，安裝時由一人在屋頂將伴熱線沿著自制滑輪系統(tǒng)放入裝飾條內(nèi)部，在重力作用下伴熱線往下延伸。擦窗機(jī)內(nèi)兩人在層間裝飾條對接位置做一下引導(dǎo)，讓伴熱線順利進(jìn)入下一層裝飾條內(nèi)部，依此重復(fù)。伴熱線米重為150g，按設(shè)計要求100m 長的伴熱線重量為15kg，屋頂人員完全可以將伴熱線一步穿到位。放伴熱線時應(yīng)沿裝飾條內(nèi)壁由上往下放線，避免使用大力拉扯加熱電纜。在放線過程中，應(yīng)避免腳踏或者將重物、雜物放置在加熱電纜上。

因T1 塔樓電伴熱線安裝后，電伴熱線在裝飾條內(nèi)晃動會發(fā)出異響。因此，電伴熱線每層有兩個固定點(diǎn)，用扎帶捆綁固定，并套有保溫降噪棒，且裝飾條腔內(nèi)為密封空間，隨大樓的擺動有限，不會發(fā)出異響（詳見圖7及圖8）。

圖7 伴熱線放入裝飾條內(nèi)腔示意圖（一）

圖8 伴熱線放入裝飾條內(nèi)腔示意圖（二）

下部預(yù)留足夠接線長度后，自下而上安裝伴熱線卡扣，卡扣為開模型材，通過螺絲將其牢牢卡在裝飾條內(nèi)，上下裝飾條之間預(yù)留30mm 長伴熱線，以防裝飾條變形或晃動引起伴熱線的拉伸。以此重復(fù)，直至屋頂層裝飾條，最后將伴熱線尾部放入屋頂幕墻壓頂鋁板內(nèi)。

第三步，金屬卡槽自下往上安裝。當(dāng)圓形裝飾條的2條電伴熱線調(diào)整到位后，分別使用金屬卡槽將伴熱線緊貼在裝飾條外壁上，以保證伴熱線跟圓形裝飾條接觸良好（詳見圖9）。

圖9 圓形裝飾條伴熱線安裝圖

同樣，當(dāng)梭形裝飾條的4 條伴熱線調(diào)整到位后，分別使用金屬卡槽將伴熱線緊貼在裝飾條外壁上，以保證伴熱線跟圓形裝飾條接觸良好（詳見圖10）。

圖1 現(xiàn)場結(jié)冰情況照片

圖10 梭形裝飾條伴熱線安裝圖

在裝飾條的下部預(yù)留足夠伴熱線的接線長度后，自下而上安裝伴熱線金屬卡槽，金屬卡槽為開模鋁型材，通過不銹鋼螺絲將其牢牢固定在裝飾條內(nèi)，上下裝飾條之間預(yù)留30mm長伴熱線，以防裝飾條變形或晃動引起伴熱線拉伸。首先安裝下部金屬卡槽（詳見圖11），然后調(diào)整伴熱線長度，接著安裝上部金屬卡槽（詳見圖12）。

圖11 下部金屬卡槽安裝圖

圖12 上部金屬卡槽安裝圖

伴熱線的金屬卡槽安裝到位后，需要安裝裝飾條扣蓋。裝飾條扣蓋在鋁板廠家生產(chǎn)好，并預(yù)留好避讓伴熱線的缺口（詳見圖13）。

圖13 裝飾條扣蓋安裝圖

裝飾條扣蓋安裝后，在四周施打密封膠，以防止大量雨水及灰塵進(jìn)入到裝飾條內(nèi)壁，到此伴熱線安裝完成（詳見圖14、圖15）。

圖14 圓形裝飾條安裝完成

圖15 梭形裝飾條安裝完成

安裝后檢查加熱系統(tǒng)的所有附件安裝是否正確，外觀有否損壞。在外觀檢查合格后，方可對加熱系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)絕緣測試。將加熱電纜的供電電纜對外金屬屏蔽進(jìn)行搖試，必須對不合格的伴熱回路進(jìn)行檢查并進(jìn)行缺陷處理或者重新安裝該回路，然后再進(jìn)行測試，直到合格為止。

在所有或分區(qū)內(nèi)的加熱回路安裝及分步檢驗合格后，方可進(jìn)行系統(tǒng)或分區(qū)系統(tǒng)的總體試驗。加熱系統(tǒng)總體試驗合格后，須將系統(tǒng)的溫控器溫度調(diào)至設(shè)計參數(shù)，將加熱系統(tǒng)交付運(yùn)行單位進(jìn)入正式運(yùn)行。

4 建議

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，玻璃幕墻建筑越來越多，越建越高，玻璃幕墻基本上都安裝有或大或小的室外裝飾條。急冷急熱的天氣時有發(fā)生，室外裝飾在遇到這種惡劣天氣時可能會發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，冰塊遇熱后就會融化掉落，對人們生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生很大的威脅。本文通過對某工程塔樓室外裝飾條融冰化雪系統(tǒng)的介紹，為類似高層幕墻室外裝飾條融冰化雪的設(shè)計及施工提供一定的參考經(jīng)驗。