光电幕墙施工工艺及质量控制.docx
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光电幕墙施工工艺及质量控制
光电幕墙施工工艺及质量控制
国家环保部履约中心项目部黄晓东
总工办杨秉钧
摘要：
光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一体的新型建筑幕墙，在国内建筑市场上近几年逐步得到应用，本文在探讨光电幕墙施工工艺的同时力图对光电幕墙工程质量控制的问题进行探讨。
关键词：
光电幕墙、施工工艺、质量控制
随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。
现在常用的火电、水电和核电能源除了日渐枯竭，主要不可避免的存在恶化地球环境，导致生态环境破坏的结果。
新能源要同时符合两个条件：
一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。
世界上目前找到的新能源主要有太阳能和风能。
其中，太阳能发电是最理想的新能源，光电幕墙是建筑光伏一体化玻璃幕墙。
太阳能光伏幕墙是将太阳能电池与各类普通建筑玻璃结合制成可以发电的建筑材料，产品包括各种晶体硅与非晶硅太阳能光伏夹层玻璃、晶体硅与非晶硅太阳能光伏中空玻璃等，不仅具有发电功能，还具有独特的美学效果，同时不影响作为建筑材料的各项功能。
节能环保的太阳能建设代表了建筑科技的发展方向，光电幕墙集发电、隔音、隔热、安全、装饰于一体，是节能环保建筑的发展方向。
进入90年代后，随着常规发电成本的上升和人们对环境保护的日益重视，一些国家纷纷实施、推广太阳能屋顶计划，提出了“建筑物产生能源”的新概念，推动了光电技术的大规模开发与应用。
光电幕墙的产生是在二十世纪初期，由于世界经济的发展，在一些国家出现能源危机，因此开始研发光电幕墙。
光电幕墙能够使玻璃和建筑结构完善和谐结合，智能化并产生能量，表现出具有高效率的应用价值。
光电玻璃幕墙，除了发电供能的功能之外，还同样具有隔音、隔热功能、安全功能（双层钢化、夹层工艺）、装饰功能（彩色硅片）、和谐环境功能等特有的功效。
近几年逐步得到建筑设计师和建筑投资者的青睐，在建筑市场中逐渐得到应用。
国家环保部履约中心工程是国家环境保护示范项目。
虽然在我国现在光电幕墙一次投入造价尚较高，为了带动国家环境保护建设的展开，在工程中利用建筑外墙建设了200M2的光电幕墙，幕墙发电量18-20KW，通过逆变器并入建筑物内电网而达到了节能、环保的效果。
本文结合本工程光电幕墙工艺的特点，就施工质量控制问题与大家做探讨。
1、工艺特点
光电幕墙是一种高科技的建筑外壳，是将传统幕墙与光电原理相结合的一种新型建筑幕墙，是利用太阳能来发电的一种新型的绿色的能源技术。
其主要特点和优势有：
1）光电幕墙将多个太阳能光电池经加固处理，镶嵌在特殊的透明度极高的低铁玻璃中，彼此之间经过其背面的导线相连，从而构成了一个整体的光电板。
光电板的尺寸规格可以根据实际工程的幕墙分格方案进行量体定型制作，在阳光照射下产生直流电，所有光电极产生的电能，通过多极集成电路整流，变压等过程，转化成供使用的交流电，送入用户电网。
此幕墙体现了智能化特点，把太阳能光电技术集成到幕墙中不占有建筑面积，节省建筑用地。
2）光电幕墙本身还具有很强的装饰效果。
光电池根据其特性分为单晶硅电池、多晶硅电池及无定型硅电池，其物理性能不同，外表形状、颜色、光电池转化效率也有很大的差别。
同时光电模板背面还可以衬以设计师喜欢的颜色，以适应不同的建筑风格。
太阳能光电板优美的外观，具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技色彩。
3）光电幕墙加装光电模板后，可节省传统的建筑材料，光电模板可代替抛光的自然建筑材料。
光电幕墙的生产、使用直至报废都可以实现对环境的无污染。
光电板成分中没有有毒物质，不会在建筑物起火时出现任何诸如释放有毒气体等危险。
光电幕墙大大减轻了环境的负担，保护自然资源免受损失。
特别是太阳能电池发电不会排放二氧化碳或产生对温室效应有害的气体，无噪音，是一种净能源，与环境有很好的相容性，体现了绿色能源的基本特征。
光电幕墙本身就是一种可以产生经济效益和绿色环保效益的高科技新产品。
2、适用范围
光电幕墙制品可用于边远山区居民、交通、通信、气象、军事等部门，如电视转播站、卫星地面站、微波中继站、公路及铁路信号灯、农用光伏系统、航标灯、灯塔等。
光电幕墙可以充分利用建筑物表面和空间，把传统幕墙屏蔽在建筑物外的太阳能转化成有益的电能，是建筑光伏一体化的建筑节能产品。
适用于各种建筑外墙，屋顶，采光棚等。
3、工艺原理
光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一体的新型建筑幕墙，它是用光电池、光电板技术,把太阳光转化为电能，它关键的技术是太阳能光电池技术。
太阳能光电池是利用太阳光的光子能量，使得被照射的电解液或者半导体材料的电子移动，从而产生电压，这称为光电效应。
光电幕墙的基本单元为光电板，而光电板是由若干个光电电池（又称太阳能电池）进行串、并联组合而成的电池阵列，把光电板安装在建筑幕墙相应的结构上就组成了光电幕墙。
光伏幕墙是用特殊的树脂将太阳电池粘贴在玻璃上，镶嵌于两片玻璃之间，通过电池可将光能转化成电能。
光电幕墙玻璃板块的构造如下：
4、施工工艺流程及操作要点
光电幕墙施工包括两大部分：
光电幕墙（含光电玻璃板块）安装及光电幕墙电气系统安装。
4.1光电幕墙安装
光电幕墙安装的施工工艺基本同普通玻璃幕墙，主要工序为：
测量放线→主梁安装→横梁安装→光电玻璃板块安装→耐候胶的嵌缝、封顶、封边→清洗。
4.1.1测量放线
施工前根据土建轴线及各层标高将各层主梁、横梁位置确定。
4.1.2主梁安装
1）将主梁通过不锈钢螺栓与支座相连接，支座再通过螺栓与预埋件固定，并调整、固定。
按主梁轴线及标高位将主梁标高偏差调整至不大于3mm，轴线前后偏差调整至不大于2mm，左右偏差调至不大于3mm；
2）相邻两根主梁安装标高偏差不大于3mm，同层主梁的最大标高偏差不大于5mm；
3）主梁找平、调整：
主梁的垂直度可用吊锤控制，平面度由两根定位轴线之间所引的水平线控制。
安装误差控制：
标高：
±3mm；前后：
±2mm；右左：
±3mm。
该工程的主梁为每层楼一根，设两个点，主梁为吊装，上下主梁的连接用芯套，上下之间可自由伸缩。
4.1.3横梁安装
1）主梁与横梁用防噪音垫片与铝合金安装角码用不锈钢螺丝相连接，要求安装牢固，接缝严密；
2）相邻两根横梁的安装角码的水平标高偏差不大于1mm；
3）同一层安装角码安装应由下向上进行，当安装完一层高度时，应进行检查、调整、校正、固定，使其符合质量要求；
4）调整好整幅幕墙的垂直度、水平度后，加固好主梁，然后进行安装角码安装，保证框对角线误差1mm。
玻璃框（含开启扇）均在厂内制作，安装玻璃框时要严格按施工图确认每块玻璃的安装位置，从幕墙的顶部由上至下进行，安装玻璃时，检查及调整好玻璃间隙、水平度及垂直度，在玻璃及玻璃之间加泡沫垫，然后打密封胶，刮胶至平整。
4.1.4光电幕墙光电玻璃板块安装
1）光电玻璃板块安装应将尘土和污物擦拭干净，将镀膜面朝室内，非镀膜面朝外。
2）光电玻璃板块与构件避免直接接触，玻璃四周与构件凹槽底保持一定空隙，每块光电玻璃板块下部不少于两块弹性定位垫块，垫块的宽度与槽口宽度相等，长度不小于100mm，光电玻璃板块两边嵌入量及空隙符合设计要求。
3）光电玻璃板块四周橡胶条按规定型号选用，镶嵌平整，橡胶条长度应比边框槽口长1.5%至2%，其断口留在四角，斜面断开后拼成预定的设计角度，并用粘结剂结牢固后，嵌入槽内；
4）光电玻璃板块窗框两面采用压缩性聚氯丁橡胶连续密封垫（预先放置密封垫在窗门槽一面，然后压入密封垫于另一面），采用连续的“湿封”方法，确保完全防水。
应按照光电玻璃板块制造商的指示，提供足够的玻璃安装扣压位、玻璃边的间隙和表面间隙；
4.1.5耐候胶的嵌缝、封顶、封边
当光电玻璃板块安装之后，就应进行密封处理及对墙边、幕墙顶部、底部等进行修边处理。
打密封耐候胶时应特别注意：
1）充分清洁板材间间隙，不应有水、油渍、灰尘等杂物，应充分清洁粘结面，加以干燥。
可用二甲苯或甲基二乙酮作清洁剂；
2）为调整缝的深度，避免三边粘胶，缝内应满填聚氯乙稀发泡材料（圆泡沫棒）；
3）打胶的厚度应在3.5mm与4.5mm之间，不能打的太薄或太厚。
且胶体表面应平整、光滑，玻璃清洁无污物。
封顶、封边、封底应牢固美观、不渗水，封顶的水应向里排。
密封胶表面的处理是隐框玻璃幕墙及铝板幕墙外观质量的主要衡量标准。
4.1.6清洗
光电幕墙施工完毕，进行一次室外全面彻底清洗，保证工程能圆满达到竣工验收标准要求。
4.2光电幕墙电气系统安装
本工程并网设备置于10层光伏发电设备间内，并网逆变设备转换的电能通过配电柜，经电缆由9层强电竖井送至地下配电室，完成太阳能系统的并网发电。
本楼地下室一层设总配电室，光电幕墙按组进行串接后，共分14组，每组引出两根线（分别为“+”、“—”极），每两组进入一个阵列接线箱，共进入7个阵列接线箱（两组进入1个接线箱），从7个阵列接线箱引出7组导线，经电缆桥架引至十层光伏设备间。
其主要施工工序为：
光伏幕墙PVC管敷设→桥架敷设→穿线（缆）工程施工→配电柜（箱）安装→并网逆变器安装→系统调试。
4.2.1PVC管敷设
采用弹性固定卡将管路固定于钢梁上，光伏幕墙的各路走线通过接线盒汇集于主线路PVC管，若单管长度不够，可采用PVC专用接头对管路进行套接，接头处用PVC专用胶将其粘接。
对PVC管需转弯处可直接利用PVC专用弯头套接，或在现场使用手动弯管器现场控制。
1）将已安装于幕墙的电池板串联连接好，即，使相邻的两块电池板正、负极相接（公插接母插），每组的串联接法按图1，红线代表串联线，整体的连线如图2。
2、图3。
图1
整个系统串联组数共分14组，每组分别串接，电池板分布及分组接法如图
图2
图3
2）每组进行串接后，共产生14组线，每组导线分别引出（用JBQ-4型导线）总的正负极，分别套上编号，两组汇至一个阵列接线箱，具体出线位置见下图4。
图4
4.2.2金属桥架敷设
1）电缆桥架应尽可能在建筑物、构筑物上（如墙柱梁、楼板等）安装。
2）电缆桥架的总平面布置应做到距离最短又满足施工安装、电缆敷设的要求。
3）梯架或有孔托盘水平敷设时距地高度不低于2.5m；线槽、无孔托盘距地高度不低于2.2m。
但敷设在电气专用房间（如配电室、电气竖井）内除外。
4）桥架垂直敷设时，在距地1.8m以下部分应加金属盖保护，但敷设在电气专用房间内时除外。
5）几组电缆在同一高度敷设时，各相邻电缆桥架间应考虑维护、检修的需要，一般不宜小于0.6m。
6）电缆桥架水平敷设时，支撑跨距一般为1.5~3m，垂直敷设时，固定点间距不大于2m。
桥架弯曲半径小于300mm时，应在距弯曲段与直线段接合处300~600mm的直线段侧设一个支撑，当弯曲半径大于300mm时，还应在弯曲段中部增设一个支吊架。
在进出箱、柜和变形缝及丁字接头的三端增设500mm内设支撑。
7）电缆桥架可采用胀管螺栓或在预埋铁件上焊接的方法固定。
8）直线段钢制电缆桥架超过30m，铝合金或玻璃钢制电缆桥架超过15m时，应有伸缩节，其连接宜采用伸缩连接板。
电缆桥架跨越建筑物伸缩缝处，应设置伸缩缝或伸缩板。
9）电缆在桥架内的填充率，电力电缆不应大于40%，控制电缆不应大于50%。
10）电缆或导线在桥架内不应有接头，接头应设置在接线箱内。
4.2.3穿线（缆）工程施工
1）考虑导线（电缆）截面大小，根数多少，将导线（缆）与带线进行绑扎，绑扎处做成平滑锥形状，便于穿线。
2）穿线前核实护口是否齐全，管路较长、转弯较多时，要在管内吹入适量滑石粉。
4.2.4配电箱（柜）安装
确定阵列接线箱位置，用膨胀螺栓将阵列接线箱固定在九层吊顶内；配电柜位于10层光伏专用设备间，离墙保持60cm的距离。
4.2.5并网逆变器安装
1）如下图，将支架固定好，在墙上标好打孔孔位，可以使用支架作为打孔模板
2）将并网逆变器挂至固定支架上，利用上面的固定铁板放好逆变器，防止侧滑。
3）通过M6*10的螺丝拧入支架底部的螺孔，将逆变器和支架固定在一起
4）检查所有固定点，确保逆变器已牢固固定
设备固定位置如下图（可作间距不超过5厘米的调整）
4.2.6系统调试
光电幕墙到阵列接线箱所用线缆型号为WDZ-4mm2；从阵列接线箱至光伏设备间线缆型号为BV-6mm2；从光伏设备间到地下一层配电室的电缆型号为ZRYJV4×10+1×6。
当所有工作完成并验收合格后，完成总接线，实现并网操作。
5、质量控制
5.1光电幕墙安装质量控制重点
5.1.1连接件和立柱的安装位置及垂直度、水平标高、进出位置、相邻两柱的距离偏差均需由专检人员复查，复合要求并签准认可后，方可对连接件进行满焊作业并点焊紧固螺母。
5.1.2连接件焊接完备，施工人员必须敲除焊渣自检焊缝，并由质检人员复查，复合要求并签准认可后，再由质检人员填报幕墙验收单，经监理复核签准后方可进行防腐处理。
连接件及预埋件需符合下列规定：
a）连接件应安装牢固，螺栓应有防松脱措施；、
b）连接件的可调节构造应用螺栓牢固连接，并有防滑动措施，角码调节范围应符合使用要求；
c）连接件与预埋件之间的位置偏差使用钢板或型钢焊接调整时，构造形式与焊缝应符合设计要求。
5.1.3墙横梁安装完毕，应由质检人员复查其水平度，相邻横梁与同层横梁的水平标高偏差情况及整个立面控制线的偏差情况，调整至符合设计要求。
全部横梁安装完毕且复查合格、质检人员签准认可，由质检人员填报验收单，经监理复核签准后方可进行板块安装。
5.1.4对进厂原材料和附件进行质量检查，不符合有关技术标准，无出厂合格证和产地证明，不符合有关标准的各种材料和附件实行退货，确保进场的所有材料均合格。
5.1.5光电幕墙安装时注意事项：
1）玻璃安装应将尘土和污物擦拭干净，将镀膜面朝室内，非镀膜面朝外。
2）玻璃与构件避免直接接触，玻璃四周与构件凹槽底保持一定空隙，每块玻璃下部不少于两块弹性定位垫块，垫块的宽度与槽口宽度相等，长度不小于100mm，玻璃两边嵌入量及空隙符合设计要求。
3）安装时最好用指南针确定方位，光电板前不能有高大建筑物或树木等遮蔽阳光。
4）仔细检查地脚螺钉是否结实可靠，所有螺钉、接线柱等均应拧紧，不能有松动。
5）光电幕墙和光电屋顶都应有有效的防雷、防火装置和措施。
必要时还要设置驱鸟装置。
6）安装时不要同时接触光电板的正负两极，以免短路烧坏或电击，必要时可用不透明材料覆盖后接线、安装。
7）安装光电板时，要轻拿轻放，严禁碰撞、敲击，以免损坏。
8）注意组件、二极管、蓄电池、控制器等电器极性不要接反。
5.1.6幕墙安装检验标准
竖向主要构件安装质量的检验标准
项目
允许偏差（mm）
检验方法
1
构件整体垂直度
h≤30m
30m＜h≤60m
60m＜h≤90m
H＞90m
≤10
≤15
≤20
≤25
用经纬仪测量，垂直于地面的幕墙，垂直度应包括平面内和平面外两个方向
2
竖向构件直线度
≤2.5
用2m靠尺塞尺测量
3
相邻两竖向构件标高偏差
≤2.5
用水平仪和钢直尺测量
4
同层构件标高偏差
≤5
用水平仪和钢直尺以构件顶端为测量面进行测量
5
相邻两竖向构件间距偏差
≤2
用钢卷尺在构件顶部测量
6
构件外表面平面度
相邻三构件
≤2
用钢直尺和尼龙线或激光全站仪测量
b≤20m
b≤40m
b≤60m
b≤80m
b≤5
b≤7
b≤9
b≤10
横向主要构件安装质量检验标准
项目
允许偏差（mm）
检验方法
1
单个横向构件水平度
L≤2m
L＞2m
≤2
≤3
用水平尺测量
2
相邻两横向构件间距差
S≤2m
S＞2m
≤1.5
≤2
用钢卷尺测量
3
相邻两横向构件段部标高差
≤1
用水平仪、钢直尺测量
4
幕墙横向构件高度差
b≤35m
b＞35m
≤5
≤7
用水平仪测量
5.2电气管线安装施工质量控制重点
5.2.1布线管路尽量沿最近的路线敷设，吊顶内布管走向要保证横平竖直；PVC穿线管连接处用PVC胶粘接；PVC穿管管口进箱，采用与PVC管配套的杯梳连接，管路应排列整齐，长短一致，一管一孔，箱盒严禁开长孔，铁制箱严禁用电焊、气焊开孔。
5.2.2金属线槽敷设应符合下列要求：
线槽外观检查配件齐全，表面无变形，不压扁。
电线在线槽内有一定余量，不得有接头。
电线按回路编号分段绑扎，绑扎点间距不应大于2m。
线槽布线，在线路连接、转角、分支及终端处应采用相应的附件。
线槽垂直或倾斜敷设时，应采取措施防止电线或电缆在线槽内移动。
5.2.3光电幕墙（屋顶）的导线布线要合理，防止因布线不合理而漏水，受潮，漏电，进而腐蚀光电电池，缩短其寿命；为了防止夏天温度较高影响光电电池的效率，提高光电板寿命，还应注意光电板的散热。
6.其他注意事项
6.1光电玻璃板造价高，在运输和搬运过程中不应提前拆除包装，以避免破碎造成经济损失。
6.2在安装过程中要提前做好施工计划，尽量做到一次安装到位，减少更换量。
光电玻璃板与幕墙保温层之间应留15—20公分的间距，并安装相应的换气装置，以利于光电板的散热。
6.3在打胶过程中，应由熟练的工人经行操作，争取做到一次成活。
并应把表面胶痕清理干净，不能污染到表面，以免影响光电反应效果。
7.影响光电幕墙质量的探讨：
7.1光电幕墙的构造其实就是将原有玻璃幕墙中的玻璃板块更换成光伏电池玻璃板块，在建筑幕墙系统外增加了电力输送和电流转换系统等。
在光电幕墙设计和施工时要遵循玻璃幕墙的相应设计和施工验收规标准规范，要认真考虑玻璃幕墙传统的安全、防护、密封、装饰等功能，各项幕墙指标必须满足国家标准规定，使其达到最佳使用效果。
7.2影响光电幕墙效益的主要原因是日光照射的条件。
设计和施工时必须认真考虑玻璃板块的安装部位和安装方向，要充分利用阳光照射时间长的部位和方向，要有意避免附近建筑物或其它障碍物对光伏电池的遮挡。
7.3设计要充分考虑光电幕墙投入和付出的信价比，合理选用电池转换性能和造价相差甚远的单晶硅电池、多晶硅电池及无定型硅电池的比例。
以促进光电幕墙的健康发展。
7.4设计要合理选用电池导线的线径和玻璃板块的规格，充分考虑玻璃板块的挠度变形对电池导线的影响。
施工过程中必须采取有效措施，在板块运输、贮存和安装中避免板块变形过大，挤压损坏玻璃中的电池导线。
8.小结
光电幕墙在利用独特的建筑立面美化环境的同时，又不需燃料，不产生废气，无余热，无废渣，无噪音污染的进行发电。
“建筑产生能源”的遐想变为现实，光电幕墙本身就是效益。
光电幕墙的产生节约了土地占用，可节省传统的建筑材料，大大减轻了环境的负担，保护自然资源免受损失。
虽然,随着节能和环保的需要，我国正在逐渐接受这种光电幕墙。
但是，也应该看到由于光电幕墙的技术尚不成熟，一次投资的费用尚较高，国家和行业尚无可以进行严格控制的规范、标准。
光电幕墙发电的关键部件太阳能电池的价格现在也很昂贵，而且转换效率不高，发电效率受环境日照的影响很大，随着使用时间发电效率还会衰减。
光电幕墙使用的玻璃板块需要采用低铁钢化玻璃，外侧的玻璃需要有很高的透光率。
我国生产的符合光电幕墙性能需要的材料上不能够全部自给，不少材料还依赖进口，材料价格很贵造成一次投入建设资金较大。
由于光电技术的不成熟，幕墙生产单位鱼目混杂，有的幕墙设计和施工单位超自身能力承揽光电幕墙工程，不少监理单位对光电幕墙的原理和工艺了解甚少，对光电幕墙工程施工不能进行有效的控制。
近几年已经建成的发电效率极低的光电幕墙也不少见。
花很高的成本做成很不实用的东西，这就是光电幕墙不能推广的原因。
最近，国家为了推广光电幕墙的发展，已经推行按照光电幕墙的发电量进行经济补助的政策。
行业也在总结光电幕墙的设计、生产、施工经验和教训，逐步完善光电幕墙控制依据。
不少太阳能光伏电池和玻璃生产单位在在进行光电幕墙关键部件和材料的研发生产。
相信在节能减排，保护环境的政策推动下，光电幕墙一定能够得到正常有序的发展。
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