摘要: 玻璃幕墻的節(jié)能方面一向存在著問題,尤其玻璃幕墻使用在具體大空間的建筑當(dāng)中更為嚴(yán)重,根據(jù)現(xiàn)代節(jié)能意識的需要,本文圍繞玻璃幕墻節(jié)能技術(shù),主要針對研究了玻璃幕墻的三種傳熱方式(傳導(dǎo)、輻射、對流)及其具體的措施,并從玻璃幕墻的材料構(gòu)成及其結(jié)構(gòu)節(jié)能等方面分析當(dāng)前玻璃幕墻節(jié)能技術(shù),最后還總結(jié)了玻璃幕墻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展新趨勢,以便對以后具有借鑒之意義。
關(guān)鍵詞:玻璃幕墻;節(jié)能;傳熱方式;新趨勢
引言
隨著建筑技術(shù)的飛躍發(fā)張,玻璃幕墻在建筑物中的應(yīng)用越來越多,玻璃幕墻逐步成為現(xiàn)代建筑,尤其是現(xiàn)代城市建筑的象征。它不僅具有輕巧、活潑、靈動、時尚的外觀,還能能改變傳統(tǒng)建筑沉悶、凝重的外立面格調(diào)。它的透光性能營造出較明亮的室內(nèi)環(huán)境,達(dá)到建筑內(nèi)外空間交融的效果。但是由于玻璃幕墻的上述特點造成了室內(nèi)外環(huán)境容易發(fā)生能量交換,從而達(dá)不到良好的節(jié)能效果。玻璃幕墻作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu), 是建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)最活躍、最敏感的部位,是傳統(tǒng)墻體熱損失5倍多,幕墻的能耗約占整個建筑能耗的40%左右,故幕墻的節(jié)能有極其重要的地位,如何提高玻璃幕墻的節(jié)能性能成了建筑界和建筑幕墻行業(yè)亟待解決的實際問題。因此如何控制玻璃幕墻的熱交換是建筑物是否達(dá)到節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的重要措施之一。
玻璃幕墻及其傳熱過程
玻璃幕墻是垂直向布置的,它是承受水平風(fēng)荷載為主的外圍護(hù)或者裝飾性結(jié)構(gòu),它一般是由支撐結(jié)構(gòu)體系和玻璃面板組成、可以有一定位移能力、將荷載傳遞給主體結(jié)構(gòu)但是不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受的荷載。
對玻璃幕墻復(fù)雜的傳熱過程和傳熱方式進(jìn)行分析和研究,是進(jìn)行幕墻熱工設(shè)計的前提。玻璃幕墻的傳熱過程主要有三種途徑:一是幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣和室內(nèi)環(huán)境間的換熱: 內(nèi)表面與室內(nèi)空氣間的對流換熱, 內(nèi)表面與室內(nèi)環(huán)境間的輻射換熱;二是玻璃和鋁合金金屬框格的傳熱:通過單層玻璃的熱流傳熱,通過金屬框格傳熱,通過玻璃的鍍膜層減少輻射換熱;三是玻璃幕墻外表面與周圍空氣和外界環(huán)境間的換熱:外表面與周圍空氣間的對流換熱,外表面和外界環(huán)境間的輻射換熱,外表面和空間的電磁波、紅外線輻射換熱。其熱傳導(dǎo)方式主要就是傳導(dǎo)、對流和輻射三種,而節(jié)能玻璃幕墻則應(yīng)從上述三種途徑加以綜合考慮。
玻璃幕墻節(jié)能的主要措施和方法
目前玻璃幕墻節(jié)能的主要措施有: 阻止熱傳導(dǎo)(如設(shè)置斷熱橋等);降低結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)(如熱反射玻璃、低輻射鍍膜玻璃、中空玻璃等新型玻璃);降低空氣滲透熱損失、減少開啟窗扇面積、提高氣密性等;最新玻璃幕墻節(jié)能地有效措施式是雙層幕墻。
3.1 玻璃的選用
對于建筑物外窗及玻璃幕墻來說, 由于玻璃的面積占據(jù)立面的絕大部分, 可以參與熱交換的面積較大,因此玻璃是窗、幕墻節(jié)能的關(guān)鍵。
關(guān)于陽光輻射控制玻璃,這類技術(shù)通過改變玻璃的光學(xué)特性來實現(xiàn)對太陽能輻射的選擇性屏蔽從而達(dá)到環(huán)保節(jié)能效果。關(guān)于透過率可調(diào)玻璃,它隨環(huán)境改變自身的透過特性,實現(xiàn)對太陽輻射能量的有效控制。根據(jù)玻璃特性改變的機理不同,這種可調(diào)玻璃又可分為熱致變色玻璃、電致變色玻璃和光致變色玻璃。熱致變色就是玻璃隨著溫度升高而透過率降低,電致變色則是當(dāng)有電流通過的時候玻璃透過率降低, 光致變色就是玻璃隨光強增大而透過率降低, 以上過程均是可逆的。這其中,電致變色玻璃和光致變色玻璃尤為引起幕墻行業(yè)人士的關(guān)注,尤其是電致變色玻璃由于可以人為控制其改變的過程和程度,已經(jīng)在幕墻工程上得到實驗性的應(yīng)用。
關(guān)于光譜選擇透過性玻璃: 也就是所謂的Low-E玻璃、熱反射玻璃等技術(shù)的延伸,它就是通過在玻璃表面覆蓋一層或者幾層特殊材料涂層,使得玻璃對不同波長的太陽輻射或熱輻射具有不同的透過率。該技術(shù)能使得太陽輻射中的可見光成分最大量的通過,同時阻擋具有較高熱量的紫外、紅外線的成分,最大限度的利用自然光照亮室內(nèi),又把輻射的熱能阻擋在室外, 于是從采光和制冷兩方面同時起到了節(jié)能效果。也可以使用它相反的特性,阻擋可見光透過熱量,從而適用于高緯度地區(qū)以消除進(jìn)入室內(nèi)的眩光,同時能有效地利用太陽輻射熱來加熱室內(nèi)空氣。
3.2 玻璃隔熱的技術(shù)
在中空玻璃技術(shù)的基礎(chǔ)上,一些新型的隔熱玻璃不斷出現(xiàn)主要有惰性氣體隔熱玻璃、真空隔熱玻璃、凝膠隔熱玻璃。
惰性氣體隔熱玻璃,在中空玻璃的空腔內(nèi)充入惰性氣體, 可以得到更高隔熱性能的玻璃。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了充氪氣的三層中空玻璃,結(jié)合Low-E 技術(shù),它的傳熱系數(shù)可以達(dá)到0.7W/(m2・K)。
將中空玻璃空腔里的空氣抽走,消除掉空腔內(nèi)部的對流和傳導(dǎo)傳熱,可以獲得更好的隔熱效果。稱為真空玻璃,這種玻璃的空腔很窄,兩層玻璃之間用一些均勻分布的支柱分開。通過附加Low-E涂層改善輻射特性, 真空隔熱玻璃的傳熱系數(shù)可以達(dá)到0.5W/(m2・K)。其優(yōu)點是具有厚度大、重量輕的優(yōu)點,但生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜,中間小立柱的存在也影響了它的外觀,在一定程度上限制了在幕墻、門窗上廣泛的應(yīng)用。
關(guān)于凝膠隔熱玻璃,凝膠是一種多孔性的硅酸鹽凝膠,95%(體積比)為空氣。由于它內(nèi)部的氣泡十分細(xì)小(小于20mm), 所以具有良好的隔熱性能, 同時又不會阻擋、折射光線(顆粒遠(yuǎn)小于可見光波長), 具有均勻透光的外觀。把這種氣凝膠注入中空玻璃的空腔, 可以得到傳熱系數(shù)小于0.7W/(m2・K)的隔熱玻璃組件。該種氣凝膠物質(zhì)長時間使用后的沉降現(xiàn)象是目前限制它大范圍商業(yè)應(yīng)用的主要因素。
3.3鋁合金型材選用
不同材料的窗框?qū)ν獯?含采光頂、玻璃幕墻)的傳熱系數(shù)影響較大,不容忽視,木窗框、塑料窗框等因材料本身的傳熱系數(shù)較小,對外窗的傳熱系數(shù)影響不大。但是鋼窗框、鋁合金窗框等材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)很大,形成的熱橋?qū)ν獯暗膫鳠嵯禂?shù)影響較大,必須采用斷橋的處理。鋁合金斷橋處理做法有很多種,材料也不同,如聚氨酯(PU)、聚酰胺(PA)斷熱條等,對保溫性能要求高的外窗應(yīng)選擇斷橋效果好的鋁型材。
3.4提高結(jié)構(gòu)框架的節(jié)能保溫性能
對于構(gòu)成玻璃幕墻結(jié)構(gòu)框架的鋁合金型材,我們采用的是所謂的“斷橋隔熱”技術(shù)。斷橋隔熱式鋁塑復(fù)合窗的原理是利用塑料型材將室內(nèi)外兩層鋁合金既隔開又緊密連接成一個整體,既在內(nèi)外兩層鋁合金型材間填入保溫復(fù)合材料,構(gòu)成一種新的隔熱型鋁型材,用這種型材做門窗,其隔熱性與塑鋼窗在同一個等級―國標(biāo)級,徹底解決了鋁合金傳導(dǎo)散熱快、不符合節(jié)能要求的致命問題,保溫性好,且其隔音性、水密性、氣密性好比一般的鋁合金型材都具有很大的改良。
3.5 雙層幕墻的設(shè)計
雙層幕墻比單層幕墻在建筑能耗方面對比較低,是幕墻企業(yè)近年提倡的新領(lǐng)域。隨著節(jié)能環(huán)保理念的不斷深入人心,雙層通風(fēng)幕墻作為一項新興技術(shù)產(chǎn)品,其良好的環(huán)保、節(jié)能性能,以及新穎的構(gòu)造給建筑外裝飾帶來的更多變化。雙層幕墻的缺點:一次性投資太大。雙層幕墻分為:外循環(huán)式雙層幕墻、內(nèi)循環(huán)式雙層幕墻、綜合內(nèi)外循環(huán)的雙層幕墻。
外層幕墻采用單層玻璃,在其下部有進(jìn)風(fēng)口,上部有排風(fēng)口。內(nèi)層幕墻采用中空玻璃、隔熱型材,且設(shè)有可開啟的窗或門。它無需專用機械設(shè)備,完全靠自然通風(fēng)將太陽輻射熱,經(jīng)通道上排風(fēng)口排出室外。從而節(jié)約能源和機械運行維修費用。夏季開啟上下通風(fēng)口,進(jìn)行自然排風(fēng)降溫。冬季關(guān)閉上下通風(fēng)口,利用太陽輻射熱經(jīng)開啟的門或窗進(jìn)入室內(nèi),可利用熱能和減少室內(nèi)熱能的損失。內(nèi)循環(huán)式雙層幕墻,外層幕墻采用中空玻璃、隔熱型材形成封閉狀態(tài)。內(nèi)層幕墻采用單層玻璃或單層鋁合金門窗,成可開啟狀態(tài)。利用機械通風(fēng),空氣從樓板或地下的風(fēng)口進(jìn)入通道,經(jīng)上部排風(fēng)口進(jìn)入頂棚流動。由于進(jìn)風(fēng)為室內(nèi)空氣,所以通道內(nèi)空氣溫度與室內(nèi)溫度基本相同,因此可節(jié)省采暖與制冷的能源,對采暖地區(qū)更為有利。由于內(nèi)通風(fēng)需要機械設(shè)備和光電控制百葉卷簾或遮陽系統(tǒng),因此有較高的技術(shù)要求和費用。關(guān)于綜合內(nèi)外循環(huán)的雙層幕墻,并不僅僅拘泥于內(nèi)循環(huán)或外循環(huán)的單一循環(huán)方式,應(yīng)具有更加靈活的對外界天氣、氣候狀況的靈活適應(yīng)性。例如對夏季和冬季具有更好的兼顧性,并且減少了對其他系統(tǒng)(如新風(fēng)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等)的依賴性,有利于提高綜合節(jié)能效果。通道設(shè)置一般只作通風(fēng)用,其寬度為100~300mm。有檢修、清洗要求時,其寬度為500~900mm。當(dāng)作休息、觀景、散步時其寬度為>900mm,并設(shè)有格柵。
玻璃幕墻節(jié)能發(fā)展新趨勢
隨著新型節(jié)能玻璃、太陽能利用、新型保溫材料等新技術(shù)的發(fā)展,玻璃幕墻的節(jié)能思想正逐漸從被動設(shè)防向主動利用能源轉(zhuǎn)變.在開發(fā)新型幕墻結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了很多有益的探索,將新技術(shù)、新能源引入到新建筑及既有建筑的改造中,取得了顯著的節(jié)能效果。運用建筑綠化方法引入生態(tài)技術(shù)是玻璃幕墻節(jié)能發(fā)展的新趨勢。同時綠色節(jié)能玻璃幕墻,太陽能作為一種隨處可見的能源, 它的潛在利用價值可以說是無限的。如何有效的把清潔太陽能轉(zhuǎn)化成可利用的能源,成為廣大科技工作者努力研究的方向。
結(jié)論
本文針對玻璃幕墻節(jié)能的具體措施和方法進(jìn)行了研究,玻璃幕墻應(yīng)該追求設(shè)計功能的主動性和積極性,變被動設(shè)防為主動利用能源的設(shè)計思想。節(jié)能玻璃的選擇只是建筑節(jié)能工作中的一部分,而真正的建筑設(shè)計上應(yīng)全面考慮,包括門窗型材的輕型、氣密性、隔熱、安全性等。綜合運用熱能、光能、電能的智能玻璃幕墻是最理想的發(fā)展方向。
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