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幕墻的保溫節(jié)能
時(shí)間:2021-11-30 | 來(lái)源:窗博城 | 閱讀量:1630 次



       當(dāng)前,建筑節(jié)能成為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一部分,社會(huì)對(duì)建筑節(jié)能的意識(shí)也在逐漸增強(qiáng)。建筑節(jié)能主要是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能,而玻璃幕墻作為現(xiàn)代建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分,因此,如何解決節(jié)能問(wèn)題需要在項(xiàng)目中著重考慮。
玻璃幕墻的保溫隔熱性能及節(jié)能設(shè)計(jì)原則
       玻璃幕墻保溫隔熱性能較差,通風(fēng)效果不好,直接影響到建筑物的設(shè)備配置及能源消耗,有悖于我國(guó)的國(guó)情。保溫隔熱性能是指幕墻兩側(cè)存在空氣溫差條件下,幕墻阻抗從高溫一側(cè)傳向低溫一側(cè)傳熱的能力,不包括從縫隙中滲透空氣的傳熱。幕墻保溫性能用傳熱系數(shù)k表示。
       幕墻的保溫性能應(yīng)通過(guò)控制總熱阻值和選取相應(yīng)的材料來(lái)解決。為了減少熱損失,可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行改善:第一是改善采光窗玻璃的保溫隔熱性能,盡量選用中空玻璃,并減少開(kāi)啟扇;第二是對(duì)非采光部分采用隔熱效果好的材料作后襯墻(如浮石、輕混凝土)或設(shè)置保溫芯材;第三是做密閉處理和減少透風(fēng)。
       各地氣候條件不同,對(duì)幕墻的性能也有不同的要求。在夏熱冬暖地區(qū),隔熱是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的主要問(wèn)題。玻璃幕墻的隔熱性能主要是針對(duì)輻射、傳導(dǎo)與對(duì)流。在談及反射玻璃時(shí),人們往往只強(qiáng)調(diào)它的輻射性能。固然,輻射是上面各種方式中最主要的部分,可占全部熱量的2/3左右,空調(diào)的主要負(fù)荷也來(lái)源于太陽(yáng)輻射,因此,應(yīng)有效阻擋太陽(yáng)輻射。
       但在實(shí)際使用中,如幕墻在持久的曝曬下,反射玻璃由于散熱較其它玻璃慢,盡管它的反射能力大,但熱量的累積使它不可避免地成為一個(gè)新熱源,所以,玻璃幕墻對(duì)太陽(yáng)能的透射能力是值得關(guān)注的問(wèn)題。溫差傳熱、空氣流動(dòng)熱交換也是夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能應(yīng)考慮的問(wèn)題,這兩個(gè)方面的傳熱均是由室內(nèi)外溫差造成的,不同的是前者是通過(guò)傳熱,后者是通過(guò)室內(nèi)外空氣滲透。在進(jìn)行幕墻熱工設(shè)計(jì)時(shí),必須對(duì)其進(jìn)行具體分析和研究,如:幕墻外表面與周?chē)諝夂屯饨绛h(huán)境間的對(duì)流換熱、幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣和室內(nèi)環(huán)境間的換熱、幕墻和金屬框格的傳熱、通過(guò)玻璃的鍍膜層減少的輻射換熱等。
       建筑節(jié)能是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個(gè)重要方面,是執(zhí)行節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境基本國(guó)策和《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》的必要組成部分。我國(guó)各地區(qū)的氣候條件不同,不可能采取同一種模式,而應(yīng)該針對(duì)不同地域采取不同的措施,處理好建筑的節(jié)能問(wèn)題。各建筑氣候分區(qū)均有或即將有相應(yīng)的節(jié)能設(shè)計(jì)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái),如嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、溫和地區(qū)的幕墻要進(jìn)行冬季的保溫設(shè)計(jì)。幕墻熱工設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行的《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50176一93),《采暖居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》( JGJ26-95)和《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ134一2001)等來(lái)執(zhí)行。這些標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施,無(wú)疑將有力推動(dòng)我國(guó)建筑節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用。

合理選擇幕墻玻璃材料
       對(duì)于玻璃幕墻來(lái)說(shuō),由于玻璃的面積占據(jù)立面的大部分,可以參與熱交換的面積較大,能耗也大,決定了玻璃材料是其節(jié)能的關(guān)鍵。如果使用普通透明玻璃,它的傳熱系數(shù)偏高,且對(duì)太陽(yáng)輻射和遠(yuǎn)紅外熱輻射沒(méi)有有效限制,因此其面積越大夏季進(jìn)入室內(nèi)的熱量越多,冬季室內(nèi)散失的熱量也越多。不同的玻璃具有不同的性能,一種玻璃不能適用于所有氣候區(qū)域和建筑朝向。為阻擋太陽(yáng)熱輻射,必須對(duì)玻璃進(jìn)行一定的處理。在玻璃原片中添加一些元素可以制成吸熱玻璃,在玻璃的一面鍍膜可制成熱反射玻璃、Low一E玻璃及Solar一E玻璃等。
       比如,吸熱玻璃吸收的熱量越多,隔熱的效果就越好。但吸熱和透光經(jīng)常是矛盾的,所以吸熱玻璃的隔熱能力也受到一定的限制,況且吸熱玻璃吸收的一部分熱量仍然有相當(dāng)數(shù)量會(huì)傳入室內(nèi)。再比如,熱反射玻璃在反射紅外線的同時(shí),對(duì)可見(jiàn)光的透射也有很大的衰減和反射,造成采光不好,反射光則造成眩光污染。由于熱反射玻璃反射太陽(yáng)能,因而不適用于北方寒冷地區(qū)。低輻射鍍膜玻璃是在20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的新型保溫玻璃,其輻射率一般為0.1左右,最低可以降至0.05,是普通玻璃輻射率的十分之一左右,提高了節(jié)能效果。而遮陽(yáng)型Low一E玻璃采用獨(dú)特的熱噴射鍍膜技術(shù)制作而成,除本身具有低輻射性能外,它還具有控制陽(yáng)光的性能。
       一般而言,采用單片吸熱玻璃或熱反射玻璃、Low一E玻璃、Solar一E玻璃能取得一定的節(jié)能作用,但效果是有限的,在玻璃面積太大時(shí)仍不能滿足要求。采用這些玻璃組成的中空玻璃是較好的選擇。
       對(duì)于中空玻璃,外片玻璃一般采用吸熱玻璃、熱反射玻璃、吸熱的Low一E玻璃。內(nèi)片采用透明玻璃、Low一E玻璃等。這樣,外片玻璃吸收絕大部分太陽(yáng)輻射熱,而空氣層將外片玻璃的熱輻射阻擋在外面而不對(duì)室內(nèi)產(chǎn)生二次輻射傳熱。中空玻璃的采用不僅能降低太陽(yáng)輻射,也能有效地阻止溫差傳熱。南方首先是減少太陽(yáng)輻射,這與北方的保溫存在原則上的差異。在北方,中空玻璃一般是盡量減少對(duì)太陽(yáng)短波輻射的阻擋,而使得大量的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)。而在南方,中空玻璃首先是吸收或反射太陽(yáng)短波輻射,再利用中空玻璃的空氣層有效隔絕溫差傳熱和長(zhǎng)波輻射,而使得大量的太陽(yáng)輻射不能進(jìn)入室內(nèi)。
       中空玻璃的隔熱性能主要因其內(nèi)部氣體處于一個(gè)封閉的空間,氣體不產(chǎn)生對(duì)流,而且空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.028W/(m²•K),是玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)0.77W/(m²•K)的1/27,除中空玻璃四邊的密封膠導(dǎo)熱,對(duì)流和傳導(dǎo)在中空玻璃的能量傳遞中占較小的比例。要提高中空玻璃的隔熱性能,一般是增大空間的厚度和使用導(dǎo)熱系數(shù)低的氣體置換中空玻璃內(nèi)部的空氣,這樣可減少傳導(dǎo),但中空層不宜過(guò)大,合理的間隙是5~12mm左右。要降低輻射傳熱,一般是通過(guò)使用鍍膜玻璃或低輻射玻璃來(lái)控制各種射線透過(guò),達(dá)到降低輻射傳熱的目的。
       通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,通常單片玻璃的傳熱系數(shù)k=6W/(m²•K),中空玻璃(普通)k=2.3~3.2W/(m²•K),而采用離線低輻射鍍膜中空玻璃(中空層充惰性氣體)k=1.26~2.0W/(m²•K)。需要注意的是,中空玻璃和Low一E中空玻璃,以及陽(yáng)光鍍膜玻璃都有不同程度的節(jié)能效果。如何選用,要根據(jù)建筑整體設(shè)計(jì)要求,用于哪個(gè)部位,要達(dá)到什么樣的效果,選用不同類(lèi)型的節(jié)能玻璃,并非“u”值越低越好。要綜合考慮,要考慮質(zhì)量、使用壽命、裝飾效果、成本和要求的節(jié)能效果。
綜合采取各種建筑節(jié)能措施
       玻璃幕墻的節(jié)能,一方面是減少其使用面積,特別是東、西墻面的使用面積,這主要在建筑設(shè)計(jì)時(shí)確定。在建筑設(shè)計(jì)中,將需要采光、通風(fēng)和設(shè)置玻璃幕墻的墻面安排在南、北面,盡量減少其朝東或朝西的面積;另一方面是遮陽(yáng)。
       由于空調(diào)負(fù)荷很多都是來(lái)自太陽(yáng)輻射,而玻璃又是太陽(yáng)輻射得熱的主要來(lái)源,因而遮陽(yáng)對(duì)玻璃幕墻節(jié)能是很有效的,可以使室內(nèi)長(zhǎng)期處于陰涼的地方,從而實(shí)現(xiàn)最大限度的降溫。在設(shè)計(jì)遮陽(yáng)構(gòu)造時(shí)要結(jié)合幕墻建筑的整體藝術(shù)效果、材料與顏色進(jìn)行考慮,而且形式要簡(jiǎn)單、美觀,便于清洗、安裝。不同形式的遮陽(yáng)板有時(shí)會(huì)影響建筑的立面造型,但如果處理得好,會(huì)使建筑更加協(xié)調(diào)。比如,豎向與橫向結(jié)合的綜合式遮陽(yáng)板既提高了遮陽(yáng)效果,又可作為立面從實(shí)到虛(實(shí)墻到玻璃)二者的過(guò)渡部分,這種強(qiáng)烈的虛實(shí)對(duì)比使建筑的個(gè)性十足,充分展示出的結(jié)構(gòu)美而讓建筑栩栩如生。
       遮陽(yáng)最有效的是外遮陽(yáng)。在外遮陽(yáng)措施不太可行的情況下,內(nèi)遮陽(yáng)、玻璃內(nèi)部遮陽(yáng)等均是有效的節(jié)能措施。另外,良好的自然通風(fēng)不僅能保持室內(nèi)空氣的清新,也可以最大限度地減少使用空調(diào)的時(shí)間,從而達(dá)到節(jié)能的效果,在寒冷地區(qū)采用大面積玻璃幕墻時(shí)應(yīng)用保溫措施,防止“熱橋”產(chǎn)生,由于幕墻框多為金屬材料,金屬比玻璃導(dǎo)熱系數(shù)大,當(dāng)室內(nèi)外溫差大時(shí),應(yīng)注意防止結(jié)露、掛霜,如在幕墻豎框內(nèi)外均用熱絕緣橡膠密封條分隔形成“熱斷橋”后,幕墻就不產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象了,而且視野清晰。
       在設(shè)計(jì)玻璃幕墻建筑時(shí),應(yīng)科學(xué)合理地規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工,避免玻璃幕墻帶來(lái)的弊病。玻璃幕墻可將陽(yáng)光的熱量反射到周邊建筑物、人行道或廣場(chǎng)上,使人有灼熱感,甚至損壞其他建筑物上的建筑材料(如密封膠、瀝青材料等)。因此,不要將玻璃幕墻建筑物安排得過(guò)于集中,不要面向居民樓設(shè)置玻璃幕墻,限制在并列的和相對(duì)的建筑物上采用全部玻璃幕墻。在“丁”字路口和居民區(qū)20m以下高度不使用大面積、高反射率的鍍膜玻璃。玻璃的陽(yáng)光控制膜有低反射、吸熱等不同數(shù)值可供選擇,如反射率在5%~70%之間變化,可根據(jù)使用要求作出調(diào)整。設(shè)計(jì)落地幕墻時(shí)可采用在墻腳布置綠化遮擋熱量,也可改用反射率低的鋁板、石板等。

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