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玻璃幕墻是現代建筑較多采用的護結構之一,是建筑物熱交換、熱傳導最活躍最敏感的部位,是傳統墻體失熱損失的5~6倍,其能耗約占整個建筑能耗的40%左右,玻璃幕墻不僅要滿足建筑美學和建筑功能的要求,更應體現出“舒適與自然”、“環保與節能”的設計精髓,對玻璃幕墻的節能設計研究,符合當前急需能源問題的需要,有利于充分利用太陽能、自然通風換氣,降低調能耗,營造舒適溫馨的生活和工作環境。
1. 玻璃幕墻節能的因素
玻璃幕墻從立面形式上可分為明框玻璃幕墻、半隱框玻璃幕墻、全隱框玻璃幕墻、吊掛式全玻璃幕墻、點支式全玻璃幕墻等。采用的玻璃種類有單片玻璃、中空玻璃、夾層玻璃、單片熱彎及球形夾層熱彎玻璃,以滿足不同的功能要求和美觀要求。無論何種玻璃幕墻都由基本的玻璃和框架兩部分材料組成,因此如何控制玻璃幕墻的熱交換,也必須從控制這兩種材料為基本點。
1.1 對于玻璃的選擇
現階段提高玻璃的節能保溫性能的主要措施有采用熱反射鍍膜玻璃、低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃、薄膜型熱反射材料貼膜玻璃和中空玻璃等玻璃類型。(1)熱反射鍍膜玻璃熱反射鍍膜玻璃又稱陽光控制鍍膜玻璃,是指具有反射太陽能作用的鍍膜玻璃。其最大特點是利用鍍膜能透過可見光,而把起加熱作用的遠紅外光反射到室外,同時玻璃材料吸收的太陽熱能被鍍膜所隔離,使熱主要散發到室外一側,盡可能地減少太陽的熱作用。(2)低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃,低輻射玻璃、多功能鍍膜玻璃又稱保溫鍍膜玻璃,這類材料的特性是對可見光高通透,對紅外線輻射高反射,特別是對遠紅外輻射有極高的反射率,可讓80%的可見光進入室內,同時又能將90%以上的室內物體所輻射的長波保留在室內。(3)薄膜型熱反射材料貼膜玻璃,薄膜型熱反射材料是一種新型功能復合材料,它不僅能反射較寬頻帶的紅外線,還具有較高的可見光透射率。(4)中空玻璃現今中空玻璃的大幅度發展的主要原因是聚硫膠的出現和在中空玻璃中的廣泛應用。中空玻璃是通過在兩層平板玻璃中間利用間隔框架隔開,周邊密封,充入干燥空氣并填入少量
干燥劑保持空氣干燥而制得的。
1.2 幕墻框架材料選擇
幕墻框架的材料主要是鋁合金擠壓型材。對隱框幕墻而言,重點考慮玻璃及其密封膠縫材料的節能性。而對于明框玻璃幕墻和半隱框玻璃幕墻,由于其金屬框架的構件完全或部分顯露于面板的外表面,這勢必引起熱傳導。為了減少鋁型材的熱傳導,達到隔熱保溫效果, 宜采用“隔熱斷橋鋁型材” ,即兩個鋁型材中間加入低導熱的非金屬隔離物,可得到優良的隔熱 隔冷性能的鋁型材。斷橋鋁材的內外兩面, 可以是不同斷面型材,也可以是內外不同色澤的型材,兩個型材中間是隔熱材料。
2.提高隔熱性和節能性的措施
2.1提高玻璃的節能保溫性能
現階段提高玻璃的節能保溫性能的主要措施有采用:(1)鍍膜玻璃技術,鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍一層或多層金屬、合金或金屬化合物薄膜,以改變玻璃的光學性能,減少熱交換.從而起到隔熱作用。鍍膜玻璃按產品的不同特性,可分為以下幾類:熱反射玻璃、低輻射玻璃、導電膜玻璃等。(2)Low―E玻璃處理技術,用Low―E玻璃制造建筑物門窗,可大大降低因輻射而造成的室內熱能向室外的傳遞,達到理想的節能效果。(3)雙層中空玻璃處理技術雙層中空玻璃指用兩塊玻璃相隔,中間形成一獨立空間,可在此獨立空間中充人惰性氣體,從而減少熱交換,起到保溫隔熱作用。
2.2保溫材料的選擇
材料的保溫隔熱性能好壞是由材料導熱系數的大小決定的,導熱系數愈小。保溫、隔熱性能愈好,玻璃幕墻保溫材料主要有4種。(1)巖棉及其制品,以精選的玄武巖或綠巖為主要原料。經高溫熔融制成的人造無機纖維。防火效果好,可耐8000。c高溫。(2)礦棉及其制品,是利用工業廢料礦渣為主要原料,經熔化采用高速離心法或噴吹法工藝制成的棉絲狀無機纖維。(3)玻璃棉及其制品(玻璃棉毯或玻璃棉板),是以硅砂、石灰石等礦物為主要原料,經熔化將熔融玻璃液制成的無機纖維,可將氈或板表面涂上黑膠或粘附一層黑色的玻璃纖維氈加固。(4)聚苯乙烯泡沫塑料板(聚苯板),是以聚苯乙烯樹脂為基料,加入發泡劑等輔助材料,經加熱發泡而成的輕質材料。
2.3 提高結構框架的節能保溫性能
斷橋隔熱式鋁塑復合窗的原理是利用塑料型材(隔熱性高于鋁型材1250倍)將室內外兩層鋁合金既隔開又緊密連接成一個整體。既在內外兩層鋁合金型材問填人保溫復合材料,構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)窗在同一個等級一國標級,徹底解決了鋁合金傳導散熱快、不符合節能要求的致命問題,保溫性好。
3. 通風雙層玻璃幕墻
3.1 通風雙層玻璃幕墻的簡介
通風雙層玻璃幕墻又稱為熱通道幕墻、氣循環幕墻、呼吸幕墻、生態幕墻、綠色幕墻或者主動式幕墻等(以下簡稱DSF),它由兩層玻璃幕墻加上二者之間的熱通道組成,在通道的上下兩端設有風口,通道的高度可以是一個或者多個層高,對提高玻璃幕墻的保溫、隔熱、隔聲功能有很大的作用。
3.2 通風雙層玻璃幕墻構造
通風雙層玻璃幕墻主要由內外兩層玻璃幕墻、通風道、遮陽百葉窗簾、內外層幕墻掛件、層間及周邊防火系統組成。(1)內層玻璃幕墻,內層玻璃幕墻一般采用明框幕墻或鋁合金門窗;為使立面通透、視野開闊,可采用懸窗結構形式;玻璃采用中空玻璃,層間采用鋁板幕墻;開啟扇設計為外平開窗,節省了室內的空間。(2)外層玻璃幕墻,外層玻璃幕墻一般采用隱框、明框和點式玻璃幕墻;堅框采用懸挑形式與主體梁連接端部用不銹鋼插芯插接;外層玻璃幕墻設置進風口和出風口;為防止蚊蟲進入幕墻內的空氣層,百葉內側加設不銹鋼防蟲網;為防止灰塵大量進入室內,在通風口處設置防塵裝置。
3.3 通風雙層玻璃幕墻節能原理
通風雙層玻璃幕墻是智能型玻璃幕墻的一種。其在夏季陽光的照射下,打開熱通道上下兩端的進排風口,使熱通道的氣流自下而上地流動,在熱通道內產生煙囪效應,從而帶走通道中的熱量,達到降低室內溫度的作用.同時,可以放下半透明卷簾, 通過卷簾反射后除去大部 分太陽輻射,降低房間溫度,從而減小空調的負荷,節省電能。在冬季,雙層玻璃幕墻可關閉外層幕墻的通風口,這樣內外兩層幕墻內部的空氣在陽光照射下溫度升高,形成了一道熱空氣層,既阻擋了室外的冷空氣,也減少了室內溫度向外界傳遞,降低了房間的熱負荷。此外,由于雙層玻璃幕墻為3層玻璃,能大幅度減少外界噪聲對建筑內部的干擾。
以上只是對于建筑的玻璃幕墻體系節能設計的探求,要完成一棟建筑的節能設計和改造,還有許多方面的內容要統籌考慮。建筑的節能設計也越來越受到人們的重視,我們要同時從理念和技術兩個方面不斷提高,才能將這項工作完成的經濟、合理和美觀。
【參考文獻】
[1]盧達強.通風雙層玻璃幕墻的結構設計探討[J].工程技術,2010;(7):26-28.
[2]杜宗翰.建筑節能與節能門窗[J].中國建筑金屬結構,2005;(5):4-6.
摘要:建筑節能是當前我國建筑界關注的重點問題之一,而玻璃幕墻的保溫隔熱性能較差,與傳統墻體相比差距很大,其熱損失是傳統墻體的6-7倍,玻璃幕墻成了制約此類建筑節能的瓶頸。因此,對玻璃幕墻進行節能設計具有重要意義。本文就玻璃幕墻的節能設計問題進行簡要分析,并提出一些節能措施供業界探討。
玻璃幕墻是當代的一種新型建筑護結構, 它將建筑物護的防風、遮雨、采光、隔熱保溫等使用功能與建筑外墻裝飾相結合,賦予建筑的最大特點是將建筑美學、建筑功能、建筑節能和建筑結構等因素有機地統一起來,建筑物從不同角度呈現出不同的色調,隨陽光、月色、燈光的變化給人以動態的美。目前,已在我國高層和超高層建筑中廣泛應用,尤其是在一些公共建筑特別是高層辦公樓中,玻璃幕墻幾乎成了建筑立面的代言。
玻璃幕墻的傳熱方式有導熱、對流、輻射,還包括太陽光的透射,節能設計就是要對這些環節的熱交換加以控制,增加玻璃幕墻的保溫隔熱性能。因此,玻璃幕墻的節能設計首先要注重玻璃幕墻材料本身的熱工性能,選用節能型材料;其次是采用一些特殊的構造做法控制熱交換,達到節能的目的;還可以借助一些輔助措施,取得節能效果。
一、材料節能
材料節能就是在玻璃幕墻選材時,選用節能型材料,包括節能玻璃和節能型材。
1、玻璃幕墻常用的節能玻璃有:吸熱玻璃、鍍膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃、光電玻璃等。
吸熱玻璃是一種能夠吸收太陽輻射的平板玻璃,包括本體著色和表面鍍膜兩類:本體著色吸熱玻璃是在無色透明平板玻璃中加入特殊著色劑,采用浮法、垂直引上法、平拉法等工藝生產;表面鍍膜吸熱玻璃是在玻璃表面噴鍍吸熱的氧化物薄膜形成的吸熱玻璃。吸熱玻璃能把太陽能吸收轉化為熱能,然后通過導熱、對流和輻射的形式把熱能散發出去,從而減少了進入室內的太陽能,降低了空調制冷費用。
鍍膜玻璃分為熱反射鍍膜玻璃和低輻射鍍膜玻璃兩種。熱反射鍍膜玻璃是在玻璃表面鍍上金屬、非金屬及氧化物薄膜,使其對太陽光具有一定的反射作用,將太陽能反射回大氣中,阻擋太陽能進入室內。熱反射鍍膜玻璃有良好的控光性和隔熱性,對太陽輻射熟反射率可達30%,可以有效減少進入室內的熱量,節約能耗。此外,熱反射鍍膜玻璃具有單向透視性,迎光面具有鏡面反射效果,而背光面則可以透視。低輻射鍍膜玻璃,也就是我們常說的Low-E玻璃,它能吸收大量紅外線輻射熱,又保持良好的可見光透射率,對遠紅外線則具有80%以上的反射率,節能效果明顯。冬季,低輻射鍍膜玻璃可以將室內的熱輻射反射回室內,減少室內熱量換失;夏季,將室外的熱輻射反射出去,減少室內空調制冷負荷。與熱反射鍍膜玻璃相比,它的透光性好,節能效果好,遮陽系數低。
中空玻璃是將普通浮法玻璃、鋼化玻璃、鍍膜玻璃等兩層或多層平板玻璃隔開,并用密封膠密封,內部充入干燥空氣、惰性氣體等。由于空氣的導熱系數僅是玻璃的1/27,并且間層內氣體不產生對流,因此中空玻璃有較好節能效果。中空玻璃大幅提高了玻璃幕墻的隔聲和保溫隔熱性能,而且具有很好的防結露性能。
真空玻璃用適當分布的微粒支柱做間隔,間隙層只有0.1mm-0.2mm,空腔內抽成真空,真空度達到0.1帕以上,總厚度最薄只有6mm左右。真空玻璃具有比中空玻璃更好的保溫隔熱性能,其保溫性能是中空玻璃的2倍,是單片普通浮法玻璃的4倍。由于真空玻璃熱阻較高,因此真空玻璃具有很好的防結露性能,也不會出現普通中空玻璃經常出現的“內結露”現象。
光電玻璃是在兩層玻璃內設太陽能光電模塊、金屬導線、聚乙烯經塑料(EVA)膠片,并配合外部充電、蓄電系統形成太陽能發電系統。光電玻璃透光率較差,一般設于屋面、南向墻面等陽光充足部位。
2、玻璃幕墻常用的節能型材有鋁塑復合材料、斷熱鋁型材等高熱阻材料等。
玻璃幕墻的金屬框架雖然在幕墻外表面占的比例較小,但由于其多為鋁合金或不銹鋼材料,導熱系數較大,熱量容易損失。為提高金屬框架的熱阻,在保證材料的力學性能的前提下,可以選用斷熱橋型節能型材,如斷熱橋鋁型材,用隔熱條將鋁合金型材分隔成兩個部分,減少兩部分之間的熱傳遞,達到節能的效果。
二、玻璃幕墻構造節能
玻璃幕墻的構造節能是指通過特殊的構造做法,提高玻璃幕墻的保溫隔熱性能。雙層玻璃幕墻就是一種采用構造節能的玻璃幕墻。
雙層玻璃幕墻是由內、外兩層玻璃幕墻組成,兩層幕墻中間形成一個通道,可以在兩層幕墻設置進風口和出風口。雙層玻璃幕墻獨特的夾層設計,使得其保溫隔熱性能有了很大的提高,還可以在夾層設遮陽構件,既能有效遮陽,又不破壞建筑外觀。
雙層通風玻璃幕墻是雙層玻璃幕墻的進一步發展,分為封閉式內循環雙層通風玻璃幕墻和敞開式外循環雙層通風玻璃幕墻兩種。前者在內層玻璃幕墻設置進風口和出風口,通過電機強制抽風,空氣完全為室內循環。后者在外層玻璃幕墻設置進風口和出風口,自然通風,節能效果更為明顯。
敞開式外循環雙層通風玻璃幕墻的工作原理為:夏天,進風口和出風口開啟,內外兩層幕墻中間的空氣受到陽光照射被加熱,由于煙囪效應而自下往上流動,帶走了通道內的熱量,內側幕墻的外表面溫度降低,減少了空調的制冷費用;冬天,進風口和出風口關閉,內外兩層幕墻間的空氣由于陽光的照射,溫度升高,減少室內和室外的溫差,提高了內側幕墻外表面的溫度,從而降低室內的采暖費用。
三、輔助措施節能
玻璃幕墻的輔助節能措施有:為玻璃幕墻設置遮陽系統、利用密封材料增加玻璃幕墻的氣密性等。
1、為玻璃幕墻設置遮陽系統,可以有效減少太陽光的直接照射,從而避免室內過熱,是夏季建筑防熱的重要措施。常見的遮陽系統有遮陽板、遮陽百葉、遮陽格柵、遮陽卷簾、窗簾、遮陽植物等。
玻璃幕墻的遮陽系統按其所在位置分為:外遮陽、內遮陽和雙層玻璃幕墻中間遮陽。
外遮陽通常采用遮陽百葉、遮陽卷簾、遮陽格柵和遮陽板等,由于在室外,遮陽構件長期受到風、雨等外界因素影響,對構件的結構強度、耐久性和耐候性要求較高。同時,在建筑低層部位,還可以采用落葉植物外遮陽,夏季利用植物的陰影遮陽,降低幕墻周圍的溫度,冬天植物葉子落光則可以為室內提供更多日照。
內遮陽是在玻璃幕墻內側采用傳統的窗簾、遮陽百葉、遮陽卷簾等遮陽。遮陽材料可以將部分太陽輻射反射到室外,但是遮陽材料和玻璃本身所吸收的太陽輻射,大部分又傳遞給了室內。因此,相對于外遮陽而言,內遮陽的效果要差一些。內遮陽最普遍的就是窗簾,其遮陽效果取決于窗簾陽面材料的性質。新型的納米材料窗簾對紫外線輻射具有很強的反射作用,還有特殊的選擇和吸收性能,可將紫外線能量轉換成熱能或其他無害低能形式予以釋放或消耗,達到防暑、隔熱的作用。
雙層玻璃幕墻間的遮陽系統可以采用機械控制的遮陽百葉、遮陽卷簾等。這種遮陽系統既不影響建筑外觀,又充分利用了玻璃幕墻之間的空間,還取得了節能效果。
2、玻璃幕墻的氣密性也是影響玻璃幕墻節能效果的一個重要因素,為增加玻璃幕墻的氣密性,通常在玻璃與型材之間、幕墻玻璃之間通過密封材料密封,常用的密封材料有:橡膠密封條、硅酮耐候膠等。
橡膠密封條用于幕墻與型材之間,依靠膠條自身具有的彈性起密封作用。橡膠密封條與玻璃接觸的一側設計成波浪型,可以有效地阻止空氣滲透。橡膠密封條具有耐紫外線、耐老化、耐永久變形等特征。
硅酮耐候膠,又稱硅酮耐侯密封膠,主要用于幕墻玻璃之間的密封嵌縫。硅酮耐候膠具有優良的耐水性、耐侯性、耐紫外線照射、耐污染等特點,低溫時彈性好,高溫時又不流淌,是一種很好的密封材料。
關鍵詞:玻璃幕墻;節能設計;環保
1 前言
玻璃幕墻作為建筑物的外裝飾是現代化城市建筑的重要標志之一,它打破了傳統的實體墻與門窗的界限,巧妙地將建筑物圍護結構的使用功能與裝飾功能有機地融為一體,使建筑物更具時代感和藝術性。當前,建筑節能成為我國可持續發展戰略的一部分,社會對建筑節能的意識也在逐漸增強。建筑節能主要是圍護結構的節能,而玻璃墻是現代建筑圍護結構的一個重要組成部分。充分考慮玻璃幕墻使用的靈活性和最大限度地減少能耗,是建筑師和采暖空調工程師亟需解決的問題。
2 玻璃幕墻的節能設計
玻璃幕墻的傳熱方式有導熱、對流、輻射,還包括太陽光的透射,節能設計就是要對這些環節的熱交換加以控制,增加玻璃幕墻的保溫隔熱性能。
玻璃幕墻的節能設計首先要注重玻璃幕墻材料本身的熱工性能,選用節能型材料;其次是采用一些特殊的構造做法控制熱交換,達到節能的目的;還可以借助一些輔助措施,取得節能效果。
2.1 玻璃幕墻材料節能
材料節能就是在玻璃幕墻選材時,選用節能型材料,包括節能玻璃和節能型材。
(1)玻璃幕墻常用的節能玻璃有:吸熱玻璃、鍍膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等。
吸熱玻璃是一種能夠吸收太陽輻射的平板玻璃,包括本體著色和表面鍍膜兩類:本體著色吸熱玻璃是在無色透明平板玻璃中加入特殊著色劑,采用浮法、垂直引上法、平拉法等工藝生產;表面鍍膜吸熱玻璃是在玻璃表面噴鍍吸熱的氧化物薄膜形成的吸熱玻璃。吸熱玻璃能把太陽能吸收轉化為熱能,然后通過導熱、對流和輻射的形式把熱能散發出去,從而減少了進入室內的太陽能,降低了空調制冷費用。
鍍膜玻璃分為熱反射鍍膜玻璃和低輻射鍍膜玻璃兩種。熱反射鍍膜玻璃是在玻璃表面鍍上金屬、非金屬及氧化物薄膜,使其對太陽光具有一定的反射作用,將太陽能反射回大氣中,阻擋太陽能進入室內。熱反射鍍膜玻璃有良好的控光性和隔熱性,對太陽輻射熟反射率可達30%,可以有效減少進入室內的熱量,節約能耗。此外,熱反射鍍膜玻璃具有單向透視性,迎光面具有鏡面反射效果,而背光面則可以透視。低輻射鍍膜玻璃,也就是我們常說的Low―E玻璃,它能吸收大量紅外線輻射熱,又保持良好的可見光透射率,對遠紅外線則具有80%以上的反射率,節能效果明顯。冬季,低輻射鍍膜玻璃可以將室內的熱輻射反射回室內,減少室內熱量換失;夏季,將室外的熱輻射反射出去,減少室內空調制冷負荷。與熱反射鍍膜玻璃相比,它的透光性好,節能效果好,遮陽系數低。
中空玻璃是將普通浮法玻璃、鋼化玻璃、鍍膜玻璃等兩層或多層平板玻璃隔開,并用密封膠密封,內部充人干燥空氣、惰性氣體等。由于空氣的導熱系數僅是玻璃的1/27,并且問層內氣體不產生對流,因此中空玻璃有較好節能效果。中空玻璃大幅提高了玻璃幕墻的隔聲和保溫隔熱性能,而且具有很好的防結露性能。
真空玻璃用適當分布的微粒支柱做間隔,間隙層只有0.1mm~0.2mm,空腔內抽成真空,真空度達到0.1帕以上,總厚度最薄只有6mm左右。真空玻璃具有比中空玻璃更好的保溫隔熱性能,其保溫性能是中空玻璃的2倍,是單片普通浮法玻璃的4倍。由于真空玻璃熱阻較高,因此真空玻璃具有很好的防結露性能,也不會出現普通中空玻璃經常出現的“內結露”現象。
(2)玻璃幕墻常用的節能型材有鋁塑復合材料、斷熱鋁型材等高熱阻材料等。
玻璃幕墻的金屬框架雖然在幕墻外表面占的比例較小,但由于其多為鋁合金或不銹鋼材料,導熱系數較大,熱量容易損失。為提高金屬框架的熱阻,在保證材料的力學性能的前提下,可以選用斷熱橋型節能型材,如斷熱橋鋁型材,用隔熱條將鋁合金型材分隔成兩個部分,減少兩部分之間的熱傳遞,達到節能的效果。
2.2 玻璃幕墻構造節能
玻璃幕墻的構造節能是指通過特殊的構造做法,提高玻璃幕墻的保溫隔熱性能。雙層玻璃幕墻就是一種采用構造節能的玻璃幕墻。
雙層玻璃幕墻是由內、外兩層玻璃幕墻組成,兩層幕墻中間形成一個通道,可以在兩層幕墻設置進風口和出風口。雙層玻璃幕墻獨特的夾層設計,使得其保溫隔熱性能有了很大的提高,還可以在夾層設遮陽構件,既能有效遮陽,又不破壞建筑外觀。
雙層通風玻璃幕墻是雙層玻璃幕墻的進一步發展,分為封閉式內循環雙層通風玻璃幕墻和敞開式外循環雙層通風玻璃幕墻兩種。前者在內層玻璃幕墻設置進風口和出風口,通過電機強制抽風,空氣完全為室內循環。后者在外層玻璃幕墻設置進風口和出風口, 自然通風,節能效果更為明顯。
敞開式外循環雙層通風玻璃幕墻的工作原理為:夏天,進風口和出風口開啟,內外兩層幕墻中間的空氣受到陽光照射被加熱,由于煙囪效應而自下往上流動,帶走了通道內的熱量,內側幕墻的外表面溫度降低,減少了空調的制冷費用;冬天,進風口和出風口關閉,內外兩層幕墻間的空氣由于陽光的照射,溫度升高,減少室內和室外的溫差,提高了內側幕墻外表面的溫度,從而降低室內的采暖費用。
2.3 輔助措施節能
玻璃幕墻的輔助節能措施有:為玻璃幕墻設置遮陽系統、利用密封材料增加玻璃幕墻的氣密性等。
(1)為玻璃幕墻設置遮陽系統,可以有效減少太陽光的直接照射,從而避免室內過熱,是夏季建筑防熱的重要措施。常見的遮陽系統有遮陽板、遮陽百葉、遮陽格柵、遮陽卷簾、窗簾、遮陽植物等。
玻璃幕墻的遮陽系統按其所在位置分為:外遮陽、內遮陽和雙層玻璃幕墻中間遮陽。
外遮陽通常采用遮陽百葉、遮陽卷簾、遮陽格柵和遮陽板等,由于在室外,遮陽構件長期受到風、雨等外界因素影響,對構件的結構強度、耐久性和耐候性要求較高。同時,在建筑低層部位,還可以采用落葉植物外遮陽,夏季利用植物的陰影遮陽,降低幕墻周圍的溫度,冬天植物葉子落光則可以為室內提供更多日照。
內遮陽是在玻璃幕墻內側采用傳統的窗簾、遮陽百葉、遮陽卷簾等遮陽。遮陽材料可以將部分太陽輻射反射到室外,但是遮陽材料和玻璃本身所吸收的太陽輻射,大部分又傳遞給了室內。因此,相對于外遮陽而言,內遮陽的效果要差一些。內遮陽最普遍的就是窗簾,其遮陽效果取決于窗簾陽面材料的性質。新型的納米材料窗簾對紫外線輻射具有很強的反射作用,還有特殊的選擇和吸收性能,可將紫外線能量轉換成熱能或其他無害低能形式予以釋放或消耗,達到防暑、隔熱的作用。
雙層玻璃幕墻間的遮陽系統可以采用機械控制的遮陽百葉、遮陽卷簾等。這種遮陽系統既不影響建筑外觀,又充分利用了玻璃幕墻之間的空間,還取得了節能效果。
(2)玻璃幕墻的氣密性也是影響玻璃幕墻節能效果的一個重要因素,為增加玻璃幕墻的氣密性,通常在玻璃與型材之間、幕墻玻璃之間通過密封材料密封,常用的密封材料有:橡膠密封條、硅酮耐候膠等。
橡膠密封條用于幕墻與型材之間,依靠膠條自身具有的彈性起密封作用。橡膠密封條與玻璃接觸的一側設計成波浪型,可以有效地阻止空氣滲透。橡膠密封條具有耐紫外線、耐老化、耐永久變形等特征。
硅酮耐候膠,又稱硅酮耐侯密封膠,主要用于幕墻玻璃之間的密封嵌縫。硅酮耐候膠具有優良的耐水性、耐侯性、耐紫外線照射、耐污染等特點,低溫時彈性好,高溫時又不流淌,是一種很好的密封材料。
關鍵詞:節能;中空玻璃;應用;前景
近年來,氣候變暖進程急劇加快,給農業生產和人們的生活環境產生了不利影響,同時,氣候環境的逐漸惡劣也使中國建筑幕墻行業重新考慮建筑材料的選取[1]。發達國家先后出臺了相關的環保政策和建筑行業規范,以解決日益嚴峻的氣候形勢。節能環保建筑材料的研發和應用在一定程度上降低了建筑幕墻對氣候變暖的影響程度,并逐漸成為建筑行業的主流建筑材料,成為現今建筑設計師的首選建筑材料。節能中空玻璃就是節能建筑材料中的佼佼者。
一、節能中空玻璃的節能原理和應用優勢
能量通過玻璃窗損失掉的主要原因共有四種:第一種是能量通過對流、輻射、熱傳導等方式經過玻璃窗之后散失掉,也就是能量的物理損失,這種能力損失方式與玻璃自身的熱阻有較大關系,一般來說,玻璃的熱阻越大,其能量損失就越少;第二種是玻璃密封不良所導致的,主要是由于冷、熱空氣通過玻璃與邊框間隙流入、流出造成的;第三種是由于太陽能的不合理運用所導致的,人們需要借助功能玻璃達到控制太陽能的目的,功能玻璃選擇不恰當就會造成能量的浪費;第四種是通過紅外線的輻射透過所造成的。針對上述能量損失原因,人們在玻璃材料選擇、結構設計等方面進行了優化。中空玻璃一般由兩片或多片玻璃組成,玻璃之間利用空氣層隔開,利用密封粘膠將玻璃周邊進行密封處理,確保中空玻璃隔層的空氣層干燥,隔層中的干燥氣體具有較好的隔音、隔熱、防輻射效果,可有效減少能量損失[2]。
能量通過輻射、對流和熱傳導三種方式進行傳遞。在輻射傳遞中能量以射線紅外線、紫外線、可見光等多種射線形式進行傳遞,形如太陽光線的傳遞。合理配置的中空玻璃厚度可以最大限度的阻隔能量輻射散失,從而降低能量損失。對流傳遞源于玻璃兩側的溫度差,冷空氣一側的下降幅度大于熱空氣一側,進而在玻璃兩側形成對流,設計合理的中空玻璃能夠阻隔兩側的空氣形成對流。熱傳遞中能量借助分子的運動進行流動,而中空玻璃恰好利用玻璃內部的干燥空氣完成能量傳導過程。因此,提高夾層中空氣層的密封度可顯著提高中空玻璃的隔熱性能,減少能量散失。中空玻璃的隔熱能力主要受到玻璃夾層中干燥空氣的影響,而空氣的導熱系數遠遠低于玻璃的導熱系數,內部干燥的密封空氣可以依靠熱傳導,提高中空玻璃的隔熱效果。
二、節能中空玻璃技術應用發展趨勢
通過分析節能中空玻璃在減少能量損失方面的應用優勢可以看出,為進一步提高節能中空玻璃的節能效果,其未來的技術應用發展趨勢為:
(一)提高節能中空玻璃的隔熱能力
提高節能中空玻璃隔熱能力的關鍵是提高其熱阻,降低上述三種方式的能量傳遞,使輻射、對流和傳導傳熱系數降到最低,為此,可以從以下幾個方面進行考量:
1、采用低輻射的玻璃
通過分析節能中空玻璃的節能原理和隔熱原理,不難發現輻射傳熱在中空玻璃的熱傳遞中占有很大部分,因此,可以采用低輻射的玻璃,降低玻璃表面輻射率,鍍膜玻璃的表面輻射率是普通玻璃1/10,這樣可以大大降低中空玻璃的輻射傳熱。同時,由于低輻射玻璃的膜層對紅外線、遠紅外線等長波能量具有較高的反射能力,可將室內的長波能量反射回室內,允許短波能量進入室內,進而減少長波能量的損失,保證室內能量的充足,可顯著提高室內空間的能量利用效率[3]。采用低輻射玻璃制成的中空節能玻璃比較適合我國北方嚴寒地區或非朝陽陰暗面的門窗。
2、增加節能中空玻璃空氣層的厚度
中空玻璃空氣層的熱阻直接決定其隔熱能力,因此,可以通過增加節能中空玻璃空氣層的厚度提高熱阻。中空玻璃空氣層的傳導、對流傳熱主要受到空氣層厚度和空氣層中多種氣導熱系數的影響,在忽略對流傳熱的情況下,空氣層厚度越大,傳導熱就越少,但是,并不是空氣層越厚越好,因為空氣層厚度的增加必然會增加制造和安裝成本,實踐表明,當中空玻璃的空氣層厚度為12mm時,其隔熱能力最高。增加空氣層數量是一種變相增加空氣層厚度的做法,采用多層中空玻璃,形成多個空氣隔層,可以達到同樣的隔熱效果。
3、改善空氣層中氣體的隔熱性能
除了空氣層厚度會影響玻璃的隔熱效果之外,空氣層中所采用的氣體類型也會影響玻璃的隔熱效果,因此,應當采用導熱系數較低的氣體,例如疝氣等代替原有的空氣,提高中空玻璃的隔熱能力。
(二)使用功能玻璃控制太陽能
熱反射玻璃和吸熱玻璃是目前市場上應用最廣泛的兩種功能玻璃。熱反射玻璃的隔熱原理是利用玻璃表面的薄膜將太陽光反射掉,從而達到避免過多能量進入室內的目的。熱吸玻璃的隔熱原理是將吸收的太陽光能直接轉化為熱能,使其通過對流的方式散失掉。如果室內安裝有空調等制冷設備,太陽能量進入室內會增加空制冷設備的負荷,利用功能玻璃則可以避免過多的太陽能量進入室內,因此,這種太陽能控制玻璃比較適合氣候炎熱且光照時間較長的地區,可達到較好的隔熱效果,降低制冷設備的負荷和能源使用量。在制作中空玻璃時,可以使用功能玻璃作為隔層玻璃,那么在空氣層和功能玻璃共同作用的條件下就會大大提高保溫隔熱的效果[4]。
三、節能中空玻璃的市場前景展望
(一)國內市場的發展前景展望
自1995年以來,隨著經濟的快速發展和建筑規模的擴大,中空玻璃的產量和市場需求量就呈逐年上升的趨勢。節能中空玻璃在原有功能的基礎上又進行了改進,具備環保節能優勢,積極響應了國家節能減排的號召,因此,應用前景十分廣闊。國內一平米優質節能中空玻璃的制造成本在100-150元之間,可見,節能中空玻璃并不是一種昂貴的建筑材料,而是一種大眾化的節能產品。節能中空玻璃除了具有節能效果之外,還可阻隔室外噪音,有利于提高居民居住環境水平。節能中空玻璃在2008年北京奧運會上的大規模使用極大的推動了我國節能中空玻璃的發展。夏季電力供應緊張是我國許多地區的供電難題,在其他季節又會出現電力供應富余的狀況,造成了發電設備和資源的極大浪費。針對這種電力供應現狀,政府必然會注重住宅節能和環保問題,逐漸推廣節能效果顯著的中空玻璃門窗,使節能中空玻璃成為一種重要的節能建筑材料[5]。
(二)國際市場的發展前景展望
節能中空玻璃的生產技術最早起源于美國,,由于其突出的節能效果,迅速在歐洲各國推廣開來。美國不僅是中空玻璃的生產大國,更是國際市場上的消費大國,居民住宅以及其他建筑行業中,節能中空玻璃在美國民居建筑中的普及率已高達90%。歐洲也有上千家中空玻璃制作企業,日均產量在800萬平方米以上,為周圍地區和貿易輸送地區的中空玻璃應用提供了便利條件。歐洲各國中,德國的制造水平一直居于前列,其節能真空玻璃的產、供、銷位居全歐洲乃至全世界前列,如今又研發出了低輻射膜中空玻璃,進一步提高了中空玻璃的節能水平。有些國家為推廣節能中空玻璃,還專門立法,對不使用節能中空玻璃的建筑項目不予批準。在日本,節能中空玻璃市場經過三十多年的發展,其產、供、銷依然經久不衰,建筑項目中節能中空玻璃的普及率也在25%以上,尤其在日本北海道以北地區,節能真空玻璃的普及率更是達到了90%以上。近年來,日本市場對于節能中空玻璃的需求率正在以每年20%的漲幅持續增長,成為日本加工制造業的一項全新經濟增長點。
結語:
隨著科學技術的不斷進步,玻璃的品種和功能越來越豐富多彩,節能中空玻璃作為新型玻璃的佼佼者,能夠有效降低建筑外窗的能量損失,進而滿足整個建筑項目的節能需求。在建設節約型社會的今天,推廣節能建筑材料將成為促進我國社會可持續發展的重點內容。節能中空玻璃的推廣使用滿足了建筑節能的需求,加快綠色建筑的早日實現,隨著現代住宅門窗面積的逐日益擴大和自然資源的短缺,節能中空玻璃不論是在國內市場還是在國際市場都具有廣闊的發展前景。
參考文獻:
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關鍵詞:Low-E 中空玻璃 節能環保 應用研究
中圖分類號:TQ171 文獻標識碼:A 文章編號:1009-5349(2017)07-0194-02
隨著我國建筑業水平的提高,建筑能耗也越來越高。據有關資料統計,西方國家的建筑業能耗占社會總能耗接近40%,而我國也將達到30%。在建筑物的維護結構中,主要包括門窗、墻體、屋面、地面,在這四大圍護結構中,門窗對室內的熱環境影響最大,而當今的建筑物,為了美觀及采光性,門窗的面積也越來越大,越來越多的建筑立面采用玻璃幕墻,在大跨度的公共建筑中甚至采用玻璃屋蓋板。由于玻璃的固有特性,在冬天的采暖環境下,玻璃窗戶造成的熱量損失達到空調供熱負荷的30%-50%;在夏天的制冷環境下,因太陽輻射的熱量而消耗的冷量占空調制冷負荷的20%-30%。由此可見,采用具有節能效果的玻璃來做圍護將對建筑節能產生積極意義。
一、中空玻璃的概念
中空玻璃是由兩片或多片玻璃,以內部充滿高效分子篩吸附劑的鋁框間隔出一定厚度的空間,邊部兩用高強度密封膠粘合而成的玻璃組件。中空玻璃的空隙最初是干燥的空氣,目前多用熱導率比空氣低的其他氣體。Low-E中空玻璃,也叫低輻射鍍膜玻璃,通過對玻璃表面鍍一層特殊的金屬氧化物,而這種氧化物對波長范圍4.5-25μm的遠紅外線有較高反射比,達到90%以上,這種玻璃能比較高效率地阻擋遠紅外線輻射熱的傳遞,從而實現冬季的時候保溫、夏季的時候隔熱的作用。
中空玻璃的隔框一般多用薄鋁型材,型材為空腹結構,空腹中裝有干燥劑。中空玻璃四周的密封已從焊接法、熔接法發展到膠接法。用膠接法生產中空玻璃要有質量較高的丁基膠和聚硫膠作黏接劑,同時要有好的壓機將玻璃板和隔框在黏接劑的作用下壓緊。
二、中空玻璃的節能原理及其性能
(一)中空玻璃的節能原理
在自然界中,熱量的傳遞方式包括傳導、對流和輻射三種,Low-E中空玻璃不僅能較好地限制熱量的傳導跟對流,還能極大地阻隔熱輻射,Low-E鍍膜玻璃在節能的同時,還具有較高的透光性,僅僅比普通玻璃降低5%,能夠滿足室內采光的要求,從而避免因節能造成的照明浪費。
中空玻璃最優良的性能即保溫隔熱性能。建筑物使用單層窗時,夏季照射的陽光會產生溫室效應。在冬天,由于玻璃的導熱率大,單層窗則起到散熱的作用。中空玻璃既能減少傳導傳熱,又能減少對流傳熱和輻射傳熱。
減少傳導傳熱:中空玻璃的兩塊玻璃之間有一層熱導率比玻璃小得多的氣體,因此中空玻璃的傳導傳熱系數比單層玻璃小得多。
減少對流傳熱:中空玻璃在室外的冷面玻璃板的兩面溫差小,所以減少了冷面通過空氣對流傳導的熱量。
減少輻射傳熱:玻璃的輻射率較大,為0.82。如果在玻璃表面鍍上一層低輻射膜,便可使其輻射率降到0.1。這樣,在冬天就會把室內向外輻射的熱量減少,起到保溫作用。如果在中空玻璃的兩個內表面分別鍍上低輻射膜,夏天擋住炎熱的太陽光,冬天防止室內的熱量散失,就達到了室內冬暖夏涼的目的。
(二)中空玻璃的性能
(1)保溫隔熱性能好
普通的單片玻璃的熱傳導系數較高,不能有效地阻隔室內與外界的熱量傳遞,導致夏季室內熱、冬季室內冷。而Low-E中空玻璃不采用單片玻璃,而是在玻璃腔體內導入空氣,玻璃空腔中的空氣層通常達到幾毫米到十幾毫米,并且形成穩定的空氣層,由于空氣的熱傳導系數很低,能夠大大地降低室內與外界的熱傳遞。
(2)舒適的光學和感觀性能
Low-E中空玻璃對太陽的可見光具有較高的透射比,由于膜層的影響,相比普通玻璃的透射比僅降低5%,與此同時,Low-E中空玻璃對可見光的反射比很低,相比傳統的鍍膜玻璃,透過Low-E中空玻璃顯得更加柔和,由于反射比低,也大大降低了因反射造成的光污染現象,為室內及室外營造出更加舒適的光環境。
由于中空玻璃空腔的作用,可以很大程度地降低外界傳來的噪音的音級,是一種理想的降噪隔音材料,如果在空腔中填入惰性氣體,降噪隔音效果還將進一步提高。從而為人們營造出更加寧靜舒適的工作、生活環境。
(3)節能環保效果佳
建筑物外立面的熱損失是建筑物總能耗的主要部分,通過建筑物門窗Low-E玻璃的使用,可以很大程度地降低熱能的損失,特別是在寒冷季節,可以減少因采暖造成的二氧化碳、二氧化硫等有害氣體的排放,從而達到既節能又環保的效果。
中空玻璃可以在玻璃空腔中填入惰性氣體,并采用暖邊技術,可以提高中空玻璃的隔熱性能,中空玻璃本身具有很好的水密性、氣密性,相對于普通玻璃具有更高的遮蔽系數。在北方的冬季,普通玻璃還會產生結露現象,導致窗框架常處于潮濕的狀態,從而孳生各種微生物,不僅讓人產生不適感還不利于人的身心健康。而中空玻璃可以采用在其間隔條內填入干燥劑,即使在寒冷的冬天,可以通過干燥劑吸附外界滲入的水分,同時由于中空玻璃能有效阻擋熱傳遞,可以保證室內的玻璃面上不產生結露,給人們帶來更加舒適的體驗的同時還有利于人們的身心健康。
三、中空玻璃的發展現狀
(一)中空玻璃的國內外發展現狀
Low-E中空玻璃產生于上世紀60年代末,由歐洲的玻璃生產商開始展開對它的研究,直至1978年,在美國成功運用于建筑物,隨后,發達國家均開始致力于研究這種低輻射的中空玻璃并投放于市場。由于Low-E中空玻璃明顯的節能優勢,其市場銷售量越來越大,甚至有些發達國家明確規定,建筑物的窗玻璃必須采用低輻射玻璃。在我國,對Low-E中空玻璃的認識始于上世紀90年代中期,由深圳南玻集團從美國引進生產線,開始生產Low-E中空玻璃,與此同時,國內的一些高級建筑,比如C場、博物館等開始使用這種低輻射玻璃,并產生了積極意義。隨后,我國開始自主研發Low-E玻璃,并于2003年批量生產并投入市場,這意味著我國的Low-E玻璃的生產技術已經躋身世界先進行列。
(二)中空玻璃的市場應用研究
(1)國內市場。我國是能源緊缺的國家,隨著我國節能政策的推動,建筑節能日益受到人們的關注;另外,隨著環境問題的日益突出,在建筑材料的使用上,一些對環境造成污染的材料逐步被淘汰,而一些新型的環保性材料成為市場上的熱點。而Low-E中空玻璃由于它獨特的功能性,不僅符合我國的節能政策,還適應了我國可持續發展的政策主張,使得這種節能環保性的材料迅速成為市場的熱點。隨著Low-E中空玻璃生產工藝的成熟,性價比也越來越高,由最開始運用在大型的公共建筑,比如機場、體育館、博物館,逐步發展到運用到民用住宅建筑中。
(2)國際市場。縱觀全球,人們已經意識到能源緊缺問題的嚴峻形勢,在經濟蓬勃發展的同時,對新能源的開
發和使用受到全世界人們的重視,節約能源和創造新能源已成為應對能源問題的兩大重要措施。而建筑能耗在社會總能耗中占有非常大的比例。于是,“綠色建筑”已成為節約能源的重點。在歐洲,由歐盟制定的節能減排目標中明確指出到2020年之前每年需要在建筑領域減少3億t左右的二氧化碳排放,有關的研究報告表明,在建筑領域采用Low-E玻璃可以幫助完成5%-25%的節能減排目標。
四、結論
隨著經濟的快速增長,人們對居住、工作環境的要求越來越高。玻璃已經由單純的采光材料向著裝飾性強、節約能源、控制光線、減小噪聲及改善環境等多種功能發展。美國在上世紀80年代末期,Low-E玻璃窗已占整個雙層玻璃窗市場的1/4以上,歐洲每年用量在5000萬m以上,全世界年用量已超過1.2億m。德國政府1996年立法規定,所有建筑物都必須采用Low-E玻璃。考慮到我國Low-E玻璃使用量僅占所有建筑玻璃的15%左右,在建筑領域使用Low-E玻璃可以帶來更大的節能減排效果,且使用Low-E玻璃帶來的成本在長期來看遠遠低于使用普通玻璃,對改善生活、工作環境,保護環境有著十分重要的意義。
參考文獻:
[1]溫艷芳,寧連旺.Low-E中空玻璃性能與市場研究[J].建材技術與應用,2010(10).