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(shí)的需要，本文圍繞玻璃幕墻節(jié)能技術(shù)，主要針對(duì)研究了玻璃幕墻的三種傳熱方式（傳導(dǎo)、輻射、對(duì)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(shì)，以便對(duì)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(shì)
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(dòng)、時(shí)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(yíng)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(diǎn)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(gè)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(shí)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(duì)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(jì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)太陽輻射能量的有效控制。根據(jù)玻璃特性改變的機(jī)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(shí)候玻璃透過率降低, 光致變色就是玻璃隨光強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(duì)不同波長(zhǎng)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(shí)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(shí)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(shí)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(guó)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(duì)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(diǎn)是具有厚度大、重量輕的優(yōu)點(diǎn),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(shí)又不會(huì)阻擋、折射光線(顆粒遠(yuǎn)小于可見光波長(zhǎng)), 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(zhǎng)時(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(gè)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(gè)等級(jí)―國(guó)標(biāo)級(jí)，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(jì)
雙層幕墻比單層幕墻在建筑能耗方面對(duì)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(xiàng)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(diǎn)：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(jī)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(jī)械運(yùn)行維修費(fèi)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(jī)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(dòng)。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(duì)采暖地區(qū)更為有利。由于內(nèi)通風(fēng)需要機(jī)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(fèi)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(duì)外界天氣、氣候狀況的靈活適應(yīng)性。例如對(duì)夏季和冬季具有更好的兼顧性，并且減少了對(duì)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(shí)，其寬度為500～900mm。當(dāng)作休息、觀景、散步時(shí)其寬度為＞900mm，并設(shè)有格柵。
玻璃幕墻節(jié)能發(fā)展新趨勢(shì)
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(dòng)設(shè)防向主動(dòng)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(yùn)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(shì)。同時(shí)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(jià)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(duì)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(jì)功能的主動(dòng)性和積極性，變被動(dòng)設(shè)防為主動(dòng)利用能源的設(shè)計(jì)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(jì)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(yùn)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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