建筑幕墻節(jié)能技術(shù)

謝明坤

摘要:玻璃幕墻是一種美觀新穎的建筑外墻圍護(hù)形式,是現(xiàn)代建筑的顯著特征,在世界范圍內(nèi)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),建筑耗能已達(dá)全社會(huì)能源消費(fèi)量的27.6%,而建筑能耗的50%與門窗幕墻有關(guān)。本文將針對(duì)近年來國內(nèi)外出現(xiàn)的一些對(duì)節(jié)能環(huán)保具有重要意義的新型材料以及幕墻技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞:建筑幕墻;玻璃;節(jié)能;技術(shù)

1 幕墻節(jié)能材料選用

1.1 玻璃選用

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。

近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了以下有利于節(jié)能的新型玻璃。

1.1.1 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。

a.光譜選擇透過性玻璃

該種技術(shù)實(shí)際上是Low-E玻璃、熱反射玻璃等技術(shù)的延伸。簡單的講,它就是通過在玻璃表面覆蓋一層或幾層特殊材料涂層,使得玻璃對(duì)不同波長的太陽輻射或者熱輻射具有不同的透過率。采用該技術(shù)可以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線或者紅外線成分,從而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(或者室內(nèi)),于是從采光和制冷(或者采暖)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)充分利用太陽輻射熱來加熱室內(nèi)空氣。

b.透過率可調(diào)玻璃

該種玻璃隨環(huán)境改變自身的透過特性,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽輻射能量的有效控制,從而滿足節(jié)能要求。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、光致變色玻璃和電致變色玻璃。熱致變色就是玻璃隨著溫度升高而透過率降低,光致變色就是破璃隨光強(qiáng)增大而透過率降低,電致變色則是當(dāng)有電流通過的時(shí)候玻璃透過率降低,以上過程都是可逆的。這其中,光致變色玻璃和電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,己經(jīng)在幕墻工程上得到實(shí)驗(yàn)性的應(yīng)用。目前,光致變色玻璃的可見光透過率可以在75%-25%的范圍內(nèi)變化,太陽輻射能透過率的變動(dòng)范圍是53%-23%,而電致變色玻璃可以在5分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)可見光透過率67%-10%,太陽輻射能透過率 66%-10%的變化。

1.1.2 隔熱玻璃

近年來,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:

a.惰性氣體隔熱玻璃

通過在中空玻璃的空腔內(nèi)無人惰性氣體,可以得到更高隔熱性能的玻璃。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了充氯氣的4mm-8mm-4mm-8mm-4mm 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)。

b.氣凝膠隔熱玻璃

氣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),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(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。

c.真空隔熱玻璃

通過把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。這種玻璃的空腔很窄,一般為0.5-2.0mm,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)己達(dá)到0.5/m2·K。這種隔熱玻璃相對(duì)于其他的隔熱玻璃而言,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它在幕墻、門窗七的應(yīng)用。

1.2 鋁合金型材選用

不同材料的窗框?qū)ν獯?含玻璃幕墻、采光頂)的傳熱系數(shù)影響較大,不容忽視,塑料窗框、木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,鋁合金窗框,鋼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,必須采用斷橋處理。

鋁合金斷橋處理做法有很多種,材料也不同,如聚酷膠(PA)斷熱條,聚氨酷(PU)等,對(duì)保溫性能要求高的外窗(含玻璃幕墻、采光頂)應(yīng)選擇斷橋效果好的鋁型材。

2 幕墻節(jié)能體系的選用

2.1 雙層幕墻技術(shù)

以節(jié)能環(huán)保為目的,近年來幕墻行業(yè)在開發(fā)新型幕墻結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了很多有益探索,取得了一些成果。這其中雙層幕墻技術(shù)尤其引人注意。其節(jié)能原理是,循環(huán)幕墻由雙層玻幕或一層玻幕及一層普通開窗墻體組成,內(nèi)外兩層均上下設(shè)置通風(fēng)口,夏季時(shí)打開外層上下通風(fēng)口,在陽光的照射下,中間空氣層溫度升高而自然上浮,形成自下而上的空氣流,由于煙囪效應(yīng)帶走通道的熱量,降低內(nèi)層表面溫度。冬季時(shí),關(guān)閉外層通風(fēng)口,打開內(nèi)層通風(fēng)口,夾層中的空氣在陽光的照射下溫度升高,形成一個(gè)小溫室有效提高內(nèi)層玻璃及空氣溫度,氣體自然上浮,與室內(nèi)形成微量氣體循環(huán),提高室內(nèi)溫度,減少熱負(fù)荷的需求。這種雙層玻璃幕墻與傳統(tǒng)的單層玻璃幕墻相比,采暖時(shí)可以節(jié)約能據(jù)42%-52%,制冷時(shí)可以節(jié)約能源38%-60%。

2.2 節(jié)能百頁技術(shù)

節(jié)能百頁是對(duì)傳統(tǒng)百葉遮陽的綜合改進(jìn)。由于太陽直射對(duì)建筑的冷熱負(fù)荷有直接影響,冬季的陽光進(jìn)入室內(nèi),夏季遮陽能有效地控制負(fù)荷總值。但傳統(tǒng)建筑中的百葉或掛于室內(nèi),難以高效控制己人室內(nèi)的熱量;或懸于室外,不能形成循環(huán)通風(fēng)道,或多或少地對(duì)建筑節(jié)能有一定的負(fù)面影響。中掛百葉是幕墻改革的一個(gè)較好方案,這種百葉幕墻解決了適時(shí)調(diào)節(jié)百葉的角度,以最佳狀態(tài)達(dá)到節(jié)能的目的。

3 幕墻節(jié)能新技術(shù)

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。據(jù)研究,地球上每平方米的土地上每年獲得的太陽光能平均為1000kW時(shí)。如何有效的把太陽能無污染的轉(zhuǎn)化成可利用的能源,成為近幾十年來世界范圍內(nèi)科技工作者努力研究的重要課題。前面所提到的雙層幕墻正是合理利用太陽能的一種嘗試。目前幕墻領(lǐng)域成功利用太陽能的技術(shù)是太陽光變向照明技術(shù)和光電幕墻技術(shù)。

3.1 太陽光變向照明技術(shù)

它取代了傳統(tǒng)的遮陽機(jī)構(gòu),利用幕墻上的光線反射裝置把室外的日光反射到室內(nèi)的天花板上,再由天花板反射到工作或者生活區(qū)域,為人們提供照明。這樣的光照條件比傳統(tǒng)的以“光柱”形式進(jìn)入室內(nèi)的太陽光更為柔和、均勻,消除了由直接入射的強(qiáng)烈陽光在電腦或者電視屏幕上造成的眩光,并改善了日光在整個(gè)房間甚至建筑物的分布,可以深入到各個(gè)邊角區(qū)域,減少照明費(fèi)用。

3.2 光電幕墻

光電幕墻是一種集發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一身的新型建筑幕墻。這種幕墻集合了太陽能光電技術(shù)與幕墻技術(shù),是一種新型的功能性建筑幕墻。它利用太陽能發(fā)電技術(shù),把以前被當(dāng)作有害因素而屏蔽掉的太陽光,轉(zhuǎn)化為能被人們利用的電能。光電幕墻另外的重大意義還體現(xiàn)在它把太陽能發(fā)電技術(shù)集成到建筑幕墻產(chǎn)品中,不占用專門的土地,而且太陽能光電板也可以替代傳統(tǒng)的玻璃等幕墻面板材料,無需重復(fù)投資。

長期以來,人們總是認(rèn)為幕墻建筑不節(jié)能,但是我們的分析中可以看到,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,幕墻節(jié)能材料和節(jié)能系統(tǒng)的不斷完善,玻璃幕墻也可以做出很節(jié)能的建筑物。幕墻節(jié)能,并不是人們想象存在技術(shù)上的問題,更多的是我們對(duì)它的重新認(rèn)識(shí)與合理運(yùn)用的問題。隨著國家的各項(xiàng)節(jié)能政策法規(guī)的深入貫徹,相信節(jié)能幕墻產(chǎn)品的應(yīng)用將得到更大的推廣。

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