淺析節(jié)能玻璃幕墻的節(jié)點設計

馬保欽　姚曉峰

摘 要:現(xiàn)階段,大多數(shù)提高玻璃幕墻節(jié)能保溫性能的工程主要措施是采用鍍膜玻璃、Low-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃及隔熱斷橋鋁型材降低結構傳熱系數(shù)K、消除結構體系“熱橋”、降低空氣滲透熱損失、減少開啟窗扇面積、提高其密封性等?？傊?尚停留在消極設防的設計思想階段。

關鍵詞:玻璃幕墻;節(jié)點設計

1 轉變設計理念:變被動為主動

玻璃幕墻的熱工設計,應該追求設計功能的主動性和積極性,變被動設防為主動利用能源的設計思想。為了減少冬季采暖供熱的熱損失和能源消耗,為了減少夏季空調制冷的熱襲入和能源消耗,玻璃幕墻熱工設計的發(fā)展趨向是:對于以采暖供熱為主的幕墻追求達到溫室效應,對于以空調制冷為主的幕墻追求達到冷房效果,無論何種幕墻都將追求合理利用太陽能。動態(tài)幕墻(也稱熱通道幕墻、雙層通風幕墻)是一種很好的發(fā)展方向,由光電板系統(tǒng)和幕墻系統(tǒng)組成的光電幕墻也是主動利用太陽能的一個應用發(fā)展方向,綜合運用光能、熱能、電能的智能玻璃幕墻是最理想的發(fā)展方向。進行幕墻熱工設計時,必須對其復雜的傳熱過程和傳熱方式進行分析和研究。玻璃幕墻的傳熱過程大致有三種途徑:一是玻璃和鋁合金(不銹鋼)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;二是幕墻內(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;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,外表面與外界環(huán)境間的輻射換熱,外表面與空間的各種長波(如電磁波、紅外線等產(chǎn)生的長度)輻射換熱。而節(jié)能玻璃幕墻則應從上述三種途徑加以考慮:第一種途徑(熱傳導)對節(jié)點設計影響最大,針對玻璃的導熱性能,設計時采用中空玻璃;針對鋁框的導熱性能,設計時采用尼龍66等結構塑料,形成“斷橋”,可增大熱阻,減少熱傳導,從而設計隔熱幕墻。在此基礎上,再考慮第二種途徑(熱對流)和第三種途徑(熱輻射),在構造上采用雙層Low-E玻璃,上下端對流開口,從而設計動態(tài)幕墻。

2 隔熱幕墻的節(jié)點設計

隔熱幕墻的節(jié)能原理是采用中空玻璃和隔熱斷橋鋁型材來實現(xiàn)節(jié)能的。隔熱斷橋鋁型材的隔熱原理是基于產(chǎn)生一個連續(xù)的隔熱區(qū)域,利用隔熱條將鋁合金型材分隔成兩個部分。隔熱條“冷橋”選用材料為聚酰胺尼龍66,其導熱系數(shù)為0.3W/(m2K),遠小于鋁合金的導熱系數(shù)210W/(m2K),而力學性能指標與鋁合金相當。20世紀70年代末,隔熱斷橋鋁型材在國外問世,主要用于高寒地區(qū)的鋁合金門窗,到20世紀80年代末開始用于高寒地區(qū)的有框玻璃幕墻。我國目前在保溫隔熱性能要求很高的建筑中,也開始把它用于明框隔熱玻璃幕墻、隱框隔熱玻璃幕墻及點支式隔熱玻璃幕墻。

此外,在隔熱幕墻中,更重要的是要注意中空玻璃的應用與設計(因為在幕墻中,玻璃所占的面積比鋁合金框要大的多)。如果采用10+12A+10中空玻璃,那么其傳熱系數(shù)K達3.0W/(m2K)左右,傳熱系數(shù)比單層玻璃低了近1/2,可以大大地降低能耗,因此,在保溫性能要求比較高的情況下,應采用中空玻璃,如果中空玻璃內(nèi)充入惰性氣體,其K值還以可降至1.3W/(m2K)。鋁型材節(jié)點設計的總體思路是:在鋁合金型材截面不變的情況下,通過改變隔熱條和膠條的尺寸,分別裝配不同厚度的中空玻璃,從而達到不同的隔熱設計要求,以供不同地區(qū)、不同類型的建筑、不同要求的業(yè)主選擇。采用隔熱幕墻能起到很好的節(jié)能和降噪效果。與普通的單層玻璃相比,節(jié)省能耗約25%~50%,降噪約達30db~40db。動態(tài)幕墻的節(jié)點設計動態(tài)幕墻是一種新型的節(jié)能幕墻,是幕墻技術的新發(fā)展。根據(jù)其結構,可以分為“封閉式內(nèi)循環(huán)體系”和自然通風的“敞開式外循環(huán)體系”兩種類型。前者需要通過電機強制抽風,因而總體節(jié)能水平不高;后者通過自然通風,所以節(jié)能效果更為明顯。

自然通風式動態(tài)幕墻的構造,其外層由單層玻璃及非絕熱桿件組成的敞開結構玻璃幕墻,內(nèi)層由絕熱桿件和中空玻璃組成的推拉門(或推拉窗)幕墻體系。兩層幕墻之間的熱通道一般裝有可自動調控的百葉。在熱通道的上下兩端裝有排風和進風裝置。其運行原理可以按照不同的季節(jié)說明。夏天:內(nèi)外兩層幕墻中間熱通道的溫度很高時,可打開熱通道上下兩端的排氣口裝置,在熱通道內(nèi)由于熱煙囪效應產(chǎn)生自下而上的氣流運動,帶走了通道內(nèi)的熱量,這樣可以降低內(nèi)側幕墻的外表面溫度,減少空調制冷的負荷,節(jié)約能源,降低能耗。通過對通道上下兩端排氣、進氣裝置的調控,在通道內(nèi)形成負壓,利用內(nèi)側幕墻兩邊的壓差和開啟扇,可以隨時向室內(nèi)輸入新鮮空氣。冬天:通道上下兩端的排氣口裝置關閉,內(nèi)外兩層玻璃幕墻間的熱通道由于陽光的照射,溫度升高,像一個溫室,這樣等于提高了內(nèi)側幕墻外表面的溫度,減少了建筑物采暖的運行費用。春、秋兩季溫度適中之時,不存在采暖和制冷,可以打開推拉門和室外自然氣溫交流而達到平衡。