既有玻璃幕墻節能改造技術研究

徐增建，程 立

（寧波建工建樂工程有限公司，浙江 寧波 315020）

0 引言

隨著建筑技術的不斷發展，玻璃幕墻在建筑物中的應用越來越廣泛，玻璃幕墻逐步成為現代建筑，特別是現代城市建筑的象征。它具有輕巧、靈動、活潑、時尚的外觀，能改變傳統建筑沉悶、凝重的外立面格調。它的透光性能營造較明亮的室內環境，克服傳統墻體厚重隔光的缺點，達到建筑內外空間交融的效果。但正因為玻璃幕墻的上述優點也造成室內外容易發生能量交換。隨著玻璃幕墻的大量應用，通過玻璃幕墻產生的熱交換成為建筑熱交換的主要途徑。因此如何控制玻璃幕墻的熱交換是建筑物能否達到節能環保標準的重要措施之一[2]。

在我國20世紀90年代建造的玻璃幕墻以普通中空玻璃為主，甚至早期建造的玻璃面板采用單片玻璃。建筑隔熱效果差，能耗高。對此類玻璃幕墻的節能改造不僅要結合節能標準，尚要考慮經濟成本。因此對于既有玻璃幕墻的節能改造技術的研究仍需加強，尋求一種既能滿足節能標準又能取得最佳經濟效益的改造技術是必然的形勢需求。

1 玻璃幕墻的傳熱途徑

玻璃幕墻的傳熱過程大致有三種途徑：

（1）熱傳導，熱傳導是在固體內部或直接接觸的固體之間的熱傳遞過程。在這個過程中，沒有物質的移動。導熱熱阻與材料的導熱系數及材料在熱流方向的厚度有關。

（2）輻射換熱，輻射是兩個固體之間通過熱輻射進行的熱傳遞。在常溫下，物體之間的輻射換熱是在遠紅外線（長波，5μm以上波長）波段進行的。輻射換熱系數與物體表面的熱輻射系數ε及溫度有關，通常表面顏色越深ε值越大，換熱系數就越大。

（3）對流換熱，工程中的對流換熱主要是固體表面與氣體之間的熱傳遞過程，同時也包含型材腔或玻璃空氣層內的氣體導熱，這個過程中有流體的運動。對流換熱系數主要與固體表面流體的運動速度有關。

2 玻璃幕墻的節能改造方法

2.1 在既有幕墻玻璃內側增加中空層

既有建筑中存在許多單層玻璃和普通中空玻璃，其玻璃的傳熱系數、遮陽系數等熱工性能較差，遠遠不能滿足建筑幕墻節能標準?？刹捎迷诩扔心粔ΣＡ葌扔霉柰Y構密封膠粘貼固定一片在線LOW-E單片玻璃，新增玻璃與原玻璃間設置12mm空氣間隔層，改善玻璃幕墻熱工性能。以下是節點熱工有限元分析的結果，如圖1、圖2所示。

圖1 既有單層玻璃幕墻構造節點

圖2 玻璃幕墻改造后（增加中空層）構造節點

2.1.1 計算條件

本課題計算取用幕墻幅面尺寸為：長度19.6m，高度12m；玻璃分割尺寸為：1.4m×2m；幅面層高4m；面積約為235.2m2。

2.1.2 分析結果

玻璃幕墻系統節點節能參數以及整個幅面節能參數如圖3～圖6所示。

圖3 既有立柱框傳熱系數

圖4 既有橫梁框傳熱系數

圖5 改造后立柱框傳熱系數

圖6 改造后橫梁框傳熱系數

2.1.3 結論

如表1所示，相較于原系統，優化后立柱傳熱系數降低約16.8%，橫梁傳熱系數降低約20%；玻璃傳熱系數降低約61%，玻璃遮陽系數降低約63%；幅面傳熱系數降低約52%，幅面遮陽系數降低約62%。

表1 原系統與改造后熱工參數對比

2.2 在既有幕墻玻璃內側增設隔熱墊及中空層

在鋁型材之間增設隔熱墊，鋁型材之間形成斷橋，原理上等同于隔熱型材，能有效阻止熱量的傳導。中空層的設置方法同2.1節。沿用2.1.1 節的計算條件，分別對既有玻璃幕墻增設隔熱墊及中空層前后的熱工性能進行計算，模擬計算結果如圖7～圖9所示。

圖7 玻璃幕墻改造后（增加隔熱墊及中空層）構造節點

圖8 增加隔熱墊及中空層后立柱框傳熱系數

圖9 增加隔熱墊及中空層后橫梁框傳熱系數

結論：如表2所示，相較于原系統，增加墊塊及中空層后立柱傳熱系數降低約42%，橫梁傳熱系數降低約35%；玻璃傳熱系數降低約61%，玻璃遮陽系數降低約63%；幅面傳熱系數降低約56%，幅面遮陽系數降低約63%。

表2 原系統、增加中空層、增加隔熱墊及中空層后熱工參數對比

2.3 在既有幕墻玻璃上貼隔熱膜

隔熱膜貼在既有幕墻玻璃表面使房內能透過一定量的可見光，在炎熱的夏季能保持室內溫度不會升高太多，并有效阻隔紫外線，達到節能的效果。貼熱反射膜后，遮陽系數降低約44%，傳熱系數無明顯降低。以下是貼膜（熱反射膜）前后玻璃的熱工參數對比，如圖10、圖11、表3所示。

表3 原單片玻璃與貼熱反射膜熱工參數對比

圖10 單片玻璃（未貼膜）

圖11 單片玻璃（著色貼熱反射膜）

在既有幕墻玻璃上貼隔熱膜相對于更換玻璃還有以下四個優點：①更經濟。既有鋼化透明玻璃或著色玻璃貼熱反射隔熱膜比更換熱反射玻璃要節約50%的總成本；②更快捷。既有玻璃貼膜比拆下舊玻璃再換上新玻璃工期短，操作簡便；③更環保。更換玻璃會產生大量碎玻璃的建筑垃圾，會增加運輸及填埋成本，而貼膜可利用既有玻璃，使其隔熱及安全性能升級。還可防止室內地毯，窗簾，織物和油漆等褪色，有效保護室內家具，電腦等辦公設備，延長其使用壽命；④更健康。玻璃貼膜中的安裝膠含有UV（紫外線）吸收劑，可阻隔98%～99%的紫外線[3]。

3 節能改造實際案例（見圖12 、圖13 、表4 ）

圖12 項目基本信息

圖13 改造前后節能效果對比

表4 各朝向窗墻面積比信息

相較于原系統，增加中空層后，建筑能耗顯著降低。①考慮供暖空調能耗時，能耗降低幅度為49.80%；②考慮供暖空調、照明能耗時，能耗降低幅度為38.08%；③考慮供暖空調、照明、設備能耗時，能耗降低幅度為29.88%。

4 結語

本課題以既有玻璃幕墻為研究的對象，采用在原有玻璃內側增加中空層、增設隔熱墊及中空層、在原有玻璃上貼隔熱膜，這三種節能方法對此玻璃幕墻的節能性能進行研究，分析玻璃遮陽系數、傳熱系數的變化，并得出如下結論：

4.1 在原有玻璃內側增加中空層

增加空氣層可明顯降低玻璃的傳熱系數，而貼膜可以降低玻璃的遮陽系數，由于整幅幕墻的玻璃占比比較大，故此種改造方法也可以降低整幅幕墻的傳熱系數、遮陽系數。

4.2 增加隔熱墊及中空層

增加隔熱墊僅可改善框傳熱系數，增設中空層可降低玻璃熱工性能，因而對整幅幕墻的熱工性能改變最為明顯，同時改造的難度及成本也最大。

4.3 僅在原有玻璃上貼膜

僅對既有玻璃貼膜，只能改變玻璃的遮陽系數，不能改變玻璃傳熱系數以及框的傳熱、遮陽系數；因而不能改變整幅幕墻的傳熱系數，僅能改善遮陽系數，但此種方法最為經濟，施工難度也最小。

綜述：節能改造的方法根據熱量的傳遞途徑，分為上述三種情況，為達到較好的節能效果，上述方法需要聯合使用。