建筑幕墻節能技術

謝明坤

摘要:玻璃幕墻是一種美觀新穎的建筑外墻圍護形式,是現代建筑的顯著特征,在世界范圍內得到了越來越廣泛的應用。據統計,建筑耗能已達全社會能源消費量的27.6%,而建筑能耗的50%與門窗幕墻有關。本文將針對近年來國內外出現的一些對節能環保具有重要意義的新型材料以及幕墻技術進行探討。

關鍵詞:建筑幕墻;玻璃;節能;技術

1 幕墻節能材料選用

1.1 玻璃選用

對于建筑物外窗及玻璃幕墻來說,由于玻璃的面積占據立面的絕大部分,可以參與熱交換的面積較大,因此玻璃是窗、幕墻節能的關鍵。

近年來,隨著科學技術的不斷發展,出現了以下有利于節能的新型玻璃。

1.1.1 陽光輻射控制玻璃

這類技術通過改變玻璃的光學特性來實現對太陽能輻射的選擇性屏蔽從而達到環保節能效果。

a.光譜選擇透過性玻璃

該種技術實際上是Low-E玻璃、熱反射玻璃等技術的延伸。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。采用該技術可以使得太陽輻射中的可見光成分最大量的通過,同時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,又把輻射的熱能阻擋在室外(或者室內),于是從采光和制冷(或者采暖)兩方面同時起到了節能效果。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以消除進入室內的眩光,同時充分利用太陽輻射熱來加熱室內空氣。

b.透過率可調玻璃

該種玻璃隨環境改變自身的透過特性,可以實現對太陽輻射能量的有效控制,從而滿足節能要求。根據玻璃特性改變的機理不同,這種可調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增大而透過率降低,電致變色則是當有電流通過的時候玻璃透過率降低,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人士的關注,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,己經在幕墻工程上得到實驗性的應用。目前,光致變色玻璃的可見光透過率可以在75%-25%的范圍內變化,太陽輻射能透過率的變動范圍是53%-23%,而電致變色玻璃可以在5分鐘內實現可見光透過率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,在中空玻璃技術的基礎上,一些新型的隔熱玻璃不斷出現,主要有:

a.惰性氣體隔熱玻璃

通過在中空玻璃的空腔內無人惰性氣體,可以得到更高隔熱性能的玻璃。目前國外已經出現了充氯氣的4mm-8mm-4mm-8mm-4mm 三層中空玻璃,結合Low-E技術,它的傳熱系數可以達到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。由于它內部的氣泡十分細小(小于20mm),所以具有良好的隔熱性能,同時又不會阻擋、折射光線(顆粒遠小于可見光波長),具有均勻透光的外觀。把這種氣凝膠注入中空玻璃的空腔,可以得到傳熱系數小于0.7W/m2.K的隔熱玻璃組件。該種氣凝膠物質長時間使用后的沉降現象是目前限制它大范圍商業應用的主要因素。

c.真空隔熱玻璃

通過把中空玻璃空腔里的空氣抽走,消除掉空腔內部的對流和傳導傳熱,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己達到0.5/m2·K。這種隔熱玻璃相對于其他的隔熱玻璃而言,具有厚度大、重量輕的優點,但生產工藝較為復雜,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、門窗七的應用。

1.2 鋁合金型材選用

不同材料的窗框對外窗(含玻璃幕墻、采光頂)的傳熱系數影響較大,不容忽視,塑料窗框、木窗框等因材料本身的傳熱系數較小,對外窗的傳熱系數影響不大,鋁合金窗框,鋼窗框等材料本身的導熱系數很大,形成的熱橋對外窗的傳熱系數影響較大,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,對保溫性能要求高的外窗(含玻璃幕墻、采光頂)應選擇斷橋效果好的鋁型材。

2 幕墻節能體系的選用

2.1 雙層幕墻技術

以節能環保為目的,近年來幕墻行業在開發新型幕墻結構方面進行了很多有益探索,取得了一些成果。這其中雙層幕墻技術尤其引人注意。其節能原理是,循環幕墻由雙層玻幕或一層玻幕及一層普通開窗墻體組成,內外兩層均上下設置通風口,夏季時打開外層上下通風口,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,由于煙囪效應帶走通道的熱量,降低內層表面溫度。冬季時,關閉外層通風口,打開內層通風口,夾層中的空氣在陽光的照射下溫度升高,形成一個小溫室有效提高內層玻璃及空氣溫度,氣體自然上浮,與室內形成微量氣體循環,提高室內溫度,減少熱負荷的需求。這種雙層玻璃幕墻與傳統的單層玻璃幕墻相比,采暖時可以節約能據42%-52%,制冷時可以節約能源38%-60%。

2.2 節能百頁技術

節能百頁是對傳統百葉遮陽的綜合改進。由于太陽直射對建筑的冷熱負荷有直接影響,冬季的陽光進入室內,夏季遮陽能有效地控制負荷總值。但傳統建筑中的百葉或掛于室內,難以高效控制己人室內的熱量;或懸于室外,不能形成循環通風道,或多或少地對建筑節能有一定的負面影響。中掛百葉是幕墻改革的一個較好方案,這種百葉幕墻解決了適時調節百葉的角度,以最佳狀態達到節能的目的。

3 幕墻節能新技術

太陽能作為一種隨處可見的能源,它的潛在利用價值可以說是無限的。據研究,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。如何有效的把太陽能無污染的轉化成可利用的能源,成為近幾十年來世界范圍內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。目前幕墻領域成功利用太陽能的技術是太陽光變向照明技術和光電幕墻技術。

3.1 太陽光變向照明技術

它取代了傳統的遮陽機構,利用幕墻上的光線反射裝置把室外的日光反射到室內的天花板上,再由天花板反射到工作或者生活區域,為人們提供照明。這樣的光照條件比傳統的以“光柱”形式進入室內的太陽光更為柔和、均勻,消除了由直接入射的強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房間甚至建筑物的分布,可以深入到各個邊角區域,減少照明費用。

3.2 光電幕墻

光電幕墻是一種集發電、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與幕墻技術,是一種新型的功能性建筑幕墻。它利用太陽能發電技術,把以前被當作有害因素而屏蔽掉的太陽光,轉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在它把太陽能發電技術集成到建筑幕墻產品中,不占用專門的土地,而且太陽能光電板也可以替代傳統的玻璃等幕墻面板材料,無需重復投資。

長期以來,人們總是認為幕墻建筑不節能,但是我們的分析中可以看到,隨著科學技術的不斷發展,幕墻節能材料和節能系統的不斷完善,玻璃幕墻也可以做出很節能的建筑物。幕墻節能,并不是人們想象存在技術上的問題,更多的是我們對它的重新認識與合理運用的問題。隨著國家的各項節能政策法規的深入貫徹,相信節能幕墻產品的應用將得到更大的推廣。

參考文獻

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