住宅建筑外墻保溫的玻璃幕墻節(jié)能技術研究

摘" 要：針對住宅建筑外墻保溫性能不足的問題，分析了當前玻璃幕墻節(jié)能技術在建筑保溫中的應用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)材料與設計方法在降低傳熱系數(shù)、控制遮陽系數(shù)方面存在明顯局限性，為此構建復合外墻傳熱模型，結合Low-E中空玻璃和斷熱鋁合金型材等新型節(jié)能材料，優(yōu)化了外墻保溫措施的實施路徑。實驗結果表明，復合外墻傳熱模型在關鍵指標上表現(xiàn)優(yōu)異，傳熱系數(shù)降至1.54 W/（m2·K），氣密性為0.8 m3/（m·h），遮陽系數(shù)為0.31，顯著減少熱量傳遞和空調負荷，提升建筑整體節(jié)能效果。

關鍵詞：住宅建筑" 外墻保溫" 玻璃幕墻節(jié)能技術" 復合外墻傳熱模型

中圖分類號：TU761

Research [A3] on Energy-Saving Technology of Glass Curtain Wall for External Wall Insulation of Residential Buildings

LI Guoyuan

Ji’nan Urbanization and Village Construction Service Center， Ji’nan， Shandong Province， 250014 China

Abstract： In response to the problem of insufficient external wall insulation performance in residential buildings， this paper analyzes the current application status of glass curtain wall energy-saving technology in building insulation. It is found that traditional materials and design methods have obvious limitations in reducing heat transfer coefficient and controlling shading coefficient. Therefore， a composite external wall heat transfer model is constructed， combined with new energy-saving materials such as Low-E insulating glass and heat-insulating aluminum alloy profiles， to optimize the implementation path of external wall insulation measures. The experimental results show that the composite externalior wall heat transfer model performs well in key indicators， with a heat transfer coefficient reduced to 1.54 W/（m2· K）， an air tightness of 0.8 m3/（m·h）， and a shading coefficient of 0.31， significantly reducing heat transfer and air conditioning load， and improving the overall energy-saving effect of the building.

Key Wwords： Residential building; External wall insulation; Energy-saving technology of glass curtain wall; Heat transfer model of composite external wall

住宅建筑外墻保溫技術的優(yōu)化與創(chuàng)新是實現(xiàn)建筑節(jié)能目標的重要途徑，而玻璃幕墻作為現(xiàn)代建筑外立面設計的核心元素，其節(jié)能性能直接影響建筑整體能耗水平。隨著全球能源危機加劇及綠色建筑理念的普及，玻璃幕墻節(jié)能技術的研究與應用成為建筑領域關注的焦點，傳統(tǒng)玻璃幕墻因熱工性能不足常導致能量損失，尤其在住宅建筑中，其隔熱與保溫效果難以滿足高標準節(jié)能要求。通過引入高性能Low-E玻璃、真空玻璃及雙層幕墻系統(tǒng)，結合科學的遮陽設計與熱橋阻斷技術，可顯著提升幕墻的熱工性能，降低建筑運行能耗，助力實現(xiàn)節(jié)能減排的宏觀目標。

1" 住宅建筑外墻保溫措施實施[ 4]

1.1" 住宅建筑外墻傳熱模型構建

為實現(xiàn)住宅建筑外墻保溫設計的精準性，工作人員要先構建科學的傳熱模型，復合外墻傳熱系數(shù)計算公式為：[A5]

[ 6]" " " " " " " " " " " " " " （1）

式（1）中：Q為外部傳熱值；U[ 7] 為傳熱系數(shù)；和[ 8] 分別為室內外穩(wěn)度。該公式不僅揭示了外墻傳熱的基本規(guī)律，還為選擇高效保溫材料與優(yōu)化結構設計提供量化工具，確保外墻在滿足節(jié)能要求的同時兼顧經(jīng)濟性。

進一步結合年傳熱特征，引入單位面積年傳熱量公式。即是：

[ 9]" " " " " " " " " " " " " "（2）

式（2）中：H為采暖與制冷能耗比；[ 10] 為采暖制冷日數(shù)；為溫差的共同作用，體現(xiàn)了建筑在不同季節(jié)的熱負荷需求。通過將全年傳熱過程分解為采暖與制冷兩個主要階段，能夠更準確地評估外墻保溫效果對建筑能耗的影響。此公式的應用需要結合具體氣候條件與建筑使用特點，合理設定相關參數(shù)，如在寒冷地區(qū)采暖日數(shù)占主導地位，而在炎熱地區(qū)，制冷日數(shù)則更為關鍵。通過對全年傳熱量的精確計算，可以優(yōu)化外墻保溫設計，降低建筑運行能耗，提升整體節(jié)能效果[1]。

通過離散時間分析，傳熱過程可進一步細化為如下公式：

（3）

式（3）中：為傳熱系數(shù)；z為幾何修正因子；r為材料熱阻系數(shù)；Y為環(huán)境修正因子；t為前時間；x為時間延遲因子，揭示了熱量在時間維度上的分布規(guī)律。該公式強調了傳熱過程的動態(tài)特性，特別是在不同時間段內熱量傳遞的變化規(guī)律。

復合外墻傳熱模型通過下面公式進行計算：

（4）

式（4）中：U為復合外墻的總傳熱系數(shù)，表示單位時間內通過單位面積的熱量，單位為 W/（m2·K）；Rin為內表面熱阻，表示外墻內表面對熱量傳遞的阻礙能力，單位為 （m2·K）/W；Rw為墻體材料層的熱阻，表示墻體材料對熱量傳遞的阻礙能力，單位為 （m2·K）/W；Rim為中間層熱阻為中間層對熱量傳遞的阻礙能力，單位為 （m2·K）/W；Rout為外表面熱阻，表示外墻外表面對熱量傳遞的阻礙能力，單位為 （m2·K）/W。熱阻值分布直接決定了外墻的保溫效果，因此，需要根據(jù)實際需求合理分配各層材料的厚度與導熱系數(shù)。

1.2" 基于玻璃幕墻節(jié)能技術優(yōu)化溫度控制參數(shù)

玻璃幕墻選型對住宅建筑外墻保溫效果具有決定性作用，其熱工性能參數(shù)直接關系到建筑能耗水平與室內熱環(huán)境質量。表1顯示出不同特性玻璃幕墻的傳熱特性參數(shù)。

從表1數(shù)據(jù)可知，單片白玻透光率高達89%，但遮陽系數(shù)SC為0.99，傳熱系數(shù)在夏季和冬季分別達到5.74 W·m-2·K?1和6.34 W·m-2·K-1，表明其隔熱與保溫性能較差，易導致熱量傳遞過快，增加空調與采暖負荷。相比之下，白玻中空玻璃通過雙層結構顯著降低了傳熱系數(shù)，夏季和冬季分別降至3.09 W·m-2·K-1和2.64 W·m-2·K-1，同時遮陽系數(shù)SC下降至0.87，體現(xiàn)了更好的隔熱性能。而Low-E中空玻璃表現(xiàn)更為優(yōu)異，其透光率為39%，遮陽系數(shù)SC僅為0.31，傳熱系數(shù)進一步優(yōu)化至1.70 W·m-2·K-1（夏）和1.54 W·m-2·K-1（冬），有效減少了太陽輻射得熱與室內外熱量交換，進一步提升了保溫效果，兼顧了采光需求與節(jié)能目標[2]。

1.3" 住宅建筑外墻保溫措施實施

基于上述模型，住宅建筑外墻保溫措施的實施需要結合熱工性能優(yōu)化與節(jié)能技術應用，確保整體保溫效果滿足設計要求。平屋面采用55 mm[ 11] 厚玻璃幕墻保溫板配合涂料飾面，通過高導熱阻材料減少熱量傳遞，同時，涂料飾面提供額外的防護層，增強耐候性與美觀性。外墻設計中引入斷熱鋁合金型材與Low-E中空玻璃，南北窗墻比設定為0.45，東西窗墻比為0.61，旨在平衡采光需求與隔熱性能。斷熱鋁合金型材有效降低熱橋效應，而Low-E中空玻璃憑借低輻射鍍膜技術顯著減少太陽輻射得熱，提升整體圍護結構的熱工性能；外門窗區(qū)域采用100 mm厚玻璃幕墻保溫板，進一步強化薄弱部位的保溫能力，避免因熱流密度集中導致的能量損失；外挑樓板則選用55 mm保溫板結合聚合物抗裂砂漿，保溫板提供穩(wěn)定的熱阻值，而聚合物抗裂砂漿不僅增強結構強度，還能夠有效防止因溫度應力引發(fā)的開裂問題，延長使用壽命[3]。

2" 實驗論證

2.1" 實驗設計

本文選取6層低碳住宅為測試對象，重點分析玻璃幕墻在住宅建筑外墻保溫中的應用效果。通過表2提供的熱性能參數(shù)，可以明確不同墻體類型的熱阻與傳熱系數(shù)對整體保溫性能的影響[4]。

2.2" 結果對比

表3數(shù)據(jù)對比清晰展現(xiàn)了本文方法在玻璃幕墻節(jié)能技術應用中的顯著優(yōu)勢，尤其是在住宅建筑外墻保溫性能的關鍵指標上表現(xiàn)突出。傳熱系數(shù)作為衡量材料隔熱性能的核心參數(shù)，本文方法的數(shù)值為1.54 W/（m2·K），明顯低于傳統(tǒng)方法1的2.12 W/（m2·K）和傳統(tǒng)方法2的1.89 W/（m2·K），且優(yōu)于標準要求的≤1.8 W/（m2·K），結果表明本文方法在減少熱量傳遞、提升保溫效果方面具有更強的能力，能夠有效降低建筑能耗。氣密性指標進一步驗證了本文方法的優(yōu)越性，其值為0.8 m3/（m·h），低于傳統(tǒng)方法1的1.2 m3/（m·h）和傳統(tǒng)方法2的1.0 m3/（m·h），且滿足標準要求的≤1.0 m3/（m·h）。較低的氣密性數(shù)值意味著更少的空氣滲透，從而減少因空氣對流導致的能量損失，提升整體節(jié)能效果[5]。

遮陽系數(shù)方面，本文方法的數(shù)值為0.31，遠低于傳統(tǒng)方法1的0.45和傳統(tǒng)方法2的0.38，且優(yōu)于標準要求的小于等于0.35，該數(shù)據(jù)表明本文方法在控制太陽輻射得熱方面表現(xiàn)優(yōu)異，能夠有效降低夏季空調負荷，改善室內熱環(huán)境。綜合來看，本文方法在傳熱系數(shù)、氣密性和遮陽系數(shù)3項關鍵指標上均優(yōu)于兩種傳統(tǒng)方法，并且全面滿足甚至超越標準要求。這種性能優(yōu)勢源于材料與結構設計的優(yōu)化，如Low-E中空玻璃的應用與斷熱鋁合金型材的結合，充分體現(xiàn)了技術改進的實際效果[6]。

3" 結語

綜上所述，本文圍繞住宅建筑外墻保溫問題，深入研究了玻璃幕墻節(jié)能技術的應用方法，提出了基于復合外墻傳熱模型的設計優(yōu)化方案，并通過實驗驗證了其優(yōu)越性。研究表明，采用Low-E中空玻璃和斷熱鋁合金型材等新型節(jié)能材料，能夠有效降低外墻傳熱系數(shù)、改善氣密性并減少太陽輻射得熱，從而顯著提升建筑的保溫性能與節(jié)能效果。實驗數(shù)據(jù)表明，本文方法在傳熱系數(shù)、氣密性和遮陽系數(shù)3項關鍵指標上均優(yōu)于傳統(tǒng)方法，并且全面滿足甚至超越現(xiàn)行標準要求。此外，精細化設計與科學選材相結合，不僅實現(xiàn)了熱工性能與建筑功能的有機統(tǒng)一，還為低碳住宅建設提供了可行的技術路徑。

盡管本文取得了一定成果，但未來研究仍有廣闊空間，如在不同氣候條件下如何進一步優(yōu)化玻璃幕墻的熱工性能參數(shù)以適應多樣化需求，仍需要深入探討。同時，隨著智能建筑技術的發(fā)展，將動態(tài)調光玻璃、光伏一體化幕墻等新型技術與傳統(tǒng)保溫設計相結合，可能成為未來研究的重要方向。通過持續(xù)創(chuàng)新與實踐，玻璃幕墻節(jié)能技術有望在住宅建筑領域發(fā)揮更大作用，為實現(xiàn)綠色建筑目標提供更強有力的支持。

參考文獻

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