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玻璃幕墙是现代建筑较多采用的护结构之一,是建筑物热交换、热传导最活跃最敏感的部位,是传统墙体失热损失的5~6倍,其能耗约占整个建筑能耗的40%左右,玻璃幕墙不仅要满足建筑美学和建筑功能的要求,更应体现出“舒适与自然”、“环保与节能”的设计精髓,对玻璃幕墙的节能设计研究,符合当前急需能源问题的需要,有利于充分利用太阳能、自然通风换气,降低调能耗,营造舒适温馨的生活和工作环境。
1. 玻璃幕墙节能的因素
玻璃幕墙从立面形式上可分为明框玻璃幕墙、半隐框玻璃幕墙、全隐框玻璃幕墙、吊挂式全玻璃幕墙、点支式全玻璃幕墙等。采用的玻璃种类有单片玻璃、中空玻璃、夹层玻璃、单片热弯及球形夹层热弯玻璃,以满足不同的功能要求和美观要求。无论何种玻璃幕墙都由基本的玻璃和框架两部分材料组成,因此如何控制玻璃幕墙的热交换,也必须从控制这两种材料为基本点。
1.1 对于玻璃的选择
现阶段提高玻璃的节能保温性能的主要措施有采用热反射镀膜玻璃、低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃、薄膜型热反射材料贴膜玻璃和中空玻璃等玻璃类型。(1)热反射镀膜玻璃热反射镀膜玻璃又称阳光控制镀膜玻璃,是指具有反射太阳能作用的镀膜玻璃。其最大特点是利用镀膜能透过可见光,而把起加热作用的远红外光反射到室外,同时玻璃材料吸收的太阳热能被镀膜所隔离,使热主要散发到室外一侧,尽可能地减少太阳的热作用。(2)低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃,低辐射玻璃、多功能镀膜玻璃又称保温镀膜玻璃,这类材料的特性是对可见光高通透,对红外线辐射高反射,特别是对远红外辐射有极高的反射率,可让80%的可见光进入室内,同时又能将90%以上的室内物体所辐射的长波保留在室内。(3)薄膜型热反射材料贴膜玻璃,薄膜型热反射材料是一种新型功能复合材料,它不仅能反射较宽频带的红外线,还具有较高的可见光透射率。(4)中空玻璃现今中空玻璃的大幅度发展的主要原因是聚硫胶的出现和在中空玻璃中的广泛应用。中空玻璃是通过在两层平板玻璃中间利用间隔框架隔开,周边密封,充入干燥空气并填入少量
干燥剂保持空气干燥而制得的。
1.2 幕墙框架材料选择
幕墙框架的材料主要是铝合金挤压型材。对隐框幕墙而言,重点考虑玻璃及其密封胶缝材料的节能性。而对于明框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙,由于其金属框架的构件完全或部分显露于面板的外表面,这势必引起热传导。为了减少铝型材的热传导,达到隔热保温效果, 宜采用“隔热断桥铝型材” ,即两个铝型材中间加入低导热的非金属隔离物,可得到优良的隔热 隔冷性能的铝型材。断桥铝材的内外两面, 可以是不同断面型材,也可以是内外不同色泽的型材,两个型材中间是隔热材料。
2.提高隔热性和节能性的措施
2.1提高玻璃的节能保温性能
现阶段提高玻璃的节能保温性能的主要措施有采用:(1)镀膜玻璃技术,镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜,以改变玻璃的光学性能,减少热交换.从而起到隔热作用。镀膜玻璃按产品的不同特性,可分为以下几类:热反射玻璃、低辐射玻璃、导电膜玻璃等。(2)Low―E玻璃处理技术,用Low―E玻璃制造建筑物门窗,可大大降低因辐射而造成的室内热能向室外的传递,达到理想的节能效果。(3)双层中空玻璃处理技术双层中空玻璃指用两块玻璃相隔,中间形成一独立空间,可在此独立空间中充人惰性气体,从而减少热交换,起到保温隔热作用。
2.2保温材料的选择
材料的保温隔热性能好坏是由材料导热系数的大小决定的,导热系数愈小。保温、隔热性能愈好,玻璃幕墙保温材料主要有4种。(1)岩棉及其制品,以精选的玄武岩或绿岩为主要原料。经高温熔融制成的人造无机纤维。防火效果好,可耐8000。c高温。(2)矿棉及其制品,是利用工业废料矿渣为主要原料,经熔化采用高速离心法或喷吹法工艺制成的棉丝状无机纤维。(3)玻璃棉及其制品(玻璃棉毯或玻璃棉板),是以硅砂、石灰石等矿物为主要原料,经熔化将熔融玻璃液制成的无机纤维,可将毡或板表面涂上黑胶或粘附一层黑色的玻璃纤维毡加固。(4)聚苯乙烯泡沫塑料板(聚苯板),是以聚苯乙烯树脂为基料,加入发泡剂等辅助材料,经加热发泡而成的轻质材料。
2.3 提高结构框架的节能保温性能
断桥隔热式铝塑复合窗的原理是利用塑料型材(隔热性高于铝型材1250倍)将室内外两层铝合金既隔开又紧密连接成一个整体。既在内外两层铝合金型材问填人保温复合材料,构成一种新的隔热型铝型材,用这种型材做门窗,其隔热性与塑(钢)窗在同一个等级一国标级,彻底解决了铝合金传导散热快、不符合节能要求的致命问题,保温性好。
3. 通风双层玻璃幕墙
3.1 通风双层玻璃幕墙的简介
通风双层玻璃幕墙又称为热通道幕墙、气循环幕墙、呼吸幕墙、生态幕墙、绿色幕墙或者主动式幕墙等(以下简称DSF),它由两层玻璃幕墙加上二者之间的热通道组成,在通道的上下两端设有风口,通道的高度可以是一个或者多个层高,对提高玻璃幕墙的保温、隔热、隔声功能有很大的作用。
3.2 通风双层玻璃幕墙构造
通风双层玻璃幕墙主要由内外两层玻璃幕墙、通风道、遮阳百叶窗帘、内外层幕墙挂件、层间及周边防火系统组成。(1)内层玻璃幕墙,内层玻璃幕墙一般采用明框幕墙或铝合金门窗;为使立面通透、视野开阔,可采用悬窗结构形式;玻璃采用中空玻璃,层间采用铝板幕墙;开启扇设计为外平开窗,节省了室内的空间。(2)外层玻璃幕墙,外层玻璃幕墙一般采用隐框、明框和点式玻璃幕墙;坚框采用悬挑形式与主体梁连接端部用不锈钢插芯插接;外层玻璃幕墙设置进风口和出风口;为防止蚊虫进入幕墙内的空气层,百叶内侧加设不锈钢防虫网;为防止灰尘大量进入室内,在通风口处设置防尘装置。
3.3 通风双层玻璃幕墙节能原理
通风双层玻璃幕墙是智能型玻璃幕墙的一种。其在夏季阳光的照射下,打开热通道上下两端的进排风口,使热通道的气流自下而上地流动,在热通道内产生烟囱效应,从而带走通道中的热量,达到降低室内温度的作用.同时,可以放下半透明卷帘, 通过卷帘反射后除去大部 分太阳辐射,降低房间温度,从而减小空调的负荷,节省电能。在冬季,双层玻璃幕墙可关闭外层幕墙的通风口,这样内外两层幕墙内部的空气在阳光照射下温度升高,形成了一道热空气层,既阻挡了室外的冷空气,也减少了室内温度向外界传递,降低了房间的热负荷。此外,由于双层玻璃幕墙为3层玻璃,能大幅度减少外界噪声对建筑内部的干扰。
以上只是对于建筑的玻璃幕墙体系节能设计的探求,要完成一栋建筑的节能设计和改造,还有许多方面的内容要统筹考虑。建筑的节能设计也越来越受到人们的重视,我们要同时从理念和技术两个方面不断提高,才能将这项工作完成的经济、合理和美观。
【参考文献】
[1]卢达强.通风双层玻璃幕墙的结构设计探讨[J].工程技术,2010;(7):26-28.
[2]杜宗翰.建筑节能与节能门窗[J].中国建筑金属结构,2005;(5):4-6.
摘要:建筑节能是当前我国建筑界关注的重点问题之一,而玻璃幕墙的保温隔热性能较差,与传统墙体相比差距很大,其热损失是传统墙体的6-7倍,玻璃幕墙成了制约此类建筑节能的瓶颈。因此,对玻璃幕墙进行节能设计具有重要意义。本文就玻璃幕墙的节能设计问题进行简要分析,并提出一些节能措施供业界探讨。
玻璃幕墙是当代的一种新型建筑护结构, 它将建筑物护的防风、遮雨、采光、隔热保温等使用功能与建筑外墙装饰相结合,赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来,建筑物从不同角度呈现出不同的色调,随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美。目前,已在我国高层和超高层建筑中广泛应用,尤其是在一些公共建筑特别是高层办公楼中,玻璃幕墙几乎成了建筑立面的代言。
玻璃幕墙的传热方式有导热、对流、辐射,还包括太阳光的透射,节能设计就是要对这些环节的热交换加以控制,增加玻璃幕墙的保温隔热性能。因此,玻璃幕墙的节能设计首先要注重玻璃幕墙材料本身的热工性能,选用节能型材料;其次是采用一些特殊的构造做法控制热交换,达到节能的目的;还可以借助一些辅助措施,取得节能效果。
一、材料节能
材料节能就是在玻璃幕墙选材时,选用节能型材料,包括节能玻璃和节能型材。
1、玻璃幕墙常用的节能玻璃有:吸热玻璃、镀膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃、光电玻璃等。
吸热玻璃是一种能够吸收太阳辐射的平板玻璃,包括本体着色和表面镀膜两类:本体着色吸热玻璃是在无色透明平板玻璃中加入特殊着色剂,采用浮法、垂直引上法、平拉法等工艺生产;表面镀膜吸热玻璃是在玻璃表面喷镀吸热的氧化物薄膜形成的吸热玻璃。吸热玻璃能把太阳能吸收转化为热能,然后通过导热、对流和辐射的形式把热能散发出去,从而减少了进入室内的太阳能,降低了空调制冷费用。
镀膜玻璃分为热反射镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃两种。热反射镀膜玻璃是在玻璃表面镀上金属、非金属及氧化物薄膜,使其对太阳光具有一定的反射作用,将太阳能反射回大气中,阻挡太阳能进入室内。热反射镀膜玻璃有良好的控光性和隔热性,对太阳辐射熟反射率可达30%,可以有效减少进入室内的热量,节约能耗。此外,热反射镀膜玻璃具有单向透视性,迎光面具有镜面反射效果,而背光面则可以透视。低辐射镀膜玻璃,也就是我们常说的Low-E玻璃,它能吸收大量红外线辐射热,又保持良好的可见光透射率,对远红外线则具有80%以上的反射率,节能效果明显。冬季,低辐射镀膜玻璃可以将室内的热辐射反射回室内,减少室内热量换失;夏季,将室外的热辐射反射出去,减少室内空调制冷负荷。与热反射镀膜玻璃相比,它的透光性好,节能效果好,遮阳系数低。
中空玻璃是将普通浮法玻璃、钢化玻璃、镀膜玻璃等两层或多层平板玻璃隔开,并用密封胶密封,内部充入干燥空气、惰性气体等。由于空气的导热系数仅是玻璃的1/27,并且间层内气体不产生对流,因此中空玻璃有较好节能效果。中空玻璃大幅提高了玻璃幕墙的隔声和保温隔热性能,而且具有很好的防结露性能。
真空玻璃用适当分布的微粒支柱做间隔,间隙层只有0.1mm-0.2mm,空腔内抽成真空,真空度达到0.1帕以上,总厚度最薄只有6mm左右。真空玻璃具有比中空玻璃更好的保温隔热性能,其保温性能是中空玻璃的2倍,是单片普通浮法玻璃的4倍。由于真空玻璃热阻较高,因此真空玻璃具有很好的防结露性能,也不会出现普通中空玻璃经常出现的“内结露”现象。
光电玻璃是在两层玻璃内设太阳能光电模块、金属导线、聚乙烯经塑料(EVA)胶片,并配合外部充电、蓄电系统形成太阳能发电系统。光电玻璃透光率较差,一般设于屋面、南向墙面等阳光充足部位。
2、玻璃幕墙常用的节能型材有铝塑复合材料、断热铝型材等高热阻材料等。
玻璃幕墙的金属框架虽然在幕墙外表面占的比例较小,但由于其多为铝合金或不锈钢材料,导热系数较大,热量容易损失。为提高金属框架的热阻,在保证材料的力学性能的前提下,可以选用断热桥型节能型材,如断热桥铝型材,用隔热条将铝合金型材分隔成两个部分,减少两部分之间的热传递,达到节能的效果。
二、玻璃幕墙构造节能
玻璃幕墙的构造节能是指通过特殊的构造做法,提高玻璃幕墙的保温隔热性能。双层玻璃幕墙就是一种采用构造节能的玻璃幕墙。
双层玻璃幕墙是由内、外两层玻璃幕墙组成,两层幕墙中间形成一个通道,可以在两层幕墙设置进风口和出风口。双层玻璃幕墙独特的夹层设计,使得其保温隔热性能有了很大的提高,还可以在夹层设遮阳构件,既能有效遮阳,又不破坏建筑外观。
双层通风玻璃幕墙是双层玻璃幕墙的进一步发展,分为封闭式内循环双层通风玻璃幕墙和敞开式外循环双层通风玻璃幕墙两种。前者在内层玻璃幕墙设置进风口和出风口,通过电机强制抽风,空气完全为室内循环。后者在外层玻璃幕墙设置进风口和出风口,自然通风,节能效果更为明显。
敞开式外循环双层通风玻璃幕墙的工作原理为:夏天,进风口和出风口开启,内外两层幕墙中间的空气受到阳光照射被加热,由于烟囱效应而自下往上流动,带走了通道内的热量,内侧幕墙的外表面温度降低,减少了空调的制冷费用;冬天,进风口和出风口关闭,内外两层幕墙间的空气由于阳光的照射,温度升高,减少室内和室外的温差,提高了内侧幕墙外表面的温度,从而降低室内的采暖费用。
三、辅助措施节能
玻璃幕墙的辅助节能措施有:为玻璃幕墙设置遮阳系统、利用密封材料增加玻璃幕墙的气密性等。
1、为玻璃幕墙设置遮阳系统,可以有效减少太阳光的直接照射,从而避免室内过热,是夏季建筑防热的重要措施。常见的遮阳系统有遮阳板、遮阳百叶、遮阳格栅、遮阳卷帘、窗帘、遮阳植物等。
玻璃幕墙的遮阳系统按其所在位置分为:外遮阳、内遮阳和双层玻璃幕墙中间遮阳。
外遮阳通常采用遮阳百叶、遮阳卷帘、遮阳格栅和遮阳板等,由于在室外,遮阳构件长期受到风、雨等外界因素影响,对构件的结构强度、耐久性和耐候性要求较高。同时,在建筑低层部位,还可以采用落叶植物外遮阳,夏季利用植物的阴影遮阳,降低幕墙周围的温度,冬天植物叶子落光则可以为室内提供更多日照。
内遮阳是在玻璃幕墙内侧采用传统的窗帘、遮阳百叶、遮阳卷帘等遮阳。遮阳材料可以将部分太阳辐射反射到室外,但是遮阳材料和玻璃本身所吸收的太阳辐射,大部分又传递给了室内。因此,相对于外遮阳而言,内遮阳的效果要差一些。内遮阳最普遍的就是窗帘,其遮阳效果取决于窗帘阳面材料的性质。新型的纳米材料窗帘对紫外线辐射具有很强的反射作用,还有特殊的选择和吸收性能,可将紫外线能量转换成热能或其他无害低能形式予以释放或消耗,达到防暑、隔热的作用。
双层玻璃幕墙间的遮阳系统可以采用机械控制的遮阳百叶、遮阳卷帘等。这种遮阳系统既不影响建筑外观,又充分利用了玻璃幕墙之间的空间,还取得了节能效果。
2、玻璃幕墙的气密性也是影响玻璃幕墙节能效果的一个重要因素,为增加玻璃幕墙的气密性,通常在玻璃与型材之间、幕墙玻璃之间通过密封材料密封,常用的密封材料有:橡胶密封条、硅酮耐候胶等。
橡胶密封条用于幕墙与型材之间,依靠胶条自身具有的弹性起密封作用。橡胶密封条与玻璃接触的一侧设计成波浪型,可以有效地阻止空气渗透。橡胶密封条具有耐紫外线、耐老化、耐永久变形等特征。
硅酮耐候胶,又称硅酮耐侯密封胶,主要用于幕墙玻璃之间的密封嵌缝。硅酮耐候胶具有优良的耐水性、耐侯性、耐紫外线照射、耐污染等特点,低温时弹性好,高温时又不流淌,是一种很好的密封材料。
关键词:玻璃幕墙;节能设计;环保
1 前言
玻璃幕墙作为建筑物的外装饰是现代化城市建筑的重要标志之一,它打破了传统的实体墙与门窗的界限,巧妙地将建筑物围护结构的使用功能与装饰功能有机地融为一体,使建筑物更具时代感和艺术性。当前,建筑节能成为我国可持续发展战略的一部分,社会对建筑节能的意识也在逐渐增强。建筑节能主要是围护结构的节能,而玻璃墙是现代建筑围护结构的一个重要组成部分。充分考虑玻璃幕墙使用的灵活性和最大限度地减少能耗,是建筑师和采暖空调工程师亟需解决的问题。
2 玻璃幕墙的节能设计
玻璃幕墙的传热方式有导热、对流、辐射,还包括太阳光的透射,节能设计就是要对这些环节的热交换加以控制,增加玻璃幕墙的保温隔热性能。
玻璃幕墙的节能设计首先要注重玻璃幕墙材料本身的热工性能,选用节能型材料;其次是采用一些特殊的构造做法控制热交换,达到节能的目的;还可以借助一些辅助措施,取得节能效果。
2.1 玻璃幕墙材料节能
材料节能就是在玻璃幕墙选材时,选用节能型材料,包括节能玻璃和节能型材。
(1)玻璃幕墙常用的节能玻璃有:吸热玻璃、镀膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等。
吸热玻璃是一种能够吸收太阳辐射的平板玻璃,包括本体着色和表面镀膜两类:本体着色吸热玻璃是在无色透明平板玻璃中加入特殊着色剂,采用浮法、垂直引上法、平拉法等工艺生产;表面镀膜吸热玻璃是在玻璃表面喷镀吸热的氧化物薄膜形成的吸热玻璃。吸热玻璃能把太阳能吸收转化为热能,然后通过导热、对流和辐射的形式把热能散发出去,从而减少了进入室内的太阳能,降低了空调制冷费用。
镀膜玻璃分为热反射镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃两种。热反射镀膜玻璃是在玻璃表面镀上金属、非金属及氧化物薄膜,使其对太阳光具有一定的反射作用,将太阳能反射回大气中,阻挡太阳能进入室内。热反射镀膜玻璃有良好的控光性和隔热性,对太阳辐射熟反射率可达30%,可以有效减少进入室内的热量,节约能耗。此外,热反射镀膜玻璃具有单向透视性,迎光面具有镜面反射效果,而背光面则可以透视。低辐射镀膜玻璃,也就是我们常说的Low―E玻璃,它能吸收大量红外线辐射热,又保持良好的可见光透射率,对远红外线则具有80%以上的反射率,节能效果明显。冬季,低辐射镀膜玻璃可以将室内的热辐射反射回室内,减少室内热量换失;夏季,将室外的热辐射反射出去,减少室内空调制冷负荷。与热反射镀膜玻璃相比,它的透光性好,节能效果好,遮阳系数低。
中空玻璃是将普通浮法玻璃、钢化玻璃、镀膜玻璃等两层或多层平板玻璃隔开,并用密封胶密封,内部充人干燥空气、惰性气体等。由于空气的导热系数仅是玻璃的1/27,并且问层内气体不产生对流,因此中空玻璃有较好节能效果。中空玻璃大幅提高了玻璃幕墙的隔声和保温隔热性能,而且具有很好的防结露性能。
真空玻璃用适当分布的微粒支柱做间隔,间隙层只有0.1mm~0.2mm,空腔内抽成真空,真空度达到0.1帕以上,总厚度最薄只有6mm左右。真空玻璃具有比中空玻璃更好的保温隔热性能,其保温性能是中空玻璃的2倍,是单片普通浮法玻璃的4倍。由于真空玻璃热阻较高,因此真空玻璃具有很好的防结露性能,也不会出现普通中空玻璃经常出现的“内结露”现象。
(2)玻璃幕墙常用的节能型材有铝塑复合材料、断热铝型材等高热阻材料等。
玻璃幕墙的金属框架虽然在幕墙外表面占的比例较小,但由于其多为铝合金或不锈钢材料,导热系数较大,热量容易损失。为提高金属框架的热阻,在保证材料的力学性能的前提下,可以选用断热桥型节能型材,如断热桥铝型材,用隔热条将铝合金型材分隔成两个部分,减少两部分之间的热传递,达到节能的效果。
2.2 玻璃幕墙构造节能
玻璃幕墙的构造节能是指通过特殊的构造做法,提高玻璃幕墙的保温隔热性能。双层玻璃幕墙就是一种采用构造节能的玻璃幕墙。
双层玻璃幕墙是由内、外两层玻璃幕墙组成,两层幕墙中间形成一个通道,可以在两层幕墙设置进风口和出风口。双层玻璃幕墙独特的夹层设计,使得其保温隔热性能有了很大的提高,还可以在夹层设遮阳构件,既能有效遮阳,又不破坏建筑外观。
双层通风玻璃幕墙是双层玻璃幕墙的进一步发展,分为封闭式内循环双层通风玻璃幕墙和敞开式外循环双层通风玻璃幕墙两种。前者在内层玻璃幕墙设置进风口和出风口,通过电机强制抽风,空气完全为室内循环。后者在外层玻璃幕墙设置进风口和出风口, 自然通风,节能效果更为明显。
敞开式外循环双层通风玻璃幕墙的工作原理为:夏天,进风口和出风口开启,内外两层幕墙中间的空气受到阳光照射被加热,由于烟囱效应而自下往上流动,带走了通道内的热量,内侧幕墙的外表面温度降低,减少了空调的制冷费用;冬天,进风口和出风口关闭,内外两层幕墙间的空气由于阳光的照射,温度升高,减少室内和室外的温差,提高了内侧幕墙外表面的温度,从而降低室内的采暖费用。
2.3 辅助措施节能
玻璃幕墙的辅助节能措施有:为玻璃幕墙设置遮阳系统、利用密封材料增加玻璃幕墙的气密性等。
(1)为玻璃幕墙设置遮阳系统,可以有效减少太阳光的直接照射,从而避免室内过热,是夏季建筑防热的重要措施。常见的遮阳系统有遮阳板、遮阳百叶、遮阳格栅、遮阳卷帘、窗帘、遮阳植物等。
玻璃幕墙的遮阳系统按其所在位置分为:外遮阳、内遮阳和双层玻璃幕墙中间遮阳。
外遮阳通常采用遮阳百叶、遮阳卷帘、遮阳格栅和遮阳板等,由于在室外,遮阳构件长期受到风、雨等外界因素影响,对构件的结构强度、耐久性和耐候性要求较高。同时,在建筑低层部位,还可以采用落叶植物外遮阳,夏季利用植物的阴影遮阳,降低幕墙周围的温度,冬天植物叶子落光则可以为室内提供更多日照。
内遮阳是在玻璃幕墙内侧采用传统的窗帘、遮阳百叶、遮阳卷帘等遮阳。遮阳材料可以将部分太阳辐射反射到室外,但是遮阳材料和玻璃本身所吸收的太阳辐射,大部分又传递给了室内。因此,相对于外遮阳而言,内遮阳的效果要差一些。内遮阳最普遍的就是窗帘,其遮阳效果取决于窗帘阳面材料的性质。新型的纳米材料窗帘对紫外线辐射具有很强的反射作用,还有特殊的选择和吸收性能,可将紫外线能量转换成热能或其他无害低能形式予以释放或消耗,达到防暑、隔热的作用。
双层玻璃幕墙间的遮阳系统可以采用机械控制的遮阳百叶、遮阳卷帘等。这种遮阳系统既不影响建筑外观,又充分利用了玻璃幕墙之间的空间,还取得了节能效果。
(2)玻璃幕墙的气密性也是影响玻璃幕墙节能效果的一个重要因素,为增加玻璃幕墙的气密性,通常在玻璃与型材之间、幕墙玻璃之间通过密封材料密封,常用的密封材料有:橡胶密封条、硅酮耐候胶等。
橡胶密封条用于幕墙与型材之间,依靠胶条自身具有的弹性起密封作用。橡胶密封条与玻璃接触的一侧设计成波浪型,可以有效地阻止空气渗透。橡胶密封条具有耐紫外线、耐老化、耐永久变形等特征。
硅酮耐候胶,又称硅酮耐侯密封胶,主要用于幕墙玻璃之间的密封嵌缝。硅酮耐候胶具有优良的耐水性、耐侯性、耐紫外线照射、耐污染等特点,低温时弹性好,高温时又不流淌,是一种很好的密封材料。
关键词:节能;中空玻璃;应用;前景
近年来,气候变暖进程急剧加快,给农业生产和人们的生活环境产生了不利影响,同时,气候环境的逐渐恶劣也使中国建筑幕墙行业重新考虑建筑材料的选取[1]。发达国家先后出台了相关的环保政策和建筑行业规范,以解决日益严峻的气候形势。节能环保建筑材料的研发和应用在一定程度上降低了建筑幕墙对气候变暖的影响程度,并逐渐成为建筑行业的主流建筑材料,成为现今建筑设计师的首选建筑材料。节能中空玻璃就是节能建筑材料中的佼佼者。
一、节能中空玻璃的节能原理和应用优势
能量通过玻璃窗损失掉的主要原因共有四种:第一种是能量通过对流、辐射、热传导等方式经过玻璃窗之后散失掉,也就是能量的物理损失,这种能力损失方式与玻璃自身的热阻有较大关系,一般来说,玻璃的热阻越大,其能量损失就越少;第二种是玻璃密封不良所导致的,主要是由于冷、热空气通过玻璃与边框间隙流入、流出造成的;第三种是由于太阳能的不合理运用所导致的,人们需要借助功能玻璃达到控制太阳能的目的,功能玻璃选择不恰当就会造成能量的浪费;第四种是通过红外线的辐射透过所造成的。针对上述能量损失原因,人们在玻璃材料选择、结构设计等方面进行了优化。中空玻璃一般由两片或多片玻璃组成,玻璃之间利用空气层隔开,利用密封粘胶将玻璃周边进行密封处理,确保中空玻璃隔层的空气层干燥,隔层中的干燥气体具有较好的隔音、隔热、防辐射效果,可有效减少能量损失[2]。
能量通过辐射、对流和热传导三种方式进行传递。在辐射传递中能量以射线红外线、紫外线、可见光等多种射线形式进行传递,形如太阳光线的传递。合理配置的中空玻璃厚度可以最大限度的阻隔能量辐射散失,从而降低能量损失。对流传递源于玻璃两侧的温度差,冷空气一侧的下降幅度大于热空气一侧,进而在玻璃两侧形成对流,设计合理的中空玻璃能够阻隔两侧的空气形成对流。热传递中能量借助分子的运动进行流动,而中空玻璃恰好利用玻璃内部的干燥空气完成能量传导过程。因此,提高夹层中空气层的密封度可显著提高中空玻璃的隔热性能,减少能量散失。中空玻璃的隔热能力主要受到玻璃夹层中干燥空气的影响,而空气的导热系数远远低于玻璃的导热系数,内部干燥的密封空气可以依靠热传导,提高中空玻璃的隔热效果。
二、节能中空玻璃技术应用发展趋势
通过分析节能中空玻璃在减少能量损失方面的应用优势可以看出,为进一步提高节能中空玻璃的节能效果,其未来的技术应用发展趋势为:
(一)提高节能中空玻璃的隔热能力
提高节能中空玻璃隔热能力的关键是提高其热阻,降低上述三种方式的能量传递,使辐射、对流和传导传热系数降到最低,为此,可以从以下几个方面进行考量:
1、采用低辐射的玻璃
通过分析节能中空玻璃的节能原理和隔热原理,不难发现辐射传热在中空玻璃的热传递中占有很大部分,因此,可以采用低辐射的玻璃,降低玻璃表面辐射率,镀膜玻璃的表面辐射率是普通玻璃1/10,这样可以大大降低中空玻璃的辐射传热。同时,由于低辐射玻璃的膜层对红外线、远红外线等长波能量具有较高的反射能力,可将室内的长波能量反射回室内,允许短波能量进入室内,进而减少长波能量的损失,保证室内能量的充足,可显著提高室内空间的能量利用效率[3]。采用低辐射玻璃制成的中空节能玻璃比较适合我国北方严寒地区或非朝阳阴暗面的门窗。
2、增加节能中空玻璃空气层的厚度
中空玻璃空气层的热阻直接决定其隔热能力,因此,可以通过增加节能中空玻璃空气层的厚度提高热阻。中空玻璃空气层的传导、对流传热主要受到空气层厚度和空气层中多种气导热系数的影响,在忽略对流传热的情况下,空气层厚度越大,传导热就越少,但是,并不是空气层越厚越好,因为空气层厚度的增加必然会增加制造和安装成本,实践表明,当中空玻璃的空气层厚度为12mm时,其隔热能力最高。增加空气层数量是一种变相增加空气层厚度的做法,采用多层中空玻璃,形成多个空气隔层,可以达到同样的隔热效果。
3、改善空气层中气体的隔热性能
除了空气层厚度会影响玻璃的隔热效果之外,空气层中所采用的气体类型也会影响玻璃的隔热效果,因此,应当采用导热系数较低的气体,例如疝气等代替原有的空气,提高中空玻璃的隔热能力。
(二)使用功能玻璃控制太阳能
热反射玻璃和吸热玻璃是目前市场上应用最广泛的两种功能玻璃。热反射玻璃的隔热原理是利用玻璃表面的薄膜将太阳光反射掉,从而达到避免过多能量进入室内的目的。热吸玻璃的隔热原理是将吸收的太阳光能直接转化为热能,使其通过对流的方式散失掉。如果室内安装有空调等制冷设备,太阳能量进入室内会增加空制冷设备的负荷,利用功能玻璃则可以避免过多的太阳能量进入室内,因此,这种太阳能控制玻璃比较适合气候炎热且光照时间较长的地区,可达到较好的隔热效果,降低制冷设备的负荷和能源使用量。在制作中空玻璃时,可以使用功能玻璃作为隔层玻璃,那么在空气层和功能玻璃共同作用的条件下就会大大提高保温隔热的效果[4]。
三、节能中空玻璃的市场前景展望
(一)国内市场的发展前景展望
自1995年以来,随着经济的快速发展和建筑规模的扩大,中空玻璃的产量和市场需求量就呈逐年上升的趋势。节能中空玻璃在原有功能的基础上又进行了改进,具备环保节能优势,积极响应了国家节能减排的号召,因此,应用前景十分广阔。国内一平米优质节能中空玻璃的制造成本在100-150元之间,可见,节能中空玻璃并不是一种昂贵的建筑材料,而是一种大众化的节能产品。节能中空玻璃除了具有节能效果之外,还可阻隔室外噪音,有利于提高居民居住环境水平。节能中空玻璃在2008年北京奥运会上的大规模使用极大的推动了我国节能中空玻璃的发展。夏季电力供应紧张是我国许多地区的供电难题,在其他季节又会出现电力供应富余的状况,造成了发电设备和资源的极大浪费。针对这种电力供应现状,政府必然会注重住宅节能和环保问题,逐渐推广节能效果显著的中空玻璃门窗,使节能中空玻璃成为一种重要的节能建筑材料[5]。
(二)国际市场的发展前景展望
节能中空玻璃的生产技术最早起源于美国,,由于其突出的节能效果,迅速在欧洲各国推广开来。美国不仅是中空玻璃的生产大国,更是国际市场上的消费大国,居民住宅以及其他建筑行业中,节能中空玻璃在美国民居建筑中的普及率已高达90%。欧洲也有上千家中空玻璃制作企业,日均产量在800万平方米以上,为周围地区和贸易输送地区的中空玻璃应用提供了便利条件。欧洲各国中,德国的制造水平一直居于前列,其节能真空玻璃的产、供、销位居全欧洲乃至全世界前列,如今又研发出了低辐射膜中空玻璃,进一步提高了中空玻璃的节能水平。有些国家为推广节能中空玻璃,还专门立法,对不使用节能中空玻璃的建筑项目不予批准。在日本,节能中空玻璃市场经过三十多年的发展,其产、供、销依然经久不衰,建筑项目中节能中空玻璃的普及率也在25%以上,尤其在日本北海道以北地区,节能真空玻璃的普及率更是达到了90%以上。近年来,日本市场对于节能中空玻璃的需求率正在以每年20%的涨幅持续增长,成为日本加工制造业的一项全新经济增长点。
结语:
随着科学技术的不断进步,玻璃的品种和功能越来越丰富多彩,节能中空玻璃作为新型玻璃的佼佼者,能够有效降低建筑外窗的能量损失,进而满足整个建筑项目的节能需求。在建设节约型社会的今天,推广节能建筑材料将成为促进我国社会可持续发展的重点内容。节能中空玻璃的推广使用满足了建筑节能的需求,加快绿色建筑的早日实现,随着现代住宅门窗面积的逐日益扩大和自然资源的短缺,节能中空玻璃不论是在国内市场还是在国际市场都具有广阔的发展前景。
参考文献:
[1]毕建军. 超大节能玻璃应用前景广阔――兼顾建筑美学,完美解决光污染和节能问题的典范[J]. 门窗,2014,05:60-62.
[2]朱则刚. 低碳经济给力建筑节能 中空玻璃带来绿色生机[J]. 现代技术陶瓷,2013,01:26-33.
[3]王欢,吴会军,丁云飞. 气凝胶透光隔热材料在建筑节能玻璃中的研究及应用进展[J]. 建筑节能,2010,04:35-37.
关键词:Low-E 中空玻璃 节能环保 应用研究
中图分类号:TQ171 文献标识码:A 文章编号:1009-5349(2017)07-0194-02
随着我国建筑业水平的提高,建筑能耗也越来越高。据有关资料统计,西方国家的建筑业能耗占社会总能耗接近40%,而我国也将达到30%。在建筑物的维护结构中,主要包括门窗、墙体、屋面、地面,在这四大围护结构中,门窗对室内的热环境影响最大,而当今的建筑物,为了美观及采光性,门窗的面积也越来越大,越来越多的建筑立面采用玻璃幕墙,在大跨度的公共建筑中甚至采用玻璃屋盖板。由于玻璃的固有特性,在冬天的采暖环境下,玻璃窗户造成的热量损失达到空调供热负荷的30%-50%;在夏天的制冷环境下,因太阳辐射的热量而消耗的冷量占空调制冷负荷的20%-30%。由此可见,采用具有节能效果的玻璃来做围护将对建筑节能产生积极意义。
一、中空玻璃的概念
中空玻璃是由两片或多片玻璃,以内部充满高效分子筛吸附剂的铝框间隔出一定厚度的空间,边部两用高强度密封胶粘合而成的玻璃组件。中空玻璃的空隙最初是干燥的空气,目前多用热导率比空气低的其他气体。Low-E中空玻璃,也叫低辐射镀膜玻璃,通过对玻璃表面镀一层特殊的金属氧化物,而这种氧化物对波长范围4.5-25μm的远红外线有较高反射比,达到90%以上,这种玻璃能比较高效率地阻挡远红外线辐射热的传递,从而实现冬季的时候保温、夏季的时候隔热的作用。
中空玻璃的隔框一般多用薄铝型材,型材为空腹结构,空腹中装有干燥剂。中空玻璃四周的密封已从焊接法、熔接法发展到胶接法。用胶接法生产中空玻璃要有质量较高的丁基胶和聚硫胶作黏接剂,同时要有好的压机将玻璃板和隔框在黏接剂的作用下压紧。
二、中空玻璃的节能原理及其性能
(一)中空玻璃的节能原理
在自然界中,热量的传递方式包括传导、对流和辐射三种,Low-E中空玻璃不仅能较好地限制热量的传导跟对流,还能极大地阻隔热辐射,Low-E镀膜玻璃在节能的同时,还具有较高的透光性,仅仅比普通玻璃降低5%,能够满足室内采光的要求,从而避免因节能造成的照明浪费。
中空玻璃最优良的性能即保温隔热性能。建筑物使用单层窗时,夏季照射的阳光会产生温室效应。在冬天,由于玻璃的导热率大,单层窗则起到散热的作用。中空玻璃既能减少传导传热,又能减少对流传热和辐射传热。
减少传导传热:中空玻璃的两块玻璃之间有一层热导率比玻璃小得多的气体,因此中空玻璃的传导传热系数比单层玻璃小得多。
减少对流传热:中空玻璃在室外的冷面玻璃板的两面温差小,所以减少了冷面通过空气对流传导的热量。
减少辐射传热:玻璃的辐射率较大,为0.82。如果在玻璃表面镀上一层低辐射膜,便可使其辐射率降到0.1。这样,在冬天就会把室内向外辐射的热量减少,起到保温作用。如果在中空玻璃的两个内表面分别镀上低辐射膜,夏天挡住炎热的太阳光,冬天防止室内的热量散失,就达到了室内冬暖夏凉的目的。
(二)中空玻璃的性能
(1)保温隔热性能好
普通的单片玻璃的热传导系数较高,不能有效地阻隔室内与外界的热量传递,导致夏季室内热、冬季室内冷。而Low-E中空玻璃不采用单片玻璃,而是在玻璃腔体内导入空气,玻璃空腔中的空气层通常达到几毫米到十几毫米,并且形成稳定的空气层,由于空气的热传导系数很低,能够大大地降低室内与外界的热传递。
(2)舒适的光学和感观性能
Low-E中空玻璃对太阳的可见光具有较高的透射比,由于膜层的影响,相比普通玻璃的透射比仅降低5%,与此同时,Low-E中空玻璃对可见光的反射比很低,相比传统的镀膜玻璃,透过Low-E中空玻璃显得更加柔和,由于反射比低,也大大降低了因反射造成的光污染现象,为室内及室外营造出更加舒适的光环境。
由于中空玻璃空腔的作用,可以很大程度地降低外界传来的噪音的音级,是一种理想的降噪隔音材料,如果在空腔中填入惰性气体,降噪隔音效果还将进一步提高。从而为人们营造出更加宁静舒适的工作、生活环境。
(3)节能环保效果佳
建筑物外立面的热损失是建筑物总能耗的主要部分,通过建筑物门窗Low-E玻璃的使用,可以很大程度地降低热能的损失,特别是在寒冷季节,可以减少因采暖造成的二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排放,从而达到既节能又环保的效果。
中空玻璃可以在玻璃空腔中填入惰性气体,并采用暖边技术,可以提高中空玻璃的隔热性能,中空玻璃本身具有很好的水密性、气密性,相对于普通玻璃具有更高的遮蔽系数。在北方的冬季,普通玻璃还会产生结露现象,导致窗框架常处于潮湿的状态,从而孳生各种微生物,不仅让人产生不适感还不利于人的身心健康。而中空玻璃可以采用在其间隔条内填入干燥剂,即使在寒冷的冬天,可以通过干燥剂吸附外界渗入的水分,同时由于中空玻璃能有效阻挡热传递,可以保证室内的玻璃面上不产生结露,给人们带来更加舒适的体验的同时还有利于人们的身心健康。
三、中空玻璃的发展现状
(一)中空玻璃的国内外发展现状
Low-E中空玻璃产生于上世纪60年代末,由欧洲的玻璃生产商开始展开对它的研究,直至1978年,在美国成功运用于建筑物,随后,发达国家均开始致力于研究这种低辐射的中空玻璃并投放于市场。由于Low-E中空玻璃明显的节能优势,其市场销售量越来越大,甚至有些发达国家明确规定,建筑物的窗玻璃必须采用低辐射玻璃。在我国,对Low-E中空玻璃的认识始于上世纪90年代中期,由深圳南玻集团从美国引进生产线,开始生产Low-E中空玻璃,与此同时,国内的一些高级建筑,比如C场、博物馆等开始使用这种低辐射玻璃,并产生了积极意义。随后,我国开始自主研发Low-E玻璃,并于2003年批量生产并投入市场,这意味着我国的Low-E玻璃的生产技术已经跻身世界先进行列。
(二)中空玻璃的市场应用研究
(1)国内市场。我国是能源紧缺的国家,随着我国节能政策的推动,建筑节能日益受到人们的关注;另外,随着环境问题的日益突出,在建筑材料的使用上,一些对环境造成污染的材料逐步被淘汰,而一些新型的环保性材料成为市场上的热点。而Low-E中空玻璃由于它独特的功能性,不仅符合我国的节能政策,还适应了我国可持续发展的政策主张,使得这种节能环保性的材料迅速成为市场的热点。随着Low-E中空玻璃生产工艺的成熟,性价比也越来越高,由最开始运用在大型的公共建筑,比如机场、体育馆、博物馆,逐步发展到运用到民用住宅建筑中。
(2)国际市场。纵观全球,人们已经意识到能源紧缺问题的严峻形势,在经济蓬勃发展的同时,对新能源的开
发和使用受到全世界人们的重视,节约能源和创造新能源已成为应对能源问题的两大重要措施。而建筑能耗在社会总能耗中占有非常大的比例。于是,“绿色建筑”已成为节约能源的重点。在欧洲,由欧盟制定的节能减排目标中明确指出到2020年之前每年需要在建筑领域减少3亿t左右的二氧化碳排放,有关的研究报告表明,在建筑领域采用Low-E玻璃可以帮助完成5%-25%的节能减排目标。
四、结论
随着经济的快速增长,人们对居住、工作环境的要求越来越高。玻璃已经由单纯的采光材料向着装饰性强、节约能源、控制光线、减小噪声及改善环境等多种功能发展。美国在上世纪80年代末期,Low-E玻璃窗已占整个双层玻璃窗市场的1/4以上,欧洲每年用量在5000万m以上,全世界年用量已超过1.2亿m。德国政府1996年立法规定,所有建筑物都必须采用Low-E玻璃。考虑到我国Low-E玻璃使用量仅占所有建筑玻璃的15%左右,在建筑领域使用Low-E玻璃可以带来更大的节能减排效果,且使用Low-E玻璃带来的成本在长期来看远远低于使用普通玻璃,对改善生活、工作环境,保护环境有着十分重要的意义。
参考文献:
[1]温艳芳,宁连旺.Low-E中空玻璃性能与市场研究[J].建材技术与应用,2010(10).