建筑幕墙节能技术

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玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑外墙围护形式，是现代建筑的显著特征，在世界范围内得到了越来越广泛的应用。据统计，建筑耗能已达全社会能源消费量的27.6%，而建筑能耗的50%与门窗幕墙有关。本文将针对近年来国内外出现的一些对节能环保具有重要意义的新型材料以及幕墙技术进行探讨。1.幕墙节能材料选用1.1.玻璃选用对于建筑物外窗及玻璃幕墙来说，由于玻璃的面积占据立面的绝大部分，可以参与热交换的面积较大，因此玻璃是窗、幕墙节能的关键。近年来，随着科学技术的不断发展，出现了以下有利于节能的新型玻璃。1.1.1.阳光辐射控制玻璃这类技术通过改变玻璃的光学特性来实现对太阳能辐射的选择性屏蔽从而达到环保节能效果。a.光谱选择透过性玻璃该种技术实际上是Low-E玻璃、热反射玻璃等技术的延伸。简单的讲，它就是通过在玻璃表面覆盖一层或几层特殊材料涂层，使得玻璃对不同波长的太阳辐射或者热辐射具有不同的透过率。采用该技术可以使得太阳辐射中的可见光成分最大量的通过，同时阻挡具有较高热量的紫外线或者红外线成分，从而最大限度的利用自然光照亮室内，又把辐射的热能阻挡在室外（或者室内），于是从采光和制冷（或者采暖）两方面同时起到了节能效果。也可以使用它相反的特性，阻挡可见光，透过热量，从而适用于高纬度地区以消除进入室内的眩光，同时充分利用太阳辐射热来加热室内空气。b.透过率可调玻璃该种玻璃随环境改变自身的透过特性，可以实现对太阳辐射能量的有效控制，从而满足节能要求。根据玻璃特性改变的机理不同，这种可调玻璃又可分为热致变色玻璃、光致变色玻璃和电致变色玻璃。热致变色就是玻璃随着温度升高而透过率降低，光致变色就是破璃随光强增大而透过率降低，电致变色则是当有电流通过的时候玻璃透过率降低，以上过程都是可逆的。这其中，光致变色玻璃和电致变色玻璃尤为引起幕墙行业人士的关注，尤其是电致变色玻璃由于可以人为控制其改变的过程和程度，己经在幕墙工程上得到实验性的应用。目前，光致变色玻璃的可见光透过率可以在75%-25%的范围内变化，太阳辐射能透过率的变动范围是53%-23%，而电致变色玻璃可以在5分钟内实现可见光透过率67%-10%，太阳辐射能透过率66%-10%的变化。1.1.2.隔热玻璃近年来，在中空玻璃技术的基础上，一些新型的隔热玻璃不断出现，主要有：a.惰性气体隔热玻璃通过在中空玻璃的空腔内无人惰性气体，可以得到更高隔热性能的玻璃。目前国外已经出现了充氯气的4mm-8mm-4mm-8mm-4mm三层中空玻璃，结合Low-E技术，它的传热系数可以达到0.7W/（m2?K）。b.气凝胶隔热玻璃气凝胶是一种多孔性的硅酸盐凝胶，95%（体积比）为空气。由于它内部的气泡十分细小（小于20mm），所以具有良好的隔热性能，同时又不会阻挡、折射光线（颗粒远小于可见光波长），具有均匀透光的外观。把这种气凝胶注入中空玻璃的空腔，可以得到传热系数小于0.7W/m2.K的隔热玻璃组件。该种气凝胶物质长时间使用后的沉降现象是目前限制它大范围商业应用的主要因素。c.真空隔热玻璃通过把中空玻璃空腔里的空气抽走，消除掉空腔内部的对流和传导传热，可以获得更好的隔热效果。这种玻璃的空腔很窄，一般为0.5-2.0mm，两层玻璃之间用一些均匀分布的支柱分开。通过附加Low-E涂层改善辐射特性，真空隔热玻璃的传热系数己达到0.5/m2?K。这种隔热玻璃相对于其他的隔热玻璃而言，具有厚度大、重量轻的优点，但生产工艺较为复杂，中间小立柱的存在也影响了它的外观，在一定程度上限制了它在幕墙、门窗七的应用。1.2.铝合金型材选用不同材料的窗框对外窗（含玻璃幕墙、采光顶）的传热系数影响较大，不容忽视，塑料窗框、木窗框等因材料本身的传热系数较小，对外窗的传热系数影响不大，铝合金窗框，钢窗框等材料本身的导热系数很大，形成的热桥对外窗的传热系数影响较大，必须采用断桥处理。铝合金断桥处理做法有很多种，材料也不同，如聚酷胶（PA）断热条，聚氨酷（PU）等，对保温性能要求高的外窗（含玻璃幕墙、采光顶）应选择断桥效果好的铝型材。2.幕墙节能体系的选用2.1.双层幕墙技术以节能环保为目的，近年来幕墙行业在开发新型幕墙结构方面进行了很多有益探索，取得了一些成果。这其中双层幕墙技术尤其引人注意。其节能原理是，循环幕墙由双层玻幕或一层玻幕及一层普通开窗墙体组成，内外两层均上下设置通风口，夏季时打开外层上下通风口，在阳光的照射下，中间空气层温度升高而自然上浮，形成自下而上的空气流，由于烟囱效应带走通道的热量，降低内层表面温度。冬季时，关闭外层通风口，打开内层通风口，夹层中的空气在阳光的照射下温度升高，形成一个小温室有效提高内层玻璃及空气温度，气体自然上浮，与室内形成微量气体循环，提高室内温度，减少热负荷的需求。这种双层玻璃幕墙与传统的单层玻璃幕墙相比，采暖时可以节约能据42%-52%，制冷时可以节约能源38%-60%。2.2.节能百页技术节能百页是对传统百叶遮阳的综合改进。由于太阳直射对建筑的冷热负荷有直接影响，冬季的阳光进入室内，夏季遮阳能有效地控制负荷总值。但传统建筑中的百叶或挂于室内，难以高效控制己人室内的热量;或悬于室外，不能形成循环通风道，或多或少地对建筑节能有一定的负面影响。中挂百叶是幕墙改革的一个较好方案，这种百叶幕墙解决了适时调节百叶的角度，以最佳状态达到节能的目的。3.幕墙节能新技术太阳能作为一种随处可见的能源，它的潜在利用价值可以说是无限的。据研究，地球上每平方米的土地上每年获得的太阳光能平均为1000kW时。如何有效的把太阳能无污染的转化成可利用的能源，成为近几十年来世界范围内科技工作者努力研究的重要课题。前面所提到的双层幕墙正是合理利用太阳能的一种尝试。目前幕墙领域成功利用太阳能的技术是太阳光变向照明技术和光电幕墙技术。3.1.太阳光变向照明技术它取代了传统的遮阳机构，利用幕墙上的光线反射装置把室外的日光反射到室内的天花板上，再由天花板反射到工作或者生活区域，为人们提供照明。这样的光照条件比传统的以“光柱”形式进入室内的太阳光更为柔和、均匀，消除了由直接入射的强烈阳光在电脑或者电视屏幕上造成的眩光，并改善了日光在整个房间甚至建筑物的分布，可以深入到各个边角区域，减少照明费用。3.2.光电幕墙光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一身的新型建筑幕墙。这种幕墙集合了太阳能光电技术与幕墙技术，是一种新型的功能性建筑幕墙。它利用太阳能发电技术，把以前被当作有害因素而屏蔽掉的太阳光，转化为能被人们利用的电能。光电幕墙另外的重大意义还体现在它把太阳能发电技术集成到建筑幕墙产品中，不占用专门的土地，而且太阳能光电板也可以替代传统的玻璃等幕墙面板材料，无需重复投资。长期以来，人们总是认为幕墙建筑不节能，但是我们的分析中可以看到，随着科学技术的不断发展，幕墙节能材料和节能系统的不断完善，玻璃幕墙也可以做出很节能的建筑物。幕墙节能，并不是人们想象存在技术上的问题，更多的是我们对它的重新认识与合理运用的问题。随着国家的各项节能政策法规的深入贯彻，相信节能幕墙产品的应用将得到更大的推广。