節(jié)能玻璃幕墻的熱工設(shè)計與節(jié)點設(shè)計

　　摘要：玻璃幕墻是現(xiàn)代化建筑的主要外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，其設(shè)計不僅要滿足建筑美學(xué)和建筑功能的要求，而且要更多地考慮熱工設(shè)計，充分體現(xiàn)當(dāng)前全部上流行的建筑設(shè)計三大原則：“公開與交流、舒適與自然、環(huán)保與節(jié)能。”
　　關(guān)鍵詞：玻璃幕墻 熱工原理
　　構(gòu)造現(xiàn)階段，大多數(shù)提高玻璃幕墻節(jié)能保溫性能的工程主要措施是采用鍍膜玻璃、Low-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃及隔熱斷橋鋁型材降低結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K、清理結(jié)構(gòu)體系“熱橋”、降低空氣滲透熱損失、減少開啟窗扇面積、提高其密封性等�？傊型Ａ粼谙^設(shè)防的設(shè)計思想階段。
　　1、轉(zhuǎn)變設(shè)計理念：變被動為主動
　　玻璃幕墻的熱工設(shè)計，應(yīng)該追求設(shè)計功能的主動性和積較性，變被動設(shè)防為主動利用能源的設(shè)計思想，為了減少冬季采暖供熱的熱損失和能源消耗，為了減少夏季空調(diào)制冷的熱襲入和能源消耗，玻璃幕墻熱工設(shè)計的發(fā)展趨向是：對于以采暖供熱為主的幕墻追求達(dá)到溫室效應(yīng)，對于以空調(diào)制冷為主的幕墻追求達(dá)到冷房效果，無論何種幕墻都將追求合理利用太陽能。動態(tài)幕墻（也稱熱通道幕墻、雙層通風(fēng)幕墻）是一種很好的發(fā)展方向，由光電板系統(tǒng)和幕墻系統(tǒng)組成的光電幕墻也是主動利用太陽能的一個應(yīng)用發(fā)展方向，綜合運(yùn)用光能、熱能、電能的智能玻璃幕墻是較理想的發(fā)展方向。
　　進(jìn)行幕墻熱工設(shè)計時，必須對其復(fù)雜的傳熱過程和傳熱方式進(jìn)行分析和研究。玻璃幕墻的傳熱過程大致有三種途徑：一是玻璃和鋁合金（不銹鋼）金屬框格的傳熱：通過單層玻璃的熱流傳熱，通過金屬框格傳熱，通過玻璃的鍍膜層減少輻射換熱；二是幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣和室內(nèi)環(huán)境間的換熱：內(nèi)表面與室內(nèi)空氣間的對流換熱，內(nèi)表面與室內(nèi)環(huán)境間的輻射換熱；三是玻璃幕墻外表面與周圍空氣和外界環(huán)境間的換熱；外表面與周圍空氣間的對流換熱，外表面與外界環(huán)境間的輻射換熱，外表面與空間的各種長波（如電磁波、紅外線等產(chǎn)生的長度）輻射換熱。四是普通玻璃幕墻采用單層玻璃和鋁合金型材的梁柱結(jié)構(gòu)，而節(jié)能玻璃幕墻則應(yīng)從上述三種途徑加以考慮：靠前種途徑（熱傳導(dǎo)）對節(jié)點設(shè)計影響非常大，針對玻璃的導(dǎo)熱性能，設(shè)計時采用中空玻璃；針對鋁框的導(dǎo)熱性能，設(shè)計時采用尼龍66等結(jié)構(gòu)塑料，形成“斷橋”，可加大熱阻，減少熱傳導(dǎo)，從而設(shè)計隔熱幕墻。在此基礎(chǔ)上，再考慮第二種途徑（熱對流）和第三種途徑（熱輻射），在構(gòu)造上采用雙層Low-E玻璃，上下端對流開口，從而設(shè)計動態(tài)幕墻。
　　2、隔熱幕墻的節(jié)點設(shè)計
　　隔熱幕墻的節(jié)能原理是采用中空玻璃和隔熱斷橋鋁型材來實現(xiàn)節(jié)能的。隔熱斷橋鋁型材的隔熱原理是基于產(chǎn)生一個連續(xù)的隔熱區(qū)域，利用隔熱條將鋁合金型材分隔成兩個部分。隔熱條“冷橋”選用材料為聚酰胺尼龍66，其導(dǎo)熱系數(shù)為0。3W/（m2K），遠(yuǎn)小于鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)210W/（m2K），而力學(xué)性能指標(biāo)與鋁合金相當(dāng)。20世紀(jì)70年代末，隔熱斷橋鋁型材在國外問世，主要用于高寒地區(qū)的鋁合金門窗，到20世紀(jì)80年代末開始用于高寒地區(qū)的有框玻璃幕墻。我國目前在保溫隔熱性能要求很高的建筑中，也開始把它用于明框隔熱玻璃幕墻、隱框隔熱玻璃幕墻及點支式隔熱玻璃幕墻。
　　此外，在隔熱幕墻中，更重要的是要注意中空玻璃的應(yīng)用與設(shè)計（因為在幕墻中，玻璃所占的面積比鋁合金框要大的多）。如果采用10+12A+10中空玻璃，那么其傳熱系數(shù)K達(dá)3。0W/（m2K）左右，傳熱系數(shù)比單層玻璃低了近1/2，可以大大地降低能耗，因此，在保溫性能要求比較高的情況下，應(yīng)采用中空玻璃，如果中空玻璃內(nèi)充入惰性氣體，其K值還以可降至1。3W/（m2K）。
　　鋁型材節(jié)點設(shè)計的總體思路是：在鋁合金型材截面不變的情況下，通過改變隔熱條和膠條的尺寸，分別裝配不同厚度的中空玻璃，從而達(dá)到不同的隔熱設(shè)計要求，以供不同地區(qū)、不同類型的建筑、不同要求的業(yè)主選擇。采用隔熱幕墻能起到很好的節(jié)能和降噪效果。與普通的單層玻璃相比，節(jié)省能耗約25%~50%，降噪約達(dá)30db~40db。動態(tài)幕墻的節(jié)點設(shè)計動態(tài)幕墻是一種新型的節(jié)能幕墻，是幕墻技術(shù)的新發(fā)展。根據(jù)其結(jié)構(gòu)，可以分為“封閉式內(nèi)循環(huán)體系”和自然通風(fēng)的“敞開式外循環(huán)體系”兩種類型。前者需要通過電機(jī)強(qiáng)制抽風(fēng)，因而總體節(jié)能水平不高；后者通過自然通風(fēng)，所以節(jié)能效果更為明顯。
　　自然通風(fēng)式動態(tài)幕墻的構(gòu)造，其外層由單層玻璃及非絕熱桿件組成的敞開結(jié)構(gòu)玻璃幕墻，內(nèi)層由絕熱桿件和中空玻璃組成的推拉門（或推拉窗）幕墻體系。兩層幕墻之間的熱通道一般裝有可自動調(diào)控的百葉。在熱通道的上下兩端裝有排風(fēng)和進(jìn)風(fēng)裝置。
　　其運(yùn)行原理可以按照不同的季節(jié)說明。夏天：內(nèi)外兩層幕墻中間熱通道的溫度很高時，可打開熱通道上下兩端的排氣口裝置，在熱通道內(nèi)由于熱煙囪效應(yīng)產(chǎn)生自下而上的氣流運(yùn)動，帶走了通道內(nèi)的熱量，這樣可以降低內(nèi)側(cè)幕墻的外表面溫度，減少空調(diào)制冷的負(fù)荷，節(jié)約能源，降低能耗。通過對通道上下兩端排氣、進(jìn)氣裝置的調(diào)控，在通道內(nèi)形成負(fù)壓，利用內(nèi)側(cè)幕墻兩邊的壓差和開啟扇，可以隨時向室內(nèi)輸入新鮮空氣。冬天：通道上下兩端的排氣口裝置關(guān)閉，內(nèi)外兩層玻璃幕墻間的熱通道由于陽光的照射，溫度升高，像一個溫室，這樣等于提高了內(nèi)側(cè)幕墻外表面的溫度，減少了建筑物采暖的運(yùn)行費(fèi)用。春、秋兩季溫度適中之時，不存在采暖和制冷，可以打開推拉門和室外自然氣溫交流而達(dá)到平衡。