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淺談建筑節(jié)能中 幕墻的設(shè)計(jì)方案

2013-04-09 16:27:38 作者: 來源: 我要評論2

第一幕墻網(wǎng)
【摘要】隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展,最近幾年發(fā)展的雙層玻璃幕墻以其科學(xué)的結(jié)構(gòu)、完善的功能、先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念,充分利用太陽能、自然通風(fēng)換氣,降低空調(diào)能耗,減少風(fēng)及惡劣氣候的影響,營造舒適溫馨的生活和工作環(huán)境,越來越受到建筑師和投資者的青睞。本文對雙層玻璃幕墻的組成、節(jié)能原理、計(jì)算公式進(jìn)行了介紹。并著重根據(jù)熱傳遞的導(dǎo)熱、對流和輻射論述了雙層幕墻的幾種設(shè)計(jì)方案。

    前言

    建筑幕墻作為建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu),其熱工性能直接影響建筑能耗。現(xiàn)在廣泛使用的單層玻璃幕墻,雖然逐漸采用熱反射鍍膜玻璃、中空玻璃、斷熱型材等其他節(jié)能材料,在熱工性能方面比過去的門窗有所改善,但仍然存在能耗較大問題。

    1. 雙層玻璃幕墻的組成
    雙層玻璃幕墻是由內(nèi)、外兩層玻璃幕墻組成,兩層幕墻中間要形成一個(gè)通道,同時(shí)外層幕墻設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口。外層幕墻一般采用隱框、明框和點(diǎn)式玻璃幕墻,內(nèi)層幕墻一般采用明框幕墻或鋁合金門窗,如圖1。

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    2. 雙層幕墻的節(jié)能原理
    雙層幕墻的節(jié)能是指幕墻在夏季利用“煙囪效應(yīng)”,通過自然通風(fēng)換氣,降低室內(nèi)溫度;在冬季能產(chǎn)生溫室效應(yīng),提高保溫效果,降低取暖能耗。雙層幕墻在夏季的陽光照射下,幕墻通道中的空氣被加熱;使空氣自下而上地流動,從而帶走通道中的熱空氣,達(dá)到降低房間溫度的作用。另一方面,由于雙層幕墻的特殊結(jié)構(gòu),本身就具有一定的遮陽功能,可減少陽光對空氣的輻射,降低房間溫度,減少降溫負(fù)荷,起到節(jié)約能源的目的。在冬季,雙層幕墻可關(guān)閉外層幕墻的通風(fēng)口,這樣幕墻內(nèi)部的空氣在陽光照射下溫度升高,減少室內(nèi)和室外的溫度差,也減少了室內(nèi)溫度的外界傳遞,起到房間保溫功效,降低房間取暖費(fèi)用,如圖2。

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    3. 幕墻耗能的計(jì)算公式
        ΔQ=(Q單 - Q雙)/Q單(1)
        式中:ΔQ——雙層幕墻的節(jié)能百分比,%;
        Q單——單層幕墻單位面積總耗能量,W/㎡;
        Q雙——雙層幕墻單位面積總耗能量,W/㎡。
        Q=Q墻+Q漏+Q通(2)
      式中:Q漏——單位面積幕墻空氣滲漏平均耗量,W/㎡;
        Q墻——單位面積幕墻材料單元平均耗能量,W/㎡;
        Q通——單位面積幕墻通氣換氣平均耗能量,W/㎡。
        Q墻=(t外- t內(nèi))(6miξiKiFi)P6miFi (3)
        式中:t外——室外平均計(jì)算溫度,K;
        t內(nèi)——室內(nèi)平均計(jì)算溫度,K;
        ξi——傳熱修正系數(shù);
        Ki——不同材料單元的平均傳熱系數(shù),W/m2·K;
        Fi——不同材料單元的面積,m2。
        Q漏=(t 外- t 內(nèi))(CPρAW2/3)F (4)
        式中:CP——空氣比熱容;
        ρ——空氣密度,kg/m3;
        W——計(jì)算風(fēng)荷載,Pa;
        A——幕墻計(jì)算單位單位壓差和小時(shí)的漏氣量,m3/h·Pa3P2;
        F——幕墻計(jì)算單元的面積,m2。
        Q 通=(t外- t內(nèi))(CPρvT)/F (5)
        式中:V——單位時(shí)間內(nèi)通風(fēng)換氣平均流量,m3/h;
        T——換氣通風(fēng)時(shí)間,h。

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    4. 雙層幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)方案
    從公式(1)可見,提高雙層幕墻節(jié)能的有效措施是減少幕墻的總耗能量。從公式(2)又可以看出,減少幕墻總耗能量有三個(gè)方面的因素。
    4.1 減少單位面積幕墻材料單元平均耗能量
    自然的熱傳遞方式為導(dǎo)熱、對流和輻射。雙層幕墻的傳熱是在室內(nèi)和通風(fēng)道,以及通風(fēng)道和外界之間進(jìn)行,而外層幕墻的通風(fēng)始終敞開,因此,解決導(dǎo)熱和輻射的關(guān)鍵是內(nèi)層幕墻的方案設(shè)計(jì)。

    4.1.1 內(nèi)層幕墻的導(dǎo)熱途徑
    (1)幕墻框架。內(nèi)層幕墻可用隱框、明框或鋁合金推拉窗等幾種形式。隱框玻璃幕墻的框架全部在室內(nèi),無導(dǎo)熱問題,但其造價(jià)較高,一般很少采用。為降低幕墻制作成本和維護(hù)方便,內(nèi)層幕墻多采用鋁合金推拉窗,而鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)λ選取2.3(W/m2·K),所以為減少幕墻框架的導(dǎo)熱,應(yīng)采用斷熱塑鋁合金型材。斷熱型材的塑料連接件其λ為0.14,基本阻止了幕墻框架的導(dǎo)熱。
    (2)幕墻面板玻璃。玻璃是非金屬材料,雖然它的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.8~1W/m2·K,但內(nèi)層幕墻采用的玻璃比較薄,一般選用6~8mm,其自身熱阻R非常小,而玻璃面積占幕墻面積的70%左右,對室內(nèi)溫度的影響還是很大的,所以應(yīng)采用真空玻璃,見圖3。

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    4.1.2 輻射對幕墻的影響
    輻射對幕墻的影響主要表現(xiàn)在白天外界熱量對室內(nèi)的輻射和夜晚室內(nèi)熱量向外界的輻射。南方地區(qū)為減少太陽對室內(nèi)的輻射,可在幕墻通道內(nèi)設(shè)置電動百葉卷簾,通過百葉卷簾將陽光輻射擋在室外。而在北方寒冷地區(qū),應(yīng)采用LOW- E中空玻璃,既將白天的太陽熱能傳遞到室內(nèi),又可在夜晚阻止室內(nèi)熱量向外散發(fā),提高房間的保溫性能。

    4.1.3 對流對幕墻的影響
    影響幕墻保溫性能的另一因素是對流,如何合理地使用對流是雙層幕墻設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素之一。比如在夏季,一方面是阻止熱空氣傳遞到室內(nèi),另一方面,又要求幕墻通道產(chǎn)生空氣流動,將室內(nèi)空氣熱量帶走,見圖4。解決這一問題的方法:①在通道中設(shè)置電動百葉卷簾,將外界熱量擋在室外,同時(shí)又不影響通道的空氣流動;②合理設(shè)計(jì)空氣通道尺寸,使通道自然產(chǎn)生煙囪效應(yīng),及時(shí)將熱空氣帶走,補(bǔ)充新鮮涼爽空氣。一般雙層幕墻的通道寬度在500mm左右,高度不低4000mm,否則煙囪效應(yīng)不明顯,影響空氣的自然交換。

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    4.2 減少單位面積幕墻空氣滲漏平均耗能量
    幕墻的空氣滲漏可通過幕墻玻璃板塊與幕墻框架之間的間隙,玻璃與玻璃框之間的間隙以及幕墻框架與建筑主體結(jié)構(gòu)之間的間隙進(jìn)行。
    (1)減少幕墻玻璃板與框架之間間隙的最有效方法是采用隱框玻璃幕墻,隱框幕墻玻璃板塊之間打密封膠,形成連續(xù)的沒有間隙的立面。密封性最差的是推拉窗,推拉窗雖然扇與框之間設(shè)有密封條,但密封性不是很好,另外在門窗的四角也很難達(dá)到完全密封。
    (2)隱框玻璃幕墻的玻璃與玻璃框之間的間隙因外層打密封膠,不影響幕墻的空氣滲漏,只在有框幕墻和推拉門窗才存在空氣滲漏,解決玻璃與玻璃框之間空氣滲漏的關(guān)鍵是密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因內(nèi)層幕墻不存在防水問題,故玻璃與玻璃框的內(nèi)外兩側(cè)均可采用橡膠密封膠條,密封膠條與玻璃接觸的一側(cè)設(shè)計(jì)成波浪型,能有效地阻止空氣滲漏。
    (3)幕墻框架與建筑主體結(jié)構(gòu)一般都采取填充水泥砂漿密封,對空氣滲漏影響不大,但因水泥砂漿在干燥過程中會有收縮現(xiàn)象,另外,水泥砂漿與金屬框之間的粘合力不高,如處理不好的話,會產(chǎn)生縫隙,造成空氣滲漏。解決這一問題可采用聚氨脂發(fā)泡填充劑,通過聚胺脂的膨脹對幕墻框架和建筑主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的壓力,使密封嚴(yán)實(shí)。

    4.3 減少單位面積幕墻通風(fēng)換氣平均耗能量
    幕墻的通風(fēng)換氣和防止空氣滲漏是一對矛盾,要進(jìn)行通風(fēng)換氣就必須有空氣交換,自然產(chǎn)生空氣滲漏。如何科學(xué)地解決這一矛盾,是雙層幕墻設(shè)計(jì)的難關(guān)之一,F(xiàn)在一些雙層幕墻要求立面通透,視野開闊,內(nèi)層幕墻往往采用推拉門窗形式,但推拉門窗的保溫性能較差,尤其在開窗換氣時(shí),門窗開啟量不好控制,而且一旦開窗,其整個(gè)門窗的上下高度方向上全開,對室內(nèi)空氣產(chǎn)生一定的影響,所以最好采用懸窗結(jié)構(gòu)形式。另外,還有一種方法是設(shè)置通風(fēng)器,通風(fēng)器可安裝在幕墻的頂部,使得控制方便,通風(fēng)換氣更自然、柔和,使人更加舒適。

    5. 結(jié)束語
    提高雙層幕墻節(jié)能效果的最好方法就是根據(jù)雙層幕墻的特點(diǎn)以熱的輻射、對流和導(dǎo)熱三個(gè)方面來降低幕墻的能耗,并合理地利用對流特性,既通風(fēng)換氣又能降低溫度,合理地利用輻射產(chǎn)生室溫效應(yīng),提高房間的保溫性,最大限度地阻止熱的傳導(dǎo),充分發(fā)揮雙層幕墻的通風(fēng)換氣、遮陽、保溫,達(dá)到節(jié)能的目的。一般雙層幕墻比單層幕墻節(jié)能40~60%,節(jié)能的效果直接與幕墻設(shè)計(jì)有密切關(guān)系。
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