幕墻耗能分析對策及節能新技術發展展望

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　　我國是幕墻生產大國，每年7000萬平法米以上的幕墻生產量，占世界的75%。我國建筑能耗是相同氣候條件發達國家建筑能耗的2到3倍，建筑節能65%主要由建筑圍護系統承擔。在全世界各行業各環節都在節能減排的大背景下，如何減少幕墻生產的能耗，是我們幕墻從業人員面臨的一個新課題。作為一個專業公司的從業人員，結合自身的工作實踐，將有關幕墻設計、施工以過程中的節能問題做一個總結及探討。

　　一、幕墻耗能分析及對策

　　玻璃幕墻是建筑維護系統中的重要組成部分，不但滿足采光、通風等基本需要，還有保溫、隔熱的性能。由于美學的需要，建筑圍護結構大量采用了幕墻系統，增加美觀的同時，不可避免的增加了建筑能耗。如何在美學和節能方面達到一個相對平衡的統一，是一個在幕墻從業人員需要去面對的問題。首先我們需要從幕墻耗能的基本原因去分析問題。

　　(1)幕墻耗能客觀因素

　　玻璃幕墻的傳熱方式一般有輻射傳熱、對流傳熱（詞條“對流傳熱”由行業大百科提供）、導熱方式、換氣傳熱四種形式。幕墻從各種渠道吸收熱量，使之具有熱能。其中一部分由本體結構以導熱方式傳向室外部，而另一部分以輻射的形式從其表面向大氣輻射，還有一部分借助氣流以對流的方式傳遞給周圍的空氣介質。幕墻就是這樣不間斷的進行著熱傳導和熱交換。幕墻的輻射傳熱決定于下列因素：表面溫度;玻璃和框架材料及表面粗糙度、表面黑度。幕墻兩側空氣介質的氣流與幕墻表面間的熱量傳遞過程稱為對流傳熱或對流換熱（詞條“對流換熱”由行業大百科提供）。室內局部熱源引起的溫度差會形成熱對流（詞條“熱對流”由行業大百科提供），流動的空氣介質作用在幕墻表面就會產生熱交換。

　　導熱是指熱能在其結構體內額轉移。是由其結構的表面接受熱能，因此兩側存在穩定溫度差。結構內部分子和原子因溫度差而產生微觀運動引起的熱傳導叫導熱。幕墻由玻璃和框架組成，而玻璃導熱系數很小，建筑的導熱主要發生在框架的結構部分，導熱系數大的鋁合金框架呈現“熱橋”(或“冷橋”)效應。由于熱橋(冷橋)的存在，造成幕墻表面溫度分部不均勻，同時在局部出現結露（詞條“結露”由行業大百科提供）或結霜。實際考慮幕墻導熱時，可按平均導熱系數計算到熱量。雖然玻璃導熱性差，但表面換熱性強，熱輻射率高，因此玻璃的傳熱系數（詞條“傳熱系數”由行業大百科提供）大。據英國鋁門窗聯合會測定，單層玻璃(4-6MM)的傳熱系數為5.7W/(M2.℃),雙層玻璃傳熱系數為2.8W/(M2.℃),三層為2.0W/(M2.℃)。因此玻璃的傳熱性能較墻體的傳熱大得多，玻璃的節能效果占幕墻節能的80%。幕墻框架之間結構縫隙的存在，氣密性能的不同，氣流穿透幕墻縫隙，產生因兩側間空氣流通引起的傳熱，稱為換氣傳熱。在幕墻采光面積較大時，氣密性能與建筑物的熱損失（詞條“熱損失”由行業大百科提供）關系甚大。

　　綜上所述，幕墻傳熱是以輻射、對流、導熱、換氣等四種方式綜合進行的。就是這些復雜的傳熱現象，使幕墻成為建筑物失熱最多的部分。

　　(2)設計因素

　　許多開發商或設計師為追求建筑外觀的新穎及采光的要求，大量采用通透式全玻幕墻;無論朝向，均使用玻璃維護結構;為了通風又大量的增加開啟扇。其實玻璃無論怎么“中空隔熱”，無論開啟扇如何密閉保溫，幕墻的節能效果都比墻體差得遠，一面面敞亮的窗體，其實就是建筑物耗能張開的“血盆大口”。設計師或投資方欠缺節能設計的經驗，缺少節能環保的概念是導致建筑體成為耗能大戶的重要因素。

　　(3)材料使用因素

　　如前所述，幕墻的重要組成部分是玻璃和鋁材。玻璃選擇不當，將致使夏季透過玻璃的太陽能是其它材料墻體的數倍;所用的型材、保溫隔熱材料、填充材料不合理，節點（詞條“節點”由行業大百科提供）做法不正確，構件間未有效設置墊片，將使得室內熱能損失量大;選用的密封膠粘結效果差，膠縫施工不到位，膠條密封不嚴，結構變形（詞條“變形”由行業大百科提供）產生裂縫，將導致冷、熱風滲透情況嚴重，增加幕墻的換氣傳熱。

　　二、節能設計控制要點

　　(1)減少透明玻璃幕墻的使用面積

　　這是個根本的減低能耗的措施。玻璃幕墻使用面積的減少，在夏季可降低熱透射量，使室內不至于過熱，降低空調的能耗;冬季則可減少熱交換熱量，從而降低由于玻璃的保溫性能差造成的熱損失。在目前一些高層辦公建筑設計中，為了追求立面的效果，減少幕墻的使用面積并非是個很好的選擇。但是，我們設計師可以做些變通，如在某些次要立面上做兩層外墻，內層為實體墻，外層為玻璃幕墻，從而減少透明幕墻的面積又不至于影響建筑的外立面效果。

　　(2)建筑物的合理布局

　　建筑總平面的規劃布置和平面設計，應有利于夏季減少得熱和充分利用通風季節和通風時段的自然通風。建筑的主要朝向宜在南偏東15°至南偏西15°范圍內，不宜超出南偏東45°至南偏西30°的范圍，主要房間宜避開夏季最大日射朝向。不宜將主要辦公室、客房等設置在正東、正西和西北方向。不宜在建筑的正東、正西和西偏北、東偏北方向設置大面積的玻璃門窗或玻璃幕墻。必須在設計文件中注明選用的節能材料或產品的節能性能指標要求，如傳熱系數、可見光（詞條“可見光”由行業大百科提供）透光率、遮陽系數、氣密性、采光系數（詞條“采光系數”由行業大百科提供）或采光窗地面積比、窗墻面積比等。如選用的建筑材料熱工性能不明確時，應以法定檢測機構的檢測報告或模擬計算報告提供的數據為依據。

　　三、節能材料使用要點

　　選材盡量采用鍍鏌玻璃，Low-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃等玻璃處理技術。因此類玻璃的鏌層能有效阻礙太陽能向室內輻射。如采用單片鍍鏌玻璃時，應使用在線熱噴法生產的產品(膜層牢固、耐久性好)。玻璃的厚度關系到結構安全，同時也影響熱能的透射量，當采用框支承幕墻時，單片玻璃厚度不應小于6毫米，夾層玻璃的單片厚度不宜小于5毫米。型材選用鋁塑復合材料、"斷熱橋"型材等高熱阻材料應用技術，此種材料的使用可有效降低熱橋(冷橋)效應，減少幕墻的平局導熱系數，降低幕墻的能耗。保溫隔熱材料在節能方面扮演著重要角色，同時還強化了防火功能。幕墻工程宜采用巖棉（詞條“巖棉”由行業大百科提供）、礦棉、玻璃棉等充當保溫隔熱材料，其優點是保溫隔熱性能好，導熱系數只有0.044W/(m﹒K)，最高使用溫度達到650℃。玻璃與鋁型材副框間結構性粘結必須采用中性硅酮結構密封膠，這種結構膠性能穩定(使用溫度為-48-88℃、耐熱性達150℃、冷變形不明顯)、粘結力強。但全玻幕墻和點支承幕墻采用鍍膜玻璃時，不應采用酸性硅酮結構密封膠粘結(鍍膜層所含的金屬元素與酸性膠反應將致使粘結破壞)。耐候密封膠應采用硅酮建筑密封膠。硅酮密封膠耐紫外線性能好，因此經久耐用、不宜老化龜裂，且與硅酮結構膠、玻璃及其它構件有良好相容性，粘結效果好。玻璃與玻璃、型材槽壁間縫處采用密度不大于0.037g/cm3的聚乙烯泡沫棒作填充材料，此材料質量輕、保溫性能好。玻璃幕墻開啟窗的周邊縫隙、明框幕墻玻璃與型材間隙宜采用三元乙丙橡膠、氯丁橡膠或硅橡膠密封，其中硅橡膠(耐候性好、永久變形小)質量最佳。這一點在幕墻工程中容易被人們忽視，認為橡膠條作用不大。其實不然，如果橡膠條老化，則會產生漏水、透氣等嚴重問題，影響幕墻保溫隔熱效果。

　　四、節能施工工藝控制要點

　　編制施工組織設計，內容要全面并有針對性，節能方面的施工措施要符合要求。對工程施工人員做好崗前培訓及技術交底工作，就節能作業方面的內容進行重點交底。組織材料進場，檢查主要材料、構配件的規格、型號、性能與設計文件要求是否相符，合格證、檢驗報告、質量保證書是否齊全。

　　施工階段，金屬材料、構配件連接處的柔性墊片、塊設置要到位，立柱上下端與主體結構（詞條“主體結構”由行業大百科提供）間要留縫注膠密封。結構膠施工車間溫度、濕度、衛生情況應符合要求，結構膠施工要規范，施工后養護條件及養護時間要符合要求。幕墻與各層樓板、隔墻外沿間封堵巖棉(礦棉)應填充密實、厚度不應小于100毫米。所采用的保溫材料如無防潮性能，則不得在受潮后使用。工程施工中經常碰到填塞保溫材料后未及時有效封蓋，遇雨天進水、在雨天搬運保溫材料時受潮或堆場設置不合理被水浸泡等情況，使得該材料保溫性能明顯降低，因此施工時要采取防潮措施確保保溫材料的保溫性能。

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