提要:文章介紹了鋁合金窗及玻璃幕墻節(jié)能方法,倡導(dǎo)推廣使用節(jié)能窗及幕墻產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞:鋁合金, 窗及幕墻, 技術(shù)應(yīng)用
一、引言
近年來,隨著我國建筑門窗及玻璃幕墻行業(yè)的長足發(fā)展,傳統(tǒng)的木制窗戶、實腹和空腹鋼窗已基本被淘汰,各種新型建筑門窗及玻璃幕墻得到廣泛應(yīng)用。這些產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)及材質(zhì)的改變,的確讓人們感覺到賞心悅目,但是功能方面尤其是熱工性能方面仍存在指標不高,能源損失較大,理想的室內(nèi)溫度環(huán)境無法保證等問題,讓人們漸漸感到普通窗及幕墻在寒冷地區(qū)或炎熱地區(qū)使用的美中不足。據(jù)國家建設(shè)部有關(guān)部門統(tǒng)計,我國建筑能耗約占全國總能耗的30%,門窗和幕墻散失的能耗占建筑運營能耗的51%左右。由此可見,門窗和幕墻節(jié)能問題的解決已迫在眉睫!
二、關(guān)于鋁合金窗及幕墻的節(jié)能
1.節(jié)能的本質(zhì)
建筑的節(jié)能包含很多方面,而鋁合金門窗及玻璃幕墻的節(jié)能是其重要組成部分。鋁合金門窗、幕墻的節(jié)能主要是指通過產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用等措施,使建筑物在使用過程中,以盡量少的能量消耗而獲得理想的溫度環(huán)境和光線環(huán)境。比如:在炎熱的夏季和寒冷的冬季,人們?yōu)榱双@得正常的使用環(huán)境,常常需要使用消耗電能的電器設(shè)施來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度環(huán)境。而窗及幕墻的節(jié)能效果,直接影響到耗能的多少。因此,所謂的節(jié)能窗及節(jié)能幕墻產(chǎn)品在炎熱的夏季應(yīng)具有較高的隔熱性能,在寒冷的冬季應(yīng)具有較高的保溫功能。
那么,如何實現(xiàn)夏季隔熱,冬季保溫功能呢?
首先要了解傳熱方式。我們都知道,傳熱有三種方式:
1) 對流傳熱:是指具有熱能的氣體或液體在移動的同時所進行的熱交換現(xiàn)象。
2) 輻射傳熱:是以電磁波的形式把熱由一個物體傳向另一個物體的現(xiàn)象。
3)導(dǎo)熱:是指物體內(nèi)部的熱由高溫側(cè)向低溫側(cè)轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。
建筑物的傳熱是上述三種方式綜合作用的結(jié)果。因此,門窗及玻璃幕墻的節(jié)能設(shè)計重點是在上述三種傳熱方式中設(shè)計合理的控制手段,以達到節(jié)能目的。而在影響玻璃幕墻、鋁合金窗的熱工性能方面,可以通過控制傳熱和增加遮擋來實現(xiàn)節(jié)能。
根據(jù)實驗結(jié)果,導(dǎo)熱及對流傳熱的能力可以用傳熱系數(shù)來衡量,輻射傳熱能力可用遮陽系統(tǒng)來控制。
傳熱系數(shù) K0=1/(Ri+d/λ+1/Re) [W/m2• K]
式中 Ri,Re——表面熱轉(zhuǎn)移系數(shù)2• K/ W λ——介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)W/m• K
d——介質(zhì)厚度
K0被稱為總傳熱系數(shù),R0被稱為總傳熱阻,R0=1/K0,K0和R0是在門窗、幕墻熱工計算中的兩個非常重要的物理量。
2.我國關(guān)于節(jié)能方面一些規(guī)定
隨著我國建筑節(jié)能意識的提高,對節(jié)能窗及玻璃幕墻的傳熱系數(shù)作如下初步規(guī)定:
。1)一般要求傳熱系數(shù)保值期限為8年。
。2)高級公寓式建筑規(guī)定為A類,K=2~2.4 W/m2•K
。3)中檔商品寫字樓規(guī)定為B類,K=2.6~3 W/m2•K
(4)一般性工程規(guī)定為C類,K=3.1~6 W/m2•K
國外同類民用節(jié)能窗及玻璃幕墻傳熱系數(shù)一般規(guī)定為K=1.8~2 W/m2•K且穩(wěn)定期限不低于10年。
三、門窗、幕墻節(jié)能的方法
1.玻璃節(jié)能法
對于鋁合金門窗及玻璃幕墻來說,由于玻璃的面積占據(jù)立面的絕大部分,可以參與熱交換的面積較大,就決定了玻璃是門窗、玻璃幕墻節(jié)能的關(guān)鍵。
。1)玻璃是否鍍膜及膜層材質(zhì)可初步確定其節(jié)能效果,通常情況下,玻璃可分為以下幾大類:a浮法清玻璃;b在線鍍膜玻璃;c離線鍍膜玻璃;d低輻射在線鍍膜玻璃;e低輻射離線鍍膜玻璃。這些玻璃傳熱系數(shù)雖然沒有明顯的變化,但由于膜層對光(能量)的控制能力不同,使其節(jié)能效果依次遞增。
(2)根據(jù)玻璃結(jié)構(gòu)形式,又可分以下幾類:1)單層玻璃2)中空玻璃3)多層中空玻璃。其傳熱系數(shù)依次降低,即節(jié)能效果逐次增強。通過計算和實驗數(shù)據(jù)顯示,通常單片玻璃的傳熱系數(shù)K=6 W/m2•K左右,中空玻璃(普通)K=2.3~3.2 W/m2•K,而采用離線低輻射鍍膜中空玻璃(中空層充惰性氣體)K=1.4~1.8 W/m2•K。
(3)對玻璃除上述方法外,還可以采用貼節(jié)能膜方法,提高節(jié)能效果。
2.鋁合金斷熱型材節(jié)能法:
鋁合金型材在窗及幕墻系統(tǒng)中,不但起著支承龍骨的作用,而且對節(jié)能效果也有較大影響。通常情況下,鋁合金型材導(dǎo)熱對節(jié)能效果的影響較大,因此,產(chǎn)生了斷熱型材。根據(jù)斷熱鋁型材加工方法的不同,分為灌注式斷熱鋁型材和插條式斷熱鋁型材。這兩種形式的鋁合金斷熱型材共同的特點都是在內(nèi)、外兩側(cè)鋁材中間采用有足夠強度的低導(dǎo)熱系數(shù)的隔離物質(zhì)隔開。從而降低傳熱系數(shù),增加熱阻值。即使在炎熱的夏季,當太陽暴曬的情況下,斷熱型材室外部分表面溫度通?蛇_35~85℃,而室內(nèi)仍可維持在24~28℃左右,有效地減少傳到室內(nèi)的熱量,可減少制冷費用;而在寒冷的冬季,室外鋁材的溫度可與環(huán)境溫度相當(一般-28~-20℃)而室內(nèi)鋁材仍然可達到8~15℃,從而減少熱量損失,節(jié)約冬季采暖的費用,從而達到節(jié)能目的。
3.雙(多)層結(jié)構(gòu)體系節(jié)能法。
通常的窗及玻璃幕墻,在溫暖地區(qū),一般為單層結(jié)構(gòu),而在寒冷或炎熱地區(qū),則可以采用雙層(多)層門窗或雙層幕墻/動態(tài)幕墻的方法,利用兩層結(jié)構(gòu)間的空氣層(通過設(shè)計的空氣層),降低系統(tǒng)總傳熱系數(shù)的辦法,來實現(xiàn)節(jié)能目的。
4.遮陽體系節(jié)能法:
由于鋁合金門窗及玻璃幕墻大面積采用玻璃,太陽的照射是輻射熱。節(jié)能的本質(zhì)就是如何實現(xiàn)在烈日炎炎的夏季將光(能量)擋在室外,或在寒冷的冬季能讓充足的光(能量)傳入室內(nèi)。盡管建筑材料的研究人員做了不少的努力,但仍然難以找到理想的材料來解決這個問題。在鋁合金窗和幕墻體系上融入遮陽技術(shù)也是節(jié)能的有效途徑之一.在國外,已有系統(tǒng)的遮陽產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用,并取得顯著節(jié)能效果,相信在國內(nèi)幕墻遮陽產(chǎn)品不久的將來也會受到青睞,廣泛的應(yīng)用到工程實際當中。
5.點支承玻璃幕墻的節(jié)能方法:
點支承玻璃幕墻的節(jié)能除了可采取前面提到的玻璃方法以外,還要處理好玻璃與駁接頭處的斷熱設(shè)計。
四、鋁合金節(jié)能窗與塑鋼窗的比較說明
1.檔次上的差別:國內(nèi)的鋁合金斷熱窗和塑鋼窗是分別適合于不同建筑的消費群體,統(tǒng)計資料顯示,塑鋼窗適用于一般低層住宅,往往這種檔次的產(chǎn)品的消費者對該產(chǎn)品的質(zhì)量要求不是很高,而高性能斷熱鋁合金窗則適用于各類高度、各類檔次建筑,且質(zhì)量、壽命性能都經(jīng)受得住高標準考驗。
2.性能上的差別:二者節(jié)能效果相近;但是由于材質(zhì)的區(qū)別,塑鋼窗使用一段時間之后容易發(fā)生變形,密封性能不如高性能鋁合金窗。
3.壽命上的差別:由于材質(zhì)的強度和彈性模量及耐磨性能差別較大,使高性能鋁合金窗使用壽命往往大于塑鋼窗的使用壽命。
4.價格上的差別:一般說來,高性能鋁合金窗價格通常比塑鋼窗的價格要高一些。但從長遠考慮,高性能鋁合金窗價格雖然高,但使用年限長;而塑鋼窗雖然價格較便宜,但使用年限短。
由此可見,高性能鋁合金窗更具競爭優(yōu)勢。
五、關(guān)于全隱框鋁合金幕墻是否采用斷熱型材的問題
斷熱鋁型材應(yīng)用于窗及明框玻璃幕墻,為達到與其等效的保溫、隔熱效果,斷熱鋁型材一般與中空玻璃配套使用。對于明框玻璃幕墻,由于室內(nèi)外的鋁合金為一體或直接接觸,而鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)很大,保溫、隔熱效果不好。所以,明框玻璃幕墻采用中空玻璃配斷熱鋁型材,具有明顯的保溫、隔熱效果。而對于隱框玻璃幕墻由于幕墻結(jié)構(gòu)與室外直接接觸的是中空玻璃,玻璃與鋁型材之間是硅酮結(jié)構(gòu)膠,結(jié)構(gòu)膠內(nèi)側(cè)是鋁型材。而一般鍍膜中空玻璃導(dǎo)熱系數(shù)2.3≤K≤3.2,如采用離線LOW-E鍍膜制成的中空玻璃1.4≤K≤1.8,保溫、隔熱效果已經(jīng)很好,且結(jié)構(gòu)膠也是低導(dǎo)熱材料,也有良好的保溫隔熱作用。理論分析和實驗結(jié)果表明,隱框玻璃幕墻不必采用斷熱鋁合金型材。
六、經(jīng)濟分析
采用節(jié)能產(chǎn)品往往會比普通產(chǎn)品先期投入成本要高出10%~40%;但是通過對建造成本及運營成本的綜合分析表明,通常投資者在建筑使用5~7年即可收回由于采用節(jié)能產(chǎn)品而增加的成本投入,并可使投資者在以后的使用過程中獲得可觀的經(jīng)濟效益,并且可節(jié)約大量的能源,更為低碳環(huán)保。
七、結(jié)束語
國家建設(shè)部曾在全國門窗會議上強調(diào)指出“有30%的能量從門窗里跑掉”、“2000年以后,不節(jié)能的產(chǎn)品絕對不允許上墻”,由此可見,能源浪費之嚴重,已經(jīng)引起國家相關(guān)部門的高度重視。低碳環(huán)保已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的大前提,在此大環(huán)境下,節(jié)能環(huán)保的節(jié)能門窗和節(jié)能幕墻必然會得到大范圍的推廣和應(yīng)用。