玻璃幕墙建筑节能技术分析及其经济评价

玻璃幕墙(以下简称“幕墙”)是现代化建筑的主要外围护结构之一，其节能已成为我国建筑节能的重要一环。本文就幕墙的节能进行技术分析、计算，对节能效果进行经济评价。 　　1 幕墙建筑节能的设计原则 　　我国幅员辽阔，当北方还是冰天雪地的时候，南方已是春暖花开的季节。本文提出下列措施，作为幕墙建筑节能的设计原则：(1)严寒地区、寒冷地区和温和地区的幕墙，要进行冬季的保温设计，夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的幕墙，要进行夏季的隔热设计。(2)我国目前尚没有专门的幕墙热工设计标准或规范，幕墙热工设计依据国家现行的外墙和窗户热工设计的有关标准、规范和参考国外的有关热工设计规程。(3)进行幕墙热工设计时，必须对其复杂的传热过程和传热方式进行分析和研究。幕墙的传热过程大致有3种途径：①幕墙外表面与周围空气和外界环境间的换热：外表面与周围空气间的对流换热，外表面与外界环境间的辐射换热，外表面与空间的各种长波(如电磁波、红外线等产生的长波)辐射换热；②幕墙内表面与室内空气和室内环境间的换热：内表面与室内空气间的对流换热，内表面与室内环境间的辐射换热；③幕墙和金属框格的传热：通过单层玻璃的热流传热，通过金属框格传热，通过玻璃的镀膜层减少辐射换热。(4)幕墙的传热系数由建筑物的外形和所处地区的气候条件、型材的传热系数和玻璃的传热系数等综合确定。 　　2、铝型材的热工设计 　　型材是幕墙的主要受力构件。目前，幕墙绝大部分采用铝型材和彩板型材。本文以铝型材为例进行热工分析和计算。 　　2.1、铝型材的热绝缘系数计算 　　根据《民用建筑热工设计规范》(以下简称《热工规范》)规定，铝型材的热绝缘系数Ｒ为：Ｒ＝δ／λ式中：Ｒ-材料层的热绝缘系数(ｍ2・Ｋ／Ｗ)；δ-材料层的厚度(ｍ)；λ-材料的导热系数〔取203Ｗ／(ｍ・Ｋ)〕。设一根矩形实心铝型材，厚度为100ｍｍ，其热绝缘系数Ｒ为：Ｒ＝0.0005ｍ2・Ｋ／Ｗ上述计算结果没有考虑实际工程中所采用的是空心铝型材。而厚度为100ｍｍ厚的矩形空心铝型材，两边的壁厚一般分别为12ｍｍ，空心铝型材实际可导热的厚度仅为两边的壁厚部分(共24ｍｍ)。实心铝型材与空心铝型材的热绝缘系数比例为100∶24，空心铝型材的热绝缘系数Ｒ为：Ｒ＝0。002ｍ2・Ｋ／Ｗ 　　2.2、铝型材的传热热绝缘系数计算 　　根据《热工规范》，铝型材的传热热绝缘系数Ｒ0为：Ｒ0＝Ｒｉ+Ｒ+Ｒｅ式中：Ｒｉ-铝型材内表面换热热绝缘系数(取0.11ｍ2・Ｋ／Ｗ)(下同)；Ｒｅ-铝型材外表面换热热绝缘系数(取0.04ｍ2・Ｋ／Ｗ)(下同)；Ｒ-铝型材热绝缘系数(取0.002ｍ2・Ｋ／Ｗ)。Ｒ0＝0．11+0.04+0.002＝0.152ｍ2・Ｋ／Ｗ 　　2.3、铝型材的传热系数计算 　　根据《热工规范》，铝型材的传热系数Ｋ0为： 　　Ｋ0＝1／Ｒ0 　　式中：Ｒ0-铝型材的传热热绝缘系数，取0.152ｍ2・Ｋ／Ｗ。 　　Ｋ0＝1／0.152＝6.58Ｗ／(ｍ2・Ｋ) 　　上式得出的计算结果是无断热铝型材的基本传热系数，这与《热工规范》表4.4.1中单层窗户的传热系数6.4Ｗ／(ｍ2・Ｋ)基本相同。 　　2.4、断热铝型材的基本设计要求 　　断热铝型材亦称隔热铝型材或绝热铝型材，由铝与塑料(或其它隔热材料)复合而成，其中间塑料隔热层主要生产工艺有嵌入式、挤压式和填充式等。 　　(1) 断热铝型材的传热过程十分复杂，传热系数很难计算，一般只有通过检测获得数据。参照ＤＩＮ4108《高层建筑的隔热》(1981.8)(下称“ＤＩＮ4108规程”)规定，断热铝型材的基本传热系数Ｋ0不大于3.5Ｗ／(ｍ2・Ｋ)。 　　(2) 断热铝型材的中间塑料层的最小厚度，按ＤＩＮ4108规程规定，最小应为7ｍｍ。 　　(3) 断热铝型材的中间塑料层的设计，必须满足型材的整体强度和刚度的要求。 　　3、幕墙玻璃传热系数的比较 　　严寒地区和寒冷地区的冬季，由于单层玻璃幕墙(下称“单玻幕墙”)的传热系数较大，导致室温降低，并且很容易在幕墙的内表面形成蒸气水珠和产生结冰现象。为了有效地改善上述地区幕墙的传热系数，采用断热铝中空玻璃幕墙(下称“断热幕墙”)是重要的措施之一。ＤＩＮ4108规程规定，断热幕墙的传热系数Ｋ0不大于3.5Ｗ／(ｍ2・Ｋ)。玻璃的传热系数依据《热工规范》计算。 　　3.1、单层玻璃(8ｍｍ)的传热系数计算 　　(1) 单层玻璃的热绝缘系数：Ｒ＝0.011ｍ2・Ｋ／Ｗ 　　(2) 单层玻璃的传热热绝缘系数：Ｒ0＝Ｒｉ+Ｒ+Ｒｅ＝0.11+0.011+.0.4＝0.161ｍ2・Ｋ／Ｗ 　　(3) 单层玻璃的传热系数Ｋ0为：Ｋ0＝1／Ｒ0＝6.21Ｗ／(ｍ2・Ｋ) 　　3.2、中空玻璃(8+10+6)的传热系数计算 　　(1) 中空玻璃的热绝缘系数Ｒ为：Ｒ＝Ｒ1+Ｒａ+Ｒ2＝0．159ｍ2・Ｋ／Ｗ式中：Ｒ1-外层玻璃热绝缘系数(取0．011ｍ2・Ｋ／Ｗ)；Ｒ2-内层玻璃热绝缘系数(取0．008ｍ2・Ｋ／Ｗ)；Ｒａ-冬季一般空气层热绝缘系数(取0．14ｍ2・Ｋ／Ｗ)； 　　(2) 中空玻璃的传热热绝缘系数Ｒ0为：Ｒ0＝Ｒｉ+Ｒ+Ｒｅ＝0．11+0．159+0．04＝0．309ｍ2・Ｋ／Ｗ(3)中空玻璃的传热系数Ｋ0为：Ｋ0＝1／Ｒ0＝3．24Ｗ／(ｍ2・