建筑外墻透明部分節(jié)能保溫設(shè)計(jì)

摘 要：我國(guó)在聯(lián)合國(guó)宣布的2030年碳達(dá)峰，2060年前碳中和目標(biāo)的提出，給我國(guó)低碳發(fā)展提出明確的目標(biāo)和時(shí)間表，建筑作為能源消耗的重要領(lǐng)域，建筑節(jié)能要求也越來(lái)越高，建筑外墻透明部分，承載著整體建筑的采光，通風(fēng)，人員疏散，消防救援等多種功能，其節(jié)能設(shè)計(jì)為整體建筑中的重要環(huán)節(jié);本文對(duì)外墻透明部分的門窗及幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要闡述;

關(guān)鍵詞：外墻;門窗幕墻;節(jié)能設(shè)計(jì)

一，前言

全球氣候變暖是一種和自然有關(guān)的現(xiàn)象，是由于溫室效應(yīng)不斷積累，導(dǎo)致地氣系統(tǒng)吸收與發(fā)射的能量不平衡，能量不斷在地氣系統(tǒng)累積，從而導(dǎo)致溫度上升。全球變暖也在改變（影響）著人們的+生活方式，自然災(zāi)害到生物鏈斷裂，涉及人類生存的各個(gè)方面，科學(xué)觀測(cè)紀(jì)錄說(shuō)明，大氣二氧化碳濃度隨著全球人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放量提高而持續(xù)增長(zhǎng)，全世界平均氣溫也隨著慢慢上升，“碳”就是石油、煤炭、木材等由碳元素構(gòu)成的自然資源?！疤肌焙挠玫枚?，導(dǎo)致地球暖化的元兇“二氧化碳”也制造得多。

二，建筑碳排放

建筑是供人們生活活動(dòng)的主要場(chǎng)所，建筑的碳排放貫穿整個(gè)建筑的全生命周期。包括以下階段：

1、建材材料生產(chǎn)和運(yùn)輸階段：包括鋼筋、混凝土、玻璃等建材生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放及從生產(chǎn)地到施工現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放。

2、建筑施工建造階段：包括完成各分部分項(xiàng)工程施工產(chǎn)生的碳排放和各項(xiàng)措施實(shí)施過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放。

3、建筑運(yùn)行階段：包括暖通空調(diào)、生活熱水、照明及電梯、可再生能源、建筑碳匯系統(tǒng)在建筑運(yùn)行期間的碳排放量。

4、建造拆除階段：包括人工拆除和使用小型機(jī)具機(jī)械拆除使用的機(jī)械設(shè)備消耗的各種能源動(dòng)力產(chǎn)生的碳排放。

5、建筑拆除后的廢料回收處理階段：包括廢料回收運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放和廢料填埋、焚燒產(chǎn)生的碳排放。

以上5個(gè)階段構(gòu)成建筑碳排放的全生命周期，其中建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)直接決定建筑運(yùn)行階段的碳排放量;而建筑透明部分是外墻節(jié)能部分的最薄弱部分，占整體建筑的熱損失的30%左右，理應(yīng)成為重點(diǎn)研究對(duì)象;

二，建筑外墻透明部分

通俗講建筑外墻的透明部分含2部分，即建筑立面的門窗幕墻以及建筑屋面的采光天窗或采光頂部分;

門窗按其所處的位置不同分為圍護(hù)構(gòu)件或分隔構(gòu)件，按不同的設(shè)計(jì)要求分別具有保溫、隔熱、隔聲、防水、防火等功能，窗戶是建筑必不可少的組成部分，其長(zhǎng)期使用能耗約占整個(gè)建筑長(zhǎng)期使用能耗的50%，十分可觀，因此窗戶的節(jié)能是建筑節(jié)能的重要突破口。

建筑幕墻是由面板與支承結(jié)構(gòu)體系組成的、可相對(duì)主體結(jié)構(gòu)有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外圍護(hù)墻。20世紀(jì)80年代，隨著幕墻技術(shù)的發(fā)展和玻璃生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，玻璃幕墻得到更廣泛的應(yīng)用，點(diǎn)支式幕墻、光伏幕墻、單層索網(wǎng)玻璃幕墻、雙層幕墻等新式幕墻不斷涌現(xiàn);當(dāng)前，我國(guó)幕墻工程總值逐年增長(zhǎng)，年產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1億平方米，我國(guó)已成為世界第一幕墻生產(chǎn)大國(guó)和使用大國(guó)。

采光頂是由透光面板與支承體系組成，不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用且與水平方向夾角小于75°的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，即與水平方向夾角小于75°的幕墻在規(guī)范上均采用采光頂規(guī)范;

三，外墻透明部分的保溫設(shè)計(jì)

1，面板材料

外墻透明部分承擔(dān)著建筑的采光功能，常用的面板材料為玻璃制品，及樹(shù)脂采光板等;玻璃有著優(yōu)良的透光性能和特殊的質(zhì)感在建筑上的運(yùn)用其它材料無(wú)法替代。

玻璃是以石英砂、純堿、石灰石等為主要原料，加助熔脫色、著色、乳濁等輔助原料，在1550～1600℃熔融、成型、冷卻而成的一種硅酸鹽材料;

玻璃的分類比較復(fù)雜，按照制造工藝可分為普通平板玻璃和浮法玻璃;按照玻璃表面處理方式可分為普通透明玻璃、鍍膜玻璃、磨砂玻璃、彩釉玻璃、陶瓷玻璃等;按照安全性可分為普通玻璃和安全玻璃;按照玻璃層數(shù)可分為單層玻璃、復(fù)合玻璃（包括中空玻璃、夾層玻璃、夾絲玻璃等）;

Low-E玻璃也稱低輻射玻璃，Low-E是英文Low-Emissivity的簡(jiǎn)稱。Low-E玻璃即采用真空磁控濺射方法在玻璃表面上鍍上含有一層或兩層甚至三層銀層的膜系，來(lái)降低能量吸收或控制室內(nèi)外能量交換，保障生活、工作vity的舒適性，并以此達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。

在建筑應(yīng)用中，Low-E玻璃的使用可以達(dá)到“冬暖夏涼”的效果，具有優(yōu)異的隔熱、保溫性能效果。

建筑材料的主要熱工性能指標(biāo)為傳熱系數(shù)，玻璃制品的傳熱系數(shù)性能依次為透明玻璃（5.8），熱反射玻璃（4.6～5.7），單片LOW-E玻璃（3.5），普通中空玻璃（2.8），LOW-E中空玻璃（1.9以下），真空LOW-E玻璃制品（1.9以下）;

2，支撐材料

門窗幕墻常用的支撐材料為鋼型材，鋁型材，塑鋼型材，木型材，以及木塑，鋁木等復(fù)合材料;

鋁合金門窗幕墻是指采用鋁合金擠壓型材為框、梃、扇料制作的門窗幕墻。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，鋁合金門窗已經(jīng)逐步取代了塑鋼門窗，成為門窗幕墻的主導(dǎo)產(chǎn)品;其優(yōu)點(diǎn)為：

1） 質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，鋁合金的密度僅為鋼材的1/3，是薄壁、空腹擠壓成形的型材，質(zhì)量輕。而強(qiáng)度卻接近普通低碳鋼，可達(dá)30MPa以上;

2）耐久性好、使用維修方便

鋁合金經(jīng)久耐用，不存在老化問(wèn)題。門窗表面有一層極薄但十分堅(jiān)固的氧化鋁薄膜，故其不銹蝕、不褪色、不脫落，幾乎不需要維修。

3）可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)

鋁合金門窗幕墻（單元式）從框料型材加工，密封件、配套零件的制作，到門窗裝配試驗(yàn)，都可以在工廠內(nèi)組織，進(jìn)行大批量的工業(yè)化生產(chǎn)

斷橋鋁合金是繼木窗、鐵窗、塑鋼門窗和普通鋁合金門窗之后的第五代新型保溫節(jié)能性門窗。“斷橋鋁”這個(gè)名字中的“橋”是指材料學(xué)上表示冷熱傳遞的作用，而“斷”是動(dòng)詞“打斷”的意思，就是將這種冷熱傳遞過(guò)程阻隔，將鋁合金型材分成兩部分，通過(guò)隔熱條將斷開(kāi)的鋁合金連成一體，因此材料的隔熱性能也就有了大幅度的提升。

3，構(gòu)造措施

透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱，除提高玻璃和框扇本身的熱工性能和保證中空玻璃的密閉性之外，還與玻璃和邊框接縫，以及框扇搭接縫的嚴(yán)密程度有密切的關(guān)系。只有各部分接縫足夠嚴(yán)密，才能保證盡量減少空氣的滲透，而空氣滲透是能量損失的重要途徑之一;提高氣密性一般是采用各種密封條或密封膠來(lái)解決。最理想是設(shè)計(jì)窗或幕墻時(shí)，同時(shí)設(shè)計(jì)配套的密封條，必要時(shí)需多道密封。而且必須選用彈性好、耐老化的材料，一般以三元乙丙為宜，劣質(zhì)的密封條將過(guò)早老化失效，會(huì)給用戶帶來(lái)極大的不便和 經(jīng)濟(jì) 上的損失。

4，透明部分的節(jié)能計(jì)算

要在建筑門窗和幕墻工程中貫徹執(zhí)行國(guó)家的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，只有測(cè)試方法是不夠的。而且，隨著南方建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，遮陽(yáng)系數(shù)成為非常重要的指標(biāo)，而遮陽(yáng)系數(shù)很難在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，從而實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試更加無(wú)法滿足廣大建筑工程的節(jié)能設(shè)計(jì)需要。門窗，幕墻的熱工性能計(jì)算在歐盟，美國(guó)，日本等已廣泛應(yīng)用。我國(guó)采用《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》給定的方法計(jì)算門窗和玻璃幕墻的傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)、可見(jiàn)光透射比等熱工參數(shù);

在計(jì)算中，一般把透明部分三個(gè)部分：玻璃，邊緣玻璃和窗框。對(duì)于窗戶的中心玻璃部分，一維傳熱模型與實(shí)際情況已很接近，而窗戶的玻璃邊緣，尤其是雙層窗兩層玻璃邊緣之間的墊片材料的導(dǎo)熱能力比玻璃間氣體層的導(dǎo)熱能力要大很多，產(chǎn)生“熱橋”效應(yīng)，必須采用二維傳熱模型，窗框的傳熱也可近似為一維傳熱。在求得各個(gè)部分的傳熱系數(shù)和已知各部分面積的基礎(chǔ)上，對(duì)這三個(gè)部分的傳熱系數(shù)進(jìn)行面積的加權(quán)平均，就得到整體的傳熱系數(shù);

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)在外墻透明部分節(jié)能保溫設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)材料選擇，配合熱工性能計(jì)算，滿足并提高整體建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)涌現(xiàn)更多的節(jié)能建筑，實(shí)現(xiàn)建筑的零碳目標(biāo);

作者簡(jiǎn)介：

許昌得，1979年11月，男，漢，山東省東平人，本科學(xué)歷，工程師，? 研究方向：門窗幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)。