玻璃幕墻建筑節(jié)能技術(shù)分析及其經(jīng)濟評價

1、玻璃幕墻建筑節(jié)能技術(shù)分析及其經(jīng)濟評價玻璃幕墻(以下簡稱“幕墻”)是現(xiàn)代化建筑的主要外圍護結(jié)構(gòu)之一，其節(jié)能已成為我國建筑節(jié)能的重要一環(huán)。本文就幕墻的節(jié)能進行技術(shù)分析、計算，對節(jié)能效果進行經(jīng)濟評價。 1幕墻建筑節(jié)能的設(shè)計原則我國幅員遼闊，當(dāng)北方還是冰天雪地的時候，南方已是春暖花開的季節(jié)。本文提出下列措施，作為幕墻建筑節(jié)能的設(shè)計原則：(1)嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)和溫和地區(qū)的幕墻，要進行冬季的保溫設(shè)計，夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)的幕墻，要進行夏季的隔熱設(shè)計。(2)我國目前尚沒有專門的幕墻熱工設(shè)計標準或規(guī)范，幕墻熱工設(shè)計依據(jù)國家現(xiàn)行的外墻和窗戶熱工設(shè)計的有關(guān)標準、規(guī)范和參考國外的有關(guān)熱工設(shè)計規(guī)程。(3)進行

2、幕墻熱工設(shè)計時，必須對其復(fù)雜的傳熱過程和傳熱方式進行分析和研究。幕墻的傳熱過程大致有3種途徑：幕墻外表面與周圍空氣和外界環(huán)境間的換熱：外表面與周圍空氣間的對流換熱，外表面與外界環(huán)境間的輻射換熱，外表面與空間的各種長波(如電磁波、紅外線等產(chǎn)生的長波)輻射換熱；幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣和室內(nèi)環(huán)境間的換熱：內(nèi)表面與室內(nèi)空氣間的對流換熱，內(nèi)表面與室內(nèi)環(huán)境間的輻射換熱；幕墻和金屬框格的傳熱：通過單層玻璃的熱流傳熱，通過金屬框格傳熱，通過玻璃的鍍膜層減少輻射換熱。(4)幕墻的傳熱系數(shù)由建筑物的外形和所處地區(qū)的氣候條件、型材的傳熱系數(shù)和玻璃的傳熱系數(shù)等綜合確定。2、鋁型材的熱工設(shè)計型材是幕墻的主要受力構(gòu)件。目前

3、，幕墻絕大部分采用鋁型材和彩板型材。本文以鋁型材為例進行熱工分析和計算。2.1、鋁型材的熱絕緣系數(shù)計算根據(jù)民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范(以下簡稱熱工規(guī)范)規(guī)定，鋁型材的熱絕緣系數(shù)為：式中：-材料層的熱絕緣系數(shù)(2)；-材料層的厚度()；-材料的導(dǎo)熱系數(shù)取203()。設(shè)一根矩形實心鋁型材，厚度為100，其熱絕緣系數(shù)為：0.00052上述計算結(jié)果沒有考慮實際工程中所采用的是空心鋁型材。而厚度為100厚的矩形空心鋁型材，兩邊的壁厚一般分別為12，空心鋁型材實際可導(dǎo)熱的厚度僅為兩邊的壁厚部分(共24)。實心鋁型材與空心鋁型材的熱絕緣系數(shù)比例為10024，空心鋁型材的熱絕緣系數(shù)為：0。00222.2、鋁型材的傳

4、熱熱絕緣系數(shù)計算根據(jù)熱工規(guī)范，鋁型材的傳熱熱絕緣系數(shù)0為：0+式中：-鋁型材內(nèi)表面換熱熱絕緣系數(shù)(取0.112)(下同)；-鋁型材外表面換熱熱絕緣系數(shù)(取0.042)(下同)；-鋁型材熱絕緣系數(shù)(取0.0022)。0011+0.04+0.0020.15222.3、鋁型材的傳熱系數(shù)計算根據(jù)熱工規(guī)范，鋁型材的傳熱系數(shù)0為：010式中：0-鋁型材的傳熱熱絕緣系數(shù)，取0.1522。010.1526.58(2)上式得出的計算結(jié)果是無斷熱鋁型材的基本傳熱系數(shù)，這與熱工規(guī)范表4.4.1中單層窗戶的傳熱系數(shù)6.4(2)基本相同。2.4、斷熱鋁型材的基本設(shè)計要求斷熱鋁型材亦稱隔熱鋁型材或絕熱鋁型材，由鋁與塑料(

5、或其它隔熱材料)復(fù)合而成，其中間塑料隔熱層主要生產(chǎn)工藝有嵌入式、擠壓式和填充式等。(1)斷熱鋁型材的傳熱過程十分復(fù)雜，傳熱系數(shù)很難計算，一般只有通過檢測獲得數(shù)據(jù)。參照4108高層建筑的隔熱(1981.8)(下稱“4108規(guī)程”)規(guī)定，斷熱鋁型材的基本傳熱系數(shù)0不大于3.5(2)。(2)斷熱鋁型材的中間塑料層的最小厚度，按4108規(guī)程規(guī)定，最小應(yīng)為7。(3)斷熱鋁型材的中間塑料層的設(shè)計，必須滿足型材的整體強度和剛度的要求。3、幕墻玻璃傳熱系數(shù)的比較嚴寒地區(qū)和寒冷地區(qū)的冬季，由于單層玻璃幕墻(下稱“單玻幕墻”)的傳熱系數(shù)較大，導(dǎo)致室溫降低，并且很容易在幕墻的內(nèi)表面形成蒸氣水珠和產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象。為了有

6、效地改善上述地區(qū)幕墻的傳熱系數(shù)，采用斷熱鋁中空玻璃幕墻(下稱“斷熱幕墻”)是重要的措施之一。4108規(guī)程規(guī)定，斷熱幕墻的傳熱系數(shù)0不大于3.5(2)。玻璃的傳熱系數(shù)依據(jù)熱工規(guī)范計算。3.1、單層玻璃(8)的傳熱系數(shù)計算(1)單層玻璃的熱絕緣系數(shù)：0.0112(2)單層玻璃的傳熱熱絕緣系數(shù)：0+0.11+0.011+.0.40.1612(3)單層玻璃的傳熱系數(shù)0為：0106.21(2)3.2、中空玻璃(8+10+6)的傳熱系數(shù)計算(1)中空玻璃的熱絕緣系數(shù)為：1+201592式中：1-外層玻璃熱絕緣系數(shù)(取00112)；2-內(nèi)層玻璃熱絕緣系數(shù)(取00082)；-冬季一般空氣層熱絕緣系數(shù)(取014

7、2)；(2)中空玻璃的傳熱熱絕緣系數(shù)0為：0+011+0159+00403092(3)中空玻璃的傳熱系數(shù)0為：010324(2)33、單層玻璃與中空玻璃傳熱系數(shù)的比較以上計算表明：單層玻璃的傳熱系數(shù)比中空玻璃的傳熱系數(shù)大48%，說明中空玻璃的節(jié)能效果遠遠大于單層玻璃。4、幕墻建筑節(jié)能的經(jīng)濟評價在我國，人們十分重視建筑成本的控制，而容易忽略通過適當(dāng)?shù)卦黾咏ㄖ杀径a(chǎn)生的建筑節(jié)能效果所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益。下面，我們通過計算和分析，對幕墻的建筑節(jié)能效果作出綜合評價。(1)設(shè)位于北京市區(qū)的一幢商業(yè)建筑，幕墻面積為100002，建筑的層高均小于4，北京市每年的采暖天數(shù)為129，考慮每天實際采暖10

8、。分別按使用單玻幕墻和斷熱幕墻這2種方案計算其耗熱量。根據(jù)采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(19-87)(以下簡稱暖通規(guī)范)的規(guī)定，幕墻的基本耗熱量為：(-)式中：-幕墻的基本耗熱量()；-幕墻的溫差修正系數(shù)，取10；-幕墻面積，為100002；-幕墻的傳熱系數(shù)，單玻幕墻取64(2)，斷熱幕墻取35(2)；-冬季室內(nèi)計算溫度，取19；-采暖室外計算溫度，取-9。為簡便計算，上式中設(shè)定：幕墻的結(jié)構(gòu)類型為型；采暖室外計算溫度取采暖室外計算(干球)溫度值；未考慮通過幕墻的開窗、孔洞或屋頂、地面侵入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量；未考慮通過幕墻縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量；未考慮建筑的朝向；僅為理論計算值。單玻幕墻的

9、基本耗熱量11792；斷熱幕墻的基本耗熱量2980。(2)單玻幕墻比斷熱幕墻每年采暖多消耗的熱量(熱能)轉(zhuǎn)換為電能：(1792-980)129101047480(3)斷熱幕墻與單玻幕墻建筑節(jié)能效果的經(jīng)濟比較設(shè)單玻幕墻的單位造價為1300元2，斷熱幕墻的單位造價為1800元2，則初始投資增加500萬元。北京市的電價(假定10年內(nèi)不變)為070元()，功率因素為09，單玻幕墻比斷熱幕墻每年采暖多支出的電費82萬元設(shè)人民幣的年利率為5%(假定10年內(nèi)不變)，單玻幕墻與斷熱幕墻建筑節(jié)能的經(jīng)濟效益比較見表1。由表1比較得知，斷熱幕墻到第7年即可收回全部所增加的建筑成本，到第10年，斷熱幕墻建筑節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益要比單玻幕墻多256萬元。這說明，斷熱幕墻的建筑節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益是十分明顯的。5、結(jié)論(1)幕墻是我國近20年來發(fā)展起來的集新技術(shù)、新材料和新結(jié)構(gòu)為一體的新型建筑材料，我國每年有數(shù)百萬平方米的幕墻投入使用，并以10%的速度繼續(xù)增長