從深圳大運(yùn)會工程外裝談幕墻新型節(jié)能材料的性能和應(yīng)用4P

1、從深圳大運(yùn)會工程外裝談幕墻新型節(jié)能材料的性能 和應(yīng)用4P文/李偉鋒、鮑義帆、張艷（沈陽遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司佛山分公司 ）圖i深圳大運(yùn)中心世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會是僅次于奧運(yùn)會的綜合性體育盛會，是世界各國大學(xué)生展現(xiàn)自己體育才華的競技舞臺。深圳是我國改革開放的前沿，也是 2011年第26屆世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會的舉辦 城市。深圳大運(yùn)會主會場位于深圳市龍崗區(qū)奧體新城核心地段，由主體育場、主體育館、游 泳館及室外運(yùn)動(dòng)場等各種場館及附屬設(shè)施組成。本文將從大運(yùn)會主場館外維護(hù)結(jié)構(gòu)施工中特殊材料的選用和使用性能等進(jìn)行介紹，并通過對該項(xiàng)目的介紹使大家了解聚碳酸酯板、XIR夾層玻璃、真空玻璃等新型建筑節(jié)能材料的特點(diǎn)及在建筑幕墻

2、應(yīng)用領(lǐng)域中的發(fā)展前景。馬鞍形主體育場，屋面為淺綠色“聚碳酸酯板”，立面為普通夾膠玻璃幕墻；圓形主體育館，屋面為淺綠色“聚碳酸酯板”，立面為淺綠色“XIR”夾層玻璃幕墻；游泳館四周為中空 Low-E 玻璃幕墻，屋面為“ XIR”夾層玻璃幕墻。三大場館所使用的材料中，有“聚碳酸酯板”和“ XIR”夾層玻璃2種特殊材料，聚碳酸酯 板并不是很常用的建筑材料，這么大面積在體育場館上使用國內(nèi)也是罕見；“XIR”是新型的節(jié)能材料，應(yīng)用于建筑玻璃，使幕墻達(dá)到良好的節(jié)能效果；談及節(jié)能玻璃，還有一種不能不說的就是“真空玻璃”，“真空玻璃”也是近幾年展現(xiàn)在幕墻舞臺上的新型節(jié)能產(chǎn)品。下面對上述 3 種材料的性能特點(diǎn)分

3、別進(jìn)行介紹，使大家能夠有更進(jìn)一步的了解和認(rèn)識：1 聚碳酸酯板聚碳酸酯板：俗稱PC 板，也有稱耐力板的，相對玻璃而言，是一種新型高強(qiáng)度、隔熱、透光、輕便的建筑材料。聚碳酸酯板的一般物理性能：(1)光學(xué)性能：透光率一般達(dá)503 92%遮陽系數(shù)： 0.502 2) 抗沖擊性能： PC 板的耐沖擊能量為相同厚度普通玻璃的 200 倍，且具不碎性能； 耐候性能：PC板可以在-40120 C范圍保持各項(xiàng)物理指標(biāo)的穩(wěn)定性；(4) 防結(jié)露性能：室外溫度為 0 ，室內(nèi)溫度為23，室內(nèi)相對濕度80%時(shí)，材料的內(nèi)表面不結(jié)露； 阻燃性能：國家標(biāo)準(zhǔn)GB50222- 95確認(rèn)，PC板為又t燃1級，即B1級；(6)隔聲性能

4、：在厚度相同的條件下，PC板的隔聲量比玻璃提高34 dB;(7) 加工性能：單層PC 板可用真空成型法及壓力成型法加工多種造型的制件；(8) 重量輕：單層PC 板的重量為相同厚度玻璃的 50%；(9) 熱性能：在厚度相同的條件下， PC 板可比玻璃節(jié)能；(10)熱膨脹系數(shù)： 7X 10-5 ;(11)熱變形溫度： 135 C。聚碳酸酯板是化工合成的有機(jī)產(chǎn)品，他的熱膨脹系數(shù)為7X10-5 ,大約是玻璃的7倍，是鋁合金型材的 3 倍， 其物理性能參數(shù)與普通的鋁型材或者玻璃相差較大， 因此， 作為幕墻面材使用時(shí)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面要充分考慮PC 板受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生形變位移的特性，避免因剛性連接造成局

5、部應(yīng)力過大而損壞結(jié)構(gòu)的安全使用性能。聚碳酸酯板在工程實(shí)例中最好采用明框壓板結(jié)構(gòu)，比如 2004 年雅典奧體主會場、 2008 年沈陽奧體分會場等， 明框結(jié)構(gòu)適應(yīng)面材熱變位能力很強(qiáng)。 問題是， 本工程建筑師要求一定要采用隱框的結(jié)構(gòu)形式。但作為化工產(chǎn)品的聚碳酸酯板材，國內(nèi)外建筑用膠(包括美國GE道康寧 ) 的供應(yīng)商均不能提供其與結(jié)構(gòu)膠的相容性試驗(yàn)報(bào)告，面材無法使用結(jié)構(gòu)膠與鋁合金附框粘接，所以常規(guī)的隱框做法無法實(shí)現(xiàn)。 換言之， 即使可以與結(jié)構(gòu)膠粘接， 但是結(jié)構(gòu)膠的工作變位能力也是無法滿足聚碳酸酯板的熱變位需求， 因此， 給工程設(shè)計(jì)造成了很大難度。 最后選擇面材邊緣規(guī)律性打孔，采用不銹鋼工藝螺栓與鋁合

6、金壓板相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，并把PC 板的熱位移性能轉(zhuǎn)移到鋁合金附框上的設(shè)計(jì)概念。 如圖 2 所示，大運(yùn)會聚碳酸酯板屋面的節(jié)點(diǎn)，看起來比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸較大，但都是因 為聚碳酸酯板的物理性能所致。采用雙道16mm寬的耐候膠密封，中間用鋁合金構(gòu)件隔離，目的是滿足大板塊PC板熱變形的需要；板材下表面鋁合金附框?yàn)榇罂?，并且采用更大的鋁合金墊片，當(dāng)板材帶動(dòng)工藝螺栓移動(dòng)時(shí)，可以相對附框產(chǎn)生變位，也是為滿足 PC 板物理性 能的需要。圖2屋面聚碳融板節(jié)點(diǎn)圖聚碳酸酯板的顏色、光學(xué)性能及遮陽等參數(shù)均可根據(jù)需要生產(chǎn)控制。關(guān)于聚碳酸酯板在實(shí)際應(yīng)用中比如大型體育場的采光屋面，建筑采光中庭，戶外廣告燈箱及公交站牌等都有使用，

7、因此，不再詳述，下面主要介紹“XIR”和“真空” 2種新型節(jié)能玻璃材料在建筑幕墻領(lǐng)域的應(yīng)用。2. XIR夾層玻璃XIR膜最早是美國華裔科學(xué)家在硅谷的研究成果，后應(yīng)用于各種工業(yè)玻璃。XIR膜是一種新型節(jié)能膜材料，由波長選擇性材料在光學(xué)透明的塑料薄膜上濺射形成，通過內(nèi)側(cè)玻璃的顏色和透光度可以調(diào)節(jié)陽光控制性能（可見光透過與陽光積熱系數(shù)之比）以滿足不同的設(shè)計(jì)需求。 XIR夾層玻璃將熱反射薄膜復(fù)合于兩側(cè)玻璃和PVB膠片中間，實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的低反射，高透光性能，并反射50隊(duì)上的非可見熱輻射（見圖3）。XIR夾層玻璃可用于垂直，傾斜或水平的天頂 安裝，制造成平面或曲面形狀， 為從玻璃幕墻到巨型玻璃天頂?shù)母鞣N建筑窗

8、節(jié)能提供多樣化 選擇。在各種單片或集成為密封中空玻璃的使用方式下，XIR薄膜可以與PVB組合夾層于普通退火、熱強(qiáng)化或鋼化透明玻璃之間，也可以與著色PVB 一起與玻璃結(jié)合使用。PVB圖3 X1P央層玻璃2011年深圳大運(yùn)會主體育館和游泳館都是封閉式的體育場館，技術(shù)集成網(wǎng)絡(luò)管理，配套設(shè)施先進(jìn)，因此，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的檔次標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)提高，體育館的立面幕墻、游泳館屋面均采用 8+1.14PVB+XIR+1.14PVB+8 mm的淺綠色夾層玻璃。 XIR夾層玻璃表面上看與普通夾膠玻璃是 一樣的。XIR夾層玻璃是在2層PV井間復(fù)合XIR膜后再與2片玻璃復(fù)合成夾層玻璃，普 通夾膠玻璃中間就是單一的1層PVB膠片。在

9、幕墻上的使用與普通夾膠玻璃一樣和鋁合金附框組合形成幕墻用玻璃板塊。圖 4為大運(yùn)會XIR夾膠玻璃頂節(jié)點(diǎn)圖。圖4 XIP夾膠玻璃頂節(jié)點(diǎn)圖2.1 XIR 夾層玻璃優(yōu)點(diǎn)：(1)高達(dá)72%勺優(yōu)異可見光透過濾；(2)低至8%勺可見光反射率，高度透明；(3)高達(dá)99.5%的紫外線阻擋性能，減少室內(nèi)事物退色；(4)陽光得熱系數(shù)低至 0.410.47左右，降低空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本，增加舒適度。陽 光得熱系數(shù)(SHGC):透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)的太陽能量與入射到玻璃外表面的太陽能量的比值。XIR夾層玻璃也可以組合成夾層中空玻璃使用，XIR夾層中空玻璃由一片 XIR夾層玻璃和另一單片玻璃通過空氣隔條和結(jié)構(gòu)膠形成夾層中空

10、玻璃，在阻隔近紅外線和紫外線的同時(shí)也起隔熱作用，一年四季永遠(yuǎn)保持舒適的室內(nèi)溫度。2.2 XIR 夾層中空玻璃優(yōu)點(diǎn)(1)自然色彩還原，高度清晰；(2)高度透明，60%t然光透過；低眩光高清晰，12%T見光反射率；(4)低吸熱，不需要高成本鋼化玻璃；低傳熱系數(shù)U彳1=0.35 W/(m2 K),高節(jié)能；(6)低達(dá)0.3的陽光積熱系數(shù)，降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng) 的造價(jià)和能耗成本；(7)平面與曲面上的一致色彩外觀。2.3 經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性比較與XIR玻璃相比，在玻璃片數(shù)及規(guī)格相同的情況下， 一次性投資肯定是普通 Low-E中空玻璃 經(jīng)濟(jì)，但從長期使用的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性方面考慮就不一定了，下面關(guān)于XIR玻璃與普通中

11、空Low-E玻璃做一簡單比較：(1)XIR膜在生產(chǎn)程序和使用性能上，必須依附于 2層PVB膠片之間，因此，XIR玻璃最低 也是這樣配置：單片玻璃 +PVB+XIR+PVB+片玻璃，因此，稱之為“ XIR”夾層玻璃，在此基 礎(chǔ)上也可繼續(xù)合成中空玻璃使用； 而普通Low-E玻璃因?yàn)長ow-E膜不能長期暴露于空氣中的緣故而必須合成中空玻璃使用，基本配置為：單片玻璃（Low-E膜）+空氣層+單片玻璃。數(shù)據(jù)顯示XIR玻璃的物理及化學(xué)分子穩(wěn)定，節(jié)能和使用性能均優(yōu)于普通中空Low-E玻璃;（2）生產(chǎn)工藝方面比較（見表1）;»1生產(chǎn)工藝比較分類Lx>w-E中空玻璃產(chǎn)品圖例LOW*中空族荷圖）X

12、IR 系列玻璃生產(chǎn)工藝司針由"Lowf中空玻璃.Low-E中空夾膠玻璃或更復(fù)雜組 合.不能俱片或單夾層使用 在線LomE玻璃：浮法玻璃生產(chǎn)過對中在熱的破璃 表面噴海上以錫鹽為把要成分的化 學(xué)溶液.形成刺扇II仃 定低輻射 功能的輒化鑄化合物（SnO.）薄膜而 制成, 離線Low-E破瑞：在專門的生產(chǎn)線.用與空磁控累射 的方法,將金屬銀及其他金屬化合 物均勻地鍍在玻璃&面而制成， 生產(chǎn)品腫：根據(jù)不同需要有單層夾 膠央膠中空,雙中空超霸中空玻 璃等多種選擇生產(chǎn)工藝說明:運(yùn)用獨(dú)有的激射技術(shù)在柔性基片 （聚麗PET）上沉枳金屬和金JK氧化 物薄舊井生產(chǎn)出各種薄膜生產(chǎn)1名.設(shè)品可以在2

13、m寬SOOTm長* 2570 5厚的聚廂膠卷上制作出 透明嘏射（綱米厚度鍍信）薄膜.井最終與PVB和坡摘制品合成為超 節(jié)能央膠及中空坡璃制晶技術(shù)性能指標(biāo)（見表2）。XIR玻璃在歐洲應(yīng)用較早， 除本工程外，目前在國內(nèi)工程實(shí)例有深圳機(jī)場信息指揮大廈、濟(jì)南國際新機(jī)場、深圳大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院大樓、深圳華為技術(shù)公司等，項(xiàng)目并不多，但隨著越來越多同類項(xiàng)目的啟動(dòng)和人們對XIR節(jié)能材料優(yōu)點(diǎn)的逐步認(rèn)識，XIR在建筑幕墻應(yīng)用領(lǐng)域的拓展步伐也會逐步升溫。表2技術(shù)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)項(xiàng)目XIR夾層玻璃普通Low-E中空玻璃配置單片玻璃+PVB+XIR+PVB+單片玻璃單片玻璃（Low-E膜）+ 空氣層+單片玻璃市場狀況歐美市場應(yīng)

14、用較早，2003年 進(jìn)入中國市場，逐步應(yīng)用于汽 車玻璃和建筑玻璃行業(yè)，由 于高節(jié)能性原因，正在越來越 多的應(yīng)附于幕墻行業(yè)在建筑幕墻行業(yè)中，不論 國內(nèi)外目前仍處于主要 應(yīng)用地位產(chǎn)品壽命XIR系列玻璃制作工藝嚴(yán)謹(jǐn)、 性能穩(wěn)定、壽命長，均能與玻 璃達(dá)到同等耐用程度該產(chǎn)品性能、使用壽命與其空腔密封性能關(guān)系密 切，一般壽命 1015年左右價(jià)格比較XIR玻璃價(jià)格是同配置Low-E玻璃的35倍最優(yōu)特性保證高遮陽、低傳熱的情況下達(dá)到高度的通透性，獲得比Low-E玻璃更好的創(chuàng)作空間若滿足高遮陽的使用性 能，則其通透性逐漸降低安全性能因PVB膠層原因，即使被擊 碎也不會脫落傷人受外力沖擊時(shí)易碎，脫落傷人遮陽系數(shù)最

15、小值：0.27最小值：0.22傳熱系數(shù)最小值：2.89最小值：1.6紫外線屏蔽99.8%65%£右紅外線屏敝99.9%37%£右可見光反射率RVIS8%19%£右可見光透過率TVIS70%6£ 右在線：60%6£右 離線：70就右適用范圍適用于幾乎所有的情 形：垂直、水平、傾斜、 曲面等適用情形：垂直、水平、傾 斜等3.真空玻璃隨著真空玻璃技術(shù)的逐步完善和成熟，真空玻璃在建筑幕墻領(lǐng)域的地位也逐步顯現(xiàn)出來，因其高效的節(jié)能效果和良好的室內(nèi)環(huán)境的營造，使越來越多的客戶開始了解和認(rèn)識了真空玻璃。目前國內(nèi)使用真空玻璃的建筑幕墻有北京天恒大廈、清華大學(xué)超低

16、能耗示范樓等十幾個(gè)已建項(xiàng)目。真空玻璃是將2片平板玻璃四周密閉起來，2片玻璃之間的間隙為 0.10.2 mm其間布有細(xì)小支撐物，將其間隙抽成真空并密封排氣孔，真空度v1X10-2 Pa。傳熱系數(shù)K值1.0W/(m2 - K),這種玻璃為真空玻璃，簡稱“真?！薄Ｕ婵詹ＡУ?片一般至少有1片是低輻射玻璃，這樣就將通過真空玻璃的傳導(dǎo)、對流和輻射方式散失的熱降到最低。真空玻璃是玻璃工藝與材料科學(xué)、真空技術(shù)、物理測量技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化及建筑科學(xué)等多種學(xué)科、技術(shù)、 工藝協(xié)作配合的碩果(見圖6)。真空玻璃工作原理與保溫瓶的原理廠樣；靠的是內(nèi)部真空。要保持真空玻璃的真空，主要取決于4邊與封口點(diǎn)曲質(zhì)!k疝淬隔向入工

17、藝，另外在真空玻璃間隔中置有吸氣劑，可隨 時(shí)吸附使用過程中的微量放氣。真空玻璃的設(shè)計(jì)壽命長達(dá)50年。(1)保溫隔熱性能熱傳遞通常有 3種方式：對流、傳導(dǎo)和輻射。由于真空玻璃中間是真空層，基本上消除了對流傳熱和傳導(dǎo)傳熱，同時(shí)組成真空玻璃的原片玻璃可以選擇低輻射膜玻璃即Low-E玻璃,能夠大幅度降低輻射傳熱。 真空玻璃與中空玻璃相比保溫性能更好， 熱阻更高。據(jù)國家建筑 工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心提供的數(shù)據(jù)顯示：真空玻璃的保溫性能是普通中空玻璃的2倍，是單片玻璃的4倍。(2)防霧防露中空玻璃在使用中有產(chǎn)生霧氣或結(jié)露的現(xiàn)象，影響采光和視野清晰。 真空玻璃具有較好的隔熱性能，室內(nèi)一側(cè)玻璃表面溫度不易下降，即使

18、室外溫度很低，也不易形成霧結(jié)露。此外， 真空玻璃中間是真空層，絕不會發(fā)生中空玻璃由于間隔中含有濕氣，在降溫時(shí)出現(xiàn)的內(nèi)結(jié)露現(xiàn)象。(3)隔聲性能真空玻璃特有的構(gòu)造，對聲音的傳播可大幅度降低，在整個(gè)音域范圍都可實(shí)現(xiàn)良好的隔音。降低外界噪音傳入， 室內(nèi)生活聲音也不易外傳，總的隔音效果要比中空玻璃好，容易給人們創(chuàng)造一個(gè)良好的室內(nèi)環(huán)境。(4)抗風(fēng)壓性能真空玻璃中的2片玻璃，通過支撐物牢固地壓在一起，具有與同等厚度的單片玻璃相近的剛性，一般來說它的耐風(fēng)壓性能是中空玻璃的1.5倍。(5)超長的耐久性真空玻璃是一種新產(chǎn)品，目前國內(nèi)外尚無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，更無相應(yīng)的測試方法。 真空玻璃不同于中空玻璃。因此，不能完全按中空

19、玻璃試驗(yàn)方法進(jìn)行，而主要參照GB11944-89中空玻璃標(biāo)準(zhǔn)而擬定紫外線照射、氣候循環(huán)、高溫高濕度試驗(yàn)。試驗(yàn)表明即使是在苛刻的條件下真空玻 璃同樣具有長期穩(wěn)定耐久性能。真空玻璃具有優(yōu)異的保溫隔熱性能， 其性能指標(biāo)明顯優(yōu)于中空玻璃， 一般中空 Low-E 玻璃的傳熱系數(shù)為1.71.8 W/(m2 K)左右，真空玻璃的傳熱系數(shù)達(dá)到1.2 W/(m2 K), 一片只有6 mm 厚的真空玻璃，隔熱性能相當(dāng)于370 mm 的實(shí)心黏土磚墻，隔聲性能達(dá)到五星級酒店的靜音標(biāo)準(zhǔn)， 相當(dāng)于四磚墻的水平。 由于隔熱保溫性能好， 真空玻璃在建筑上的應(yīng)用將達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的雙重效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用真空玻璃后空調(diào)節(jié)能就達(dá)3050%是節(jié)能效果非常好的玻璃