您的位置: 中国幕墙网 > 技术热点 > 新闻正文

严寒地区玻璃幕墙节能设计

来源:2019年会论文集  作者:刘家良 姜仁 韩智勇  日期:2019-6-20
页面功能 [字体: ] [ 打印 ] [ 投稿 ] [ 评论 ] [ 转发 ] [ 啄木鸟 ]
    摘要:建筑围护结构节能是建筑节能的重要组成部分,特别是严寒地区的节能设计在我国尤为重要,该地区约占国土面积的三分之一。本文从我国能源及建筑能耗现状入手,深入剖析圣彼得堡市某幕墙工程的设计节点,对其先进的节能设计和做法进行了探讨和总结,可供建筑师和幕墙设计人员在进行玻璃幕墙节能设计时参考和应用。
    关键词:玻璃幕墙;围护结构;节能设计;保温性能

  1、我国能源及建筑能耗现状

  能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础,关系到社会正常运行和发展。我国目前处于城市建设高峰期,促使了建筑业的飞速发展,由此也造成了大量的能源消耗。北方城镇建筑的单位面积采暖平均能耗,约为北欧同纬度条件下建筑采暖能耗的3倍。而且我国节能建筑少,缺乏建筑节能意识,已建成的既有建筑中95%以上属于高能耗建筑,普遍存在着围护结构保温隔热性能差,采暖系统热效率差等问题,建筑节能势在必行[1]。

  现如今,越来越多的城市建筑都采用玻璃幕墙作为外围护结构,它带来通透明亮、立面美观的视觉效果的同时,也带来了高能耗、光污染以及隔热性差等问题。尤其玻璃作为透明材料,有很强的热传导性,其能耗占建筑总能耗的比例较大。因此,设计出更加节能的玻璃幕墙,是解决围护结构高能耗问题的一条重要途径。

  2、严寒地区节能设计要求

  我国严寒地区主要指东北、内蒙古和西部部分地区(最冷月平均温度≤-10℃,日平均气温≤5℃的天数不少于145天)。由于该类地区采暖期室内外温差传热的热量损失占主导地位,因此必须满足冬季保温要求,一般可不考虑夏季防热[2]。建筑外围护结构热工性能的好坏,直接影响到室内环境及建筑能耗,为实现建筑采暖能耗降低65%的节能目标,所有建筑设计必须按此标准执行,并且实际运维期也要满足此能耗要求[3]。

  国家标准《公共建筑节能设计标准GB50189-2015(以下简称《标准》)对围护结构在严寒地区给出了更加深入合理的设计要求:首先,《标准》中对严寒地区甲类公共建筑各单一立面(词条“窗”由行业大百科提供)墙面积比(包括透光幕墙)提出了要求,要求各立面均不宜大于0.60,严于其他类地区的0.70;对于外(词条“门”由行业大百科提供)门斗,《标准》中要求严寒地区全部设置,而其他类地区可部分设置或采取其他方式代替;此外,《标准》对严寒A、B区和C区围护结构的传热系数(词条“传热系数”由行业大百科提供)也按部位分别制定了限值,详见表1和表2[4]:

表1严寒A、B 区公共建筑围护结构热工性能限值

表2 严寒C 区公共建筑围护结构热工性能限值

  3、影响严寒地区玻璃幕墙保温性能的主要因素

  3.1玻璃面板造成的热损耗

  现代建筑中,大面积的采光玻璃应用十分广泛,但建筑用玻璃的传热系数比砖体结构墙壁要高很多,冬季室内的热量在玻璃上通过热传导对流辐射传到室外,从而导致建筑物的热损耗增加。图1是利用红外热像仪观测到的某座建筑的红外热分布图,从图中可以看出采光玻璃处是热损耗的主要部位。

  玻璃的节能主要是通过热工性能、玻璃层数、中空玻璃的隔离层、中空层的介质、中空层间隔框的材质、中空层间隔框的密封等因素来实现阻隔冷热空气的热传导或热对流。目前已应用到生产、生活中的中空玻璃是对其热辐射、热传导、热对流三种方式的能量传递过程进行控制,有一定的节能保温作用。而低辐射玻璃(Low-E玻璃)具有较大的日光透过率和很小的红外反射系数(词条“反射系数”由行业大百科提供),可以有效阻止热量通过玻璃散失,并且不影响玻璃的采光性能、无光污染[5]。

  3.2 铝合金边框材料造成的热损耗

  幕墙的合金(词条“合金”由行业大百科提供)边框一般占围护结构总面积的10%-25%,它对热量的传导同样对建筑物的保温性能起重要作用,一旦处理不当,形成“冷桥”,造成的热损耗更大,甚至会出现结露(词条“结露”由行业大百科提供)、结冰现象。边框的节能主要由框的材料、导热系数、框的腔体构成、断热设计等因素决定。

  3.3幕墙板块间及周边缝隙形成空气渗透进行的热交换

  室内外温差和压差的存在,导致空气通过板块间及周边缝隙进行渗透,同时进行热交换。虽然在幕墙设计阶段,这些缝隙都会用三元乙丙胶条、硅酮密封胶等材料进行密封,但施工阶段很难做到万无一失,而且建筑物使用阶段的温度变形、沉降变形等因素还可能会加大此缝隙的渗透影响。

  3.4 门、窗开启部位的气密性

  门、窗开启部位的重要功能是通风换气,这就要求既要保证其开启灵活,又要保证关闭后密闭无渗漏。而在严寒地区,影响门、窗保温性能主要取决于传热系数K值和气密性能等级。开启部位的气密性则是影响整体围护结构的气密性能关键部位,既要保证开启部位与边框配合结构的合理性,还要保证其密封的有效性。图2是利用红外热像仪检测门的气密性能。

  4、圣彼得堡某幕墙工程节能设计

  现阶段我国提高玻璃幕墙节能的主要措施尚停留在消极设防的阶段,主要是采用镀膜玻璃、Low-E玻璃、热反射玻璃、中空玻璃及隔热断桥铝型材(词条“型材”由行业大百科提供)降低结构传热系数、消除结构体系热桥、降低空气渗透热损失、减少开启窗扇面积、提高其密封性等。显然,对于严寒地区,仅仅依靠以上传统方法很难达到外围护结构的节能要求。因此,本文对俄罗斯圣彼得堡事某幕墙工程的保温节能做法进行剖析,挑出其设计亮点,供广大幕墙爱好者参考。

  4.1玻璃的选取

  圣彼得堡是俄罗斯第二大城市,冬季最冷五天的平均温度达到-26℃,室内外温差在50℃以上。该幕墙工程为单元式,建筑高度83.4m,幕墙面积15300m2,详见图3。考虑到圣彼得堡市特殊的气候因素,该项目选取自AGC的遮阳型低辐射三玻双腔中空玻璃(自室外向室内:10mm厚LOW-E钢化玻璃(词条“钢化玻璃”由行业大百科提供)+12mm氩气层+6mm半钢化玻璃+12mm氩气层+8mm半钢化玻璃,详见图4)。此三玻两腔中空玻璃主要在以下几方面实现节能效果:

  4.11 玻璃厚度

  基片玻璃是组成中空玻璃的主要材料,玻璃厚度与玻璃热阻的乘积和中空玻璃的传热系数有着直接的联系,当玻璃厚度增加时,必然会增大该片玻璃对热量传递的阻挡能力,从而降低整个中空玻璃系统的传热系数。三片基片玻璃的组合可以近似看成是厚度的累加,即总厚度共计24mm。

  4.12 气体空腔厚度

  通过气体空腔厚度的控制,使中空玻璃内部形成紊态气流的传热,使其上升与下降的气流互相干扰来控制产生对流传热。气体空腔厚度与传热系数的大小有直接关系,在相同条件下,气体层越大,传热阻越大。需要注意的是,气体层的厚度达到一定程度后(19mm左右),传热阻的增长率就很小了,因为此时气体在玻璃之间温差的作用下会产生一定的对流过程,从而减低了气体层增厚的作用。因此,双重考虑下,确定了12mm厚的气体腔。

  4.13 中空腔充入氩气并保证充气量(填充量≥90%)

  由于充入中空腔的氩气属于惰性气体导热系数低(空气0.024W/m2·K,氩气0.016W/m2·K),可以提高玻璃的隔热、隔声性能。

  4.14 遮阳型低辐射玻璃

  低辐射膜具有较大的日光透过率和很小的红外反射系数,可让80%可见光通过玻璃进入室内,又能将90%以上的太阳光中或室内物体辐射的红外线反射掉,有效阻止热量通过玻璃散失,节能效果达75%以上,并且不影响玻璃的采光性能、无光污染。而遮阳型低辐射玻璃采用独特的热喷射镀膜技术制作而成,除本身具有低辐射性能外,它还具有控制阳光的性能,节能效果更佳。

  4.2 边框的设计

  铝合金边框虽然不是主要的传热途径,但一旦处理不好而出现“冷桥”,将会有大量的热损失,并且一定会在室内结露,形成冷凝水。该项目选取自国内某知名厂家的6063A-T5/T6铝型材。断热处理是边框设计的重中之重,如图5设计节点所示:采用了穿条式的大截面断热条(双道),即保证了断热功能,又满足了强度要求。除此之外,公框与母框插接部位采用多道EPDM胶条,形成多个等压腔,解决水密问题。在玻璃和铝型材边框的联合作用下,外围护结构的保温隔热性能得以满足,且不会出现结露现象,见图6模拟的热工性能。

  4.3板块密封处理

  该工程的单元式幕墙(词条“单元式幕墙”由行业大百科提供)作为一种面板式结构,上、下、左、右四个边框分别与邻近板块的对应边框之间采用插接结构,在外加荷载(词条“荷载”由行业大百科提供)时能同时变形、协同受力,插接面同时设计有三道密封胶条来确保相邻两个板块之间的密封。三道胶条形成三道密封线,即尘密线、水密线、气密线。尘密线用来阻挡灰尘及大部分的雨水;水密线和等压腔联合作用,起到阻水、排水的作用;气密线用来阻止空气的渗透。三道密封线依靠三元乙丙胶条自身的弹性,均能起到阻止空气渗漏的功能,确保室内、室外空气隔绝,阻止了热交换。

  4.4门、窗保温的处理

  门窗边框和扇框采用常规的断热处理外,在两条断热条内填充聚氨酯发泡剂,它是一种将聚氨酯预聚物发泡剂(词条“发泡剂”由行业大百科提供)催化剂等组分装填于耐压气雾罐中的特殊聚氨酯产品。当物料从气雾罐中喷出时,沫状的聚氨酯物料会迅速膨胀并与空气或接触到的基体(词条“基体”由行业大百科提供)中的水分发生固化反应形成泡沫。具有填缝﹑粘结﹑密封﹑隔热﹑吸音等多种效果,是一种环保节能﹑使用方便的建筑材料。用在此处,可提高铝合金框的隔热性能,从而提高整扇门、窗的隔热性能。此外,在边框、扇框型材的空腔内,塞入保温岩棉,也同样起到了隔热、吸音的作用。

  5、结语

  现在很多人认为使用玻璃幕墙的建筑就是高耗能建筑,这样的结论是毫无根据的,国家也从未叫停玻璃幕墙。在幕墙设计阶段,只要合理进行设计,选用合适的玻璃和构造,严格遵照节能设计要求,建筑的热工性能完全可以达到《公共建筑节能设计标准》的要求。本文针对圣彼得堡某幕墙工程对保温节能的做法进行了剖析,对我国严寒地区幕墙设计有一定参考价值。

  虽然玻璃幕墙的很多方面都会受到经济条件的制约,业主的选择通常起着决定性作用。但即便如此,幕墙设计师(词条“幕墙设计师”由行业大百科提供)也要从专业角度提出合理的建议,以使幕墙在外视效果和功能性等方面都达到最佳。此外,幕墙设计师还应该转变原有的设计理念:变被动为主动,首先进行玻璃幕墙的热工设计,追求设计功能的主动性和积极性,变被动设防为主动利用能源的设计思想。

  参考文献:

  [1] 熊建明.玻璃幕墙建筑节能技术分析及其经济评价[J].新型建筑材料.2000(9):15~17

  [2] GB 50176-2016,民用建筑热工设计规范[S].中国建筑工业出版社,北京.2016

  [3] 赵长春.幕墙保温与节能浅析[J].房材与应用.2005(2).32

  [4] GB 50189-2015, 公共建筑节能设计标准[S].中国建筑工业出版社,北京.2015

  [5] 张雄, 张永娟等.现代建筑功能材料[M].北京:化学工业出版社,2009.160~170

门窗幕墙第一手资讯! 上中国幕墙网 news.alwindoor.com 手机访问地址 3g.alwindoor.com

专家介绍

 姜仁

铝门窗幕墙委员会专家组

工作单位:中国建筑科学研究院 建筑物理研究所

技术职称:研究员(教授)

专业:1、建筑门窗幕墙产品校准,性能检测类、国家标准的编写。 2、门窗、幕墙样品的性能检测。 3、CAD计算机辅助设计软件的开发。 4、幕墙工程技术咨询。 现任职务 国家建筑工程质量监督检验检中心门窗幕墙部 副主任 中国建筑科学研究院建工质检中心司法鉴定所 资深司法鉴定专家 社会兼职 1 中国建筑学会建筑物理委员会 理事 2 全国幕墙门窗标准化技术委员会 副主任,专家 3 建设部制品与构配件产品标准技术委员会幕墙分会 副秘书长、专家 4 建设部节能门窗标识专家委员会 专家 5 建设部建设工程企业资质管理专家库 专家 6 中国金属结构协会铝门窗幕墙委员会 专家 7 中国建筑装饰协会门窗幕墙工程委员会 专家 8 中国工程建设标准化协会建筑与市政产品应用分会 理事 9 国家建材行业铝塑复合材料协会 专家 10 北京市高新技术企业认定专家组 专家 11 北京市建筑装饰协会专家委员会 专家 12 北京市物资协会幕墙门窗委员会 专家

专长:建筑幕墙性能检测 计算机软件开发

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2019-6-20/46120-1.htm
此文由 中国幕墙网 点击查看 www.alwindoor.com 收集整理,未经许可不得转载!
我要评论 (已有*人参与评论)
上一篇:北京丽泽E06单元幕墙设计介绍
    
【回到顶部】
   2018年是我国改革开放四十周年,是实现“十三五”规划承上启下的关键一年。随着中国特色社会主义进入了新时期,党的十九大提...
[正文]  [评论]

中国幕墙网版权和免责声明

版权声明: 本网站所有文章版权,归中国幕墙网和作者所共有,未经允许请勿转载。

转载要求: 转载的图片或者文件,链接请不要盗链到本站,且不准打上各自站点的水印,亦不能抹去本站水印。

隐私条款: 除非特别声明,否则文章所体现的任何观点并不代表中国幕墙网。
本站转载或引用文章若涉及版权问题请与我们联系,我们立即将其删除!

月精彩评论集锦
  • 听听阳阳的意见吧,没错的,一定好!收费低廉.龙型是肯定不行的,没有一点力度,尖顶型三分之二以下可以,上面设计太过急躁,草率、简单。
    来自 58.39.22.177 的草莽英雄对上海中心大厦圈定“龙型、尖顶型”两方案的评论
  • 回77楼:讲话要有道理,凭空乱说才是无聊之极!片片的前三个问题,你不会看,可以去请人看.还告诉你一个问题:此片构图失衡,右边留空太多,造成画面松散,前三个问题你看不出,这个问题你就只有看热闹了!
    来自 216.48.164.38 的中国幕墙网读者对思蓝德杯“人与建筑”摄影展的评论
  • A,B方案和C方案没有可比性,因为石材板块尺寸做出较大修改。 此外,应慎重使用Ansys分析石材等本构关系不确定的材料。是否将分析结果和试验结果进行对比?
    来自 123.116.36.12 的读者对第一创业大厦石灰石幕墙工程设计的评论
  • 万豪胶质量好,服务好,却未能进前三名,真是遗憾!!!
    来自 119.84.145.237 的读者对2012-2013行业读者票选——胶行业品牌排行榜的评论
  • 我觉得华成将来的前景不错,不会比之江差!
    来自 124.90.141.175 的中国幕墙网读者对浙江华成有机硅材料有限公司专访稿的评论
  • 愿灾区的同胞平安
    来自 182.135.64.76 的读者对四川雅安芦山县发生7.0级地震的评论
  • 我个人认为去议论哪个品牌的胶好坏,不如选一个合适自己使用的品牌区支持不是更好!我个人认为:胶质 性价比 和自身工程的要求考虑到位 什么脚都可以使用。
    来自 117.25.178.238 的读者对2010幕墙门窗行业产品选用指南的评论
  • 安泰胶是我们一直以来非常信任的品牌,无论是从产品质量还是从服务上来说都是非常值得称赞的。
    来自 123.150.115.229 的读者对2010幕墙门窗行业产品选用指南的评论
知识百科
月热点新闻推荐[TOP10]
月企业关注度排名
月产品人气值排名
客服电话:400-60-54100  传真:0832-2201099 值班电话:15023154960