【中玻網(wǎng)】1、我國能源及建筑能耗現狀

　　能源是人類(lèi)社會(huì )賴(lài)以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，關(guān)系到社會(huì )正常運行和發(fā)展。我國目前處于城市建設高峰期，促使了建筑業(yè)的飛速發(fā)展，由此也造成了大量的能源消耗。北方城鎮建筑的單位面積采暖平均能耗，約為北歐同緯度條件下建筑采暖能耗的3倍。而且我國節能建筑少，缺乏建筑節能意識，已建成的既有建筑中95%以上屬于高能耗建筑，普遍存在著(zhù)圍護結構保溫隔熱性能差，采暖系統熱效率差等問(wèn)題，建筑節能勢在必行[1]。

　　現如今，越來(lái)越多的城市建筑都采用玻璃幕墻作為外圍護結構，它帶來(lái)通透明亮、立面美觀(guān)的視覺(jué)效果的同時(shí)，也帶來(lái)了高能耗、光污染以及隔熱性差等問(wèn)題。尤其玻璃作為透明材料，有很強的熱傳導性，其能耗占建筑總能耗的比例非常大。因此，設計出更加節能的玻璃幕墻，是解決圍護結構高能耗問(wèn)題的一條重要途徑。

　　2、嚴寒地區節能設計要求

　　我國嚴寒地區主要指東北、內蒙古和西部部分地區(冷月平均溫度≤-10℃，日平均氣溫≤5℃的天數不少于145天)。由于該類(lèi)地區采暖期室內外溫差傳熱的熱量損失占主要地位，因此必須滿(mǎn)足冬季保溫要求，一般可不考慮夏季防熱[2]。建筑外圍護結構熱工性能的好壞，直接影響到室內環(huán)境及建筑能耗，為實(shí)現建筑采暖能耗降低65%的節能目標，所有建筑設計必須按此標準執行，并且實(shí)際運維期也要滿(mǎn)足此能耗要求[3]。

　　國家標準《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《標準》)對圍護結構在嚴寒地區給出了更加深入合理的設計要求：首先，《標準》中對嚴寒地區甲類(lèi)公共建筑各單一立面窗墻面積比(包括透光幕墻)提出了要求，要求各立面均不宜大于0.60，嚴于其他類(lèi)地區的0.70;對于外門(mén)門(mén)斗，《標準》中要求嚴寒地區全部設置，而其他類(lèi)地區可部分設置或采取其他方式代替;此外，《標準》對嚴寒A、B區和C區圍護結構的傳熱系數也按部位分別制定了限值，詳見(jiàn)表1和表2[4]：

　　表1嚴寒A、B區公共建筑圍護結構熱工性能限值

　　表2嚴寒C區公共建筑圍護結構熱工性能限值

　　3、影響嚴寒地區玻璃幕墻保溫性能的主要因素

　　3.1玻璃面板造成的熱損耗

　　現代建筑中，大面積的采光玻璃應用十分廣泛，但建筑用玻璃的傳熱系數比磚體結構墻壁要高很多，冬季室內的熱量在玻璃上通過(guò)熱傳導、對流和輻射傳到室外，從而導致建筑物的熱損耗增加。圖1是利用紅外熱像儀觀(guān)測到的某座建筑的紅外熱分布圖，從圖中可以看出采光玻璃處是熱損耗的主要部位。

　　玻璃的節能主要是通過(guò)熱工性能、玻璃層數、中空玻璃的隔離層、中空層的介質(zhì)、中空層間隔框的材質(zhì)、中空層間隔框的密封等因素來(lái)實(shí)現阻隔冷熱空氣的熱傳導或熱對流。目前已應用到生產(chǎn)、生活中的中空玻璃是對其熱輻射、熱傳導、熱對流三種方式的能量傳遞過(guò)程進(jìn)行控制，有一定的節能保溫作用。而低輻射玻璃(Low-E玻璃)具有非常大的日光透過(guò)率和很小的紅外反射系數，可以有效阻止熱量通過(guò)玻璃散失，并且不影響玻璃的采光性能、無(wú)光污染[5]。

　　3.2鋁合金邊框材料造成的熱損耗

　　幕墻的鋁合金邊框一般占圍護結構總面積的10%-25%，它對熱量的傳導同樣對建筑物的保溫性能起重要作用，一旦處理不當，形成“冷橋”，造成的熱損耗更大，甚至會(huì )出現結露、結冰現象。邊框的節能主要由框的材料、導熱系數、框的腔體構成、斷熱設計等因素決定。

　　3.3幕墻板塊間及周邊縫隙形成空氣滲透進(jìn)行的熱交換

　　室內外溫差和壓差的存在，導致空氣通過(guò)板塊間及周邊縫隙進(jìn)行滲透，同時(shí)進(jìn)行熱交換。雖然在幕墻設計階段，這些縫隙都會(huì )用三元乙丙膠條、硅酮密封膠等材料進(jìn)行密封，但施工階段很難做到萬(wàn)無(wú)一失，而且建筑物使用階段的溫度變形、沉降變形等因素還可能會(huì )加大此縫隙的滲透影響。

　　3.4門(mén)、窗開(kāi)啟部位的氣密性能

　　門(mén)、窗開(kāi)啟部位的重要功能是通風(fēng)換氣，這就要求既要保證其開(kāi)啟靈活，又要保證關(guān)閉后密閉無(wú)滲漏。而在嚴寒地區，影響門(mén)、窗保溫性能主要取決于傳熱系數K值和氣密性能等級。開(kāi)啟部位的氣密性則是影響整體圍護結構的氣密性能關(guān)鍵部位，既要保證開(kāi)啟部位與邊框配合結構的合理性，還要保證其密封的有效性。圖2是利用紅外熱像儀檢驗門(mén)的氣密性能。

　　4、圣彼得堡某幕墻工程節能設計

　　現階段我國提高玻璃幕墻節能的主要措施尚停留在消較設防的階段，主要是采用鍍膜玻璃、Low-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃及隔熱斷橋鋁型材降低結構傳熱系數、清理結構體系熱橋、降低空氣滲透熱損失、減少開(kāi)啟窗扇面積、提高其密封性等。顯然，對于嚴寒地區，僅僅依靠以上傳統方法很難達到外圍護結構的節能要求。因此，本文對俄羅斯圣彼得堡事某幕墻工程的保溫節能做法進(jìn)行剖析，挑出其設計亮點(diǎn)，供廣大幕墻愛(ài)好者參考。

　　4.1玻璃的選取

　　圣彼得堡是俄羅斯第二大城市，冬季冷五天的平均溫度達到-26℃，室內外溫差在50℃以上。該幕墻工程為單元式，建筑高度83.4m，幕墻面積15300m2，詳見(jiàn)圖3?？紤]到圣彼得堡市特殊的氣候因素，該項目選取自AGC的遮陽(yáng)型低輻射三玻雙腔中空玻璃(自室外向室內：10mm厚LOW-E鋼化玻璃+12mm氬氣層+6mm半鋼化玻璃+12mm氬氣層+8mm半鋼化玻璃，詳見(jiàn)圖4)。此三玻兩腔中空玻璃主要在以下幾方面實(shí)現節能效果：

　　4.11玻璃厚度

　　基片玻璃是組成中空玻璃的主要材料，玻璃厚度與玻璃熱阻的乘積和中空玻璃的傳熱系數有著(zhù)直接的聯(lián)系，當玻璃厚度增加時(shí)，必然會(huì )加大該片玻璃對熱量傳遞的阻擋能力，從而降低整個(gè)中空玻璃系統的傳熱系數。三片基片玻璃的組合可以近似看成是厚度的累加，即總厚度共計24mm。

　　4.12氣體空腔厚度

　　通過(guò)氣體空腔厚度的控制，使中空玻璃內部形成紊態(tài)氣流的傳熱，使其上升與下降的氣流互相干擾來(lái)控制產(chǎn)生對流傳熱。氣體空腔厚度與傳熱系數的大小有直接關(guān)系，在相同條件下，氣體層越大，傳熱阻越大。需要注意的是，氣體層的厚度達到一定程度后(19mm左右)，傳熱阻的增長(cháng)率就很小了，因為此時(shí)氣體在玻璃之間溫差的作用下會(huì )產(chǎn)生一定的對流過(guò)程，從而減低了氣體層增厚的作用。因此，雙重考慮下，確定了12mm厚的氣體腔。

　　4.13中空腔充入氬氣并保證充氣量(填充量≥90%)

　　由于充入中空腔的氬氣屬于惰性氣體，導熱系數低(空氣0.024W/m2·K，氬氣0.016W/m2·K)，可以提高玻璃的隔熱、隔聲性能。

　　4.14遮陽(yáng)型低輻射玻璃

　　低輻射膜具有非常大的日光透過(guò)率和很小的紅外反射系數，可讓80%可見(jiàn)光通過(guò)玻璃進(jìn)入室內，又能將90%以上的太陽(yáng)光中或室內物體輻射的紅外線(xiàn)反射掉，有效阻止熱量通過(guò)玻璃散失，節能效果達75%以上，并且不影響玻璃的采光性能、無(wú)光污染。而遮陽(yáng)型低輻射玻璃采用獨特的熱噴射鍍膜技術(shù)制作而成，除本身具有低輻射性能外，它還具有控制陽(yáng)光的性能，節能效果更佳。

　　4.2邊框的設計

　　鋁合金邊框雖然不是主要的傳熱途徑，但一旦處理不好而出現“冷橋”，將會(huì )有大量的熱損失，并且一定會(huì )在室內結露，形成冷凝水。該項目選取自國內某知名廠(chǎng)家的6063A-T5/T6鋁型材。斷熱處理是邊框設計的重中之重，如圖5設計節點(diǎn)所示：采用了穿條式的大截面斷熱條(雙道)，即保證了斷熱功能，又滿(mǎn)足了強度要求。除此之外，公框與母框插接部位采用多道EPDM膠條，形成多個(gè)等壓腔，解決水密問(wèn)題。在玻璃和鋁型材邊框的聯(lián)合作用下，外圍護結構的保溫隔熱性能得以滿(mǎn)足，且不會(huì )出現結露現象，見(jiàn)圖6模擬的熱工性能。

　　4.3板塊密封處理

　　該工程的單元式幕墻作為一種面板式結構，上、下、左、右四個(gè)邊框分別與鄰近板塊的對應邊框之間采用插接結構，在外加荷載時(shí)能同時(shí)變形、協(xié)同受力，插接面同時(shí)設計有三道密封膠條來(lái)確保相鄰兩個(gè)板塊之間的密封。三道膠條形成三道密封線(xiàn)，即塵密線(xiàn)、水密線(xiàn)、氣密線(xiàn)。塵密線(xiàn)用來(lái)阻擋灰塵及大部分的雨水;水密線(xiàn)和等壓腔聯(lián)合作用，起到阻水、排水的作用;氣密線(xiàn)用來(lái)阻止空氣的滲透。三道密封線(xiàn)依靠三元乙丙膠條自身的彈性，均能起到阻止空氣滲漏的功能，確保室內、室外空氣隔絕，阻止了熱交換。

　　4.4門(mén)、窗保溫的處理

　　門(mén)窗邊框和扇框采用常規的斷熱處理外，在兩條斷熱條內填充聚氨酯發(fā)泡劑，它是一種將聚氨酯預聚物﹑發(fā)泡劑﹑催化劑等組分裝填于耐壓氣霧罐中的特殊聚氨酯產(chǎn)品。當物料從氣霧罐中噴出時(shí)，沫狀的聚氨酯物料會(huì )迅速膨脹并與空氣或接觸到的基體中的水分發(fā)生固化反應形成泡沫。具有填縫﹑粘結﹑密封﹑隔熱﹑吸音等多種效果，是一種環(huán)保節能﹑使用方便的建筑材料。用在此處，可提高鋁合金框的隔熱性能，從而提高整扇門(mén)、窗的隔熱性能。此外，在邊框、扇框型材的空腔內，塞入保溫巖棉，也同樣起到了隔熱、吸音的作用。

　　5、結語(yǔ)

　　現在很多人認為使用玻璃幕墻的建筑就是高耗能建筑，這樣的結論是毫無(wú)根據的，國家也從未叫停玻璃幕墻。在幕墻設計階段，只要合理進(jìn)行設計，選用合適的玻璃和構造，嚴格遵照節能設計要求，建筑的熱工性能完全可以達到《公共建筑節能設計標準》的要求。本文針對圣彼得堡某幕墻工程對保溫節能的做法進(jìn)行了剖析，對我國嚴寒地區幕墻設計有一定參考價(jià)值。

　　雖然玻璃幕墻的很多方面都會(huì )受到經(jīng)濟條件的制約，業(yè)主的選擇通常起著(zhù)決定性作用。但即便如此，幕墻設計師也要從有經(jīng)驗角度提出合理的建議，以使幕墻在外視效果和功能性等方面都好。此外，幕墻設計師還應該轉變原有的設計理念：變被動(dòng)為主動(dòng)，首先進(jìn)行玻璃幕墻的熱工設計，追求設計功能的主動(dòng)性和積較性，變被動(dòng)設防為主動(dòng)利用能源的設計思想。

　　參考文獻：

　　[1]熊建明.玻璃幕墻建筑節能技術(shù)分析及其經(jīng)濟評價(jià)[J].新型建筑材料.2000(9):15～17

　　[2]GB 50176-2016,民用建筑熱工設計規范[S].中國建筑工業(yè)出版社,北京.2016

　　[3]趙長(cháng)春.幕墻保溫與節能淺析[J].房材與應用.2005(2).32

　　[4]GB 50189-2015,公共建筑節能設計標準[S].中國建筑工業(yè)出版社,北京.2015

　　[5]張雄,張永娟等.現代建筑功能材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.160～170