鋁門窗及幕墻節(jié)能技術的應用

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　一、概述

　　近年來，隨著我國建筑門窗及玻璃幕墻行業(yè)的長足發(fā)展，傳統(tǒng)的木制窗戶、實腹和空腹鋼窗已基本被淘汰，各種新型建筑門窗及玻璃幕墻得到廣泛應用。這些產(chǎn)品由于結構及材質的改變，的確讓人們感覺到賞心悅目，但是功能方面尤其是熱工性能方面仍存在指標不高，能源損失較大，理想的室內溫度環(huán)境無法保證等問題，讓人們漸漸感到普通窗及幕墻在寒冷地區(qū)或炎熱地區(qū)使用的美中不足。

　　二、關于鋁合金窗及幕墻的節(jié)能

　　1．節(jié)能的本質

　　建筑的節(jié)能包含很多方面，而鋁合金窗及玻璃幕墻的節(jié)能是其重要組成部分。鋁合金窗、幕墻的節(jié)能主要是指通過產(chǎn)品的結構設計、材料選用等措施，使建筑物在使用過程中，以盡量少的能量消耗而獲得理想的溫度環(huán)境和光線環(huán)境的過程。比如：在炎熱的夏季和寒冷的冬季，人們?yōu)榱双@得正常的使用環(huán)境，常常需要使用消耗電能的電器設施來調節(jié)室內溫度環(huán)境。而窗及幕墻的節(jié)能效果，直接影響到耗能的多少。一般而言，節(jié)能窗及節(jié)能幕墻產(chǎn)品在炎熱的夏季應具有較高的隔熱性能，在寒冷的冬季應具有較高的保溫功能。

　　那么，如何實現(xiàn)夏季隔熱，冬季保溫功能呢？

　　首先要了解傳熱方式。我們都知道，傳熱有三種方式：

　　1）對流輻射導熱。

　　對流傳熱：是指具有熱能的氣體或液體在移動的同時所進行的熱交換現(xiàn)象。

　　輻射傳熱：是以電磁波的形式把熱由一個物體傳向另一個物體的現(xiàn)象。

　　導熱：是指物體內部的熱由高溫側向低溫側轉移的現(xiàn)象。

　　建筑物的傳熱是上述三種方式綜合作用的結果。為此，窗及玻璃幕墻的節(jié)能設計重點是在上述三種傳熱方式中設計合理的控制手段，以達到節(jié)能目的。而在影響玻璃幕墻、鋁合金窗的熱工性能方面，可以通過控制傳熱和增加遮擋來實現(xiàn)節(jié)能。

　　根據(jù)實驗結果，導熱及對流傳熱的能力可以用傳熱系數(shù)來衡量，輻射傳熱能力可用遮陽系統(tǒng)來控制。

　　傳熱系數(shù)K0=1/（Ri+d/λ+1/Re）[W/㎡·K]

　　式中Ri，Re——表面熱轉移系數(shù)2·K/Wλ——介質導熱系數(shù)W/m·K

　　d——介質厚度

　　K0被稱為總傳熱系數(shù)，R0被稱為總傳熱阻，R0=1/K0，K0和R0是在門窗、幕墻熱工計算中的兩個非常重要的物理量。

　　2．我國關于節(jié)能方面一些規(guī)定

　　隨著我國建筑節(jié)能意識的提高，對節(jié)能窗及玻璃幕墻的傳熱系數(shù)作如下初步規(guī)定：

　?。?）一般要求傳熱系數(shù)保值期限為8年。

　　（2）高級公寓式建筑規(guī)定為A類，K=2～2.4W/㎡·K

　?。?）中檔商品寫字樓規(guī)定為B類，K=2.6～3W/㎡·K

　?。?）一般性工程規(guī)定為C類，K=3.1～6W/㎡·K

　　國外同類民用節(jié)能窗及玻璃幕墻傳熱系數(shù)一般規(guī)定為K=1.8～2W/㎡·K且穩(wěn)定期限不低于10年。

　　三、門窗、幕墻節(jié)能的方法

　　鋁合金窗及玻璃幕墻常見節(jié)能方法分以下幾種：

　　玻璃節(jié)能法

　　鋁合金斷熱型材節(jié)能法

　　雙（多）層結構體系節(jié)能法

　　遮陽體系節(jié)能法

　　點支承玻璃幕墻節(jié)能法

　　1．玻璃節(jié)能法

　　對于鋁合金窗及玻璃幕墻來說，由于玻璃的面積占據(jù)立面的絕大部分，可以參與熱交換的面積較大，就決定了玻璃是窗、玻璃幕墻節(jié)能的關鍵。

　　（1）玻璃是否鍍膜及膜層材質可初步確定其節(jié)能效果，通常情況下，玻璃可分為以下幾大類：1）浮法清玻璃2）在線鍍膜玻璃3）離線鍍膜玻璃4）低輻射在線鍍膜玻璃5）低輻射離線鍍膜玻璃。這些玻璃傳熱系數(shù)雖然沒有明顯的變化，但由于膜層對光（能量）的控制能力不同，使其節(jié)能效果依次增加。

　　（2）根據(jù)玻璃結構形式，又可分以下幾類：1）單層玻璃2）中空玻璃3）多層中空玻璃。其傳熱系數(shù)依次降低，即節(jié)能效果逐次增強。通過計算和實驗數(shù)據(jù)顯示，通常單片玻璃的傳熱系數(shù)K=6W/㎡·K左右，中空玻璃（普通）K=2.3～3.2W/㎡·K，而采用離線低輻射鍍膜中空玻璃（中空層充惰性氣體）K=1.4～1.8W/㎡·K。

　　（3）對玻璃除上述方法外，還可以采用貼節(jié)能膜方法，提高節(jié)能效果。

　　2．鋁合金斷熱型材節(jié)能法：

　　鋁合金型材在窗及幕墻系統(tǒng)中，不但起著支承龍骨的作用，而且對節(jié)能效果也有較大影響。通常情況下，鋁合金型材斷面比玻璃面積小得多，為此，導熱對節(jié)能效果的影響較大，為此，產(chǎn)生了斷熱型材。根據(jù)斷熱鋁型材加工方法的不同，分為灌注式斷熱鋁型材和插條式斷熱鋁型材。這兩種形式的鋁合金斷熱型材共同的特點都是在內、外兩側鋁材中間采用有足夠強度的低導熱系數(shù)的隔離物質隔開。從而降低傳熱系數(shù)，增加熱阻值。即使在炎熱的夏季，當太陽暴曬的情況下，斷熱型材室外部分表面溫度通?？蛇_35～85℃，而室內仍可維持在24～28℃左右，有效地減少傳到室內的熱量，可減少制冷費用；而在寒冷的冬季，室外鋁材的溫度可與環(huán)境溫度相當（一般-28～-20℃）而室內鋁材仍然可達到8～15℃，從而減少熱量損失，節(jié)約冬季取暖的費用，從而達到節(jié)能目的。

　　3．雙（多）層結構體系節(jié)能法。

　　通常的窗及玻璃幕墻，在溫暖地區(qū)，一般為單層結構，而在寒冷或炎熱地區(qū)，則可以采用多層（雙）層窗或雙層幕墻/動態(tài)幕墻的方法，利用兩層結構間的空氣層（通過設計的空氣層），降低系統(tǒng)總傳熱系數(shù)的辦法，來實現(xiàn)節(jié)能目的。

　　4．遮陽體系節(jié)能法：

　　由于鋁合金窗及玻璃幕墻大面積采用玻璃，太陽的照射是輻射熱。節(jié)能的本質就是如何實現(xiàn)在烈日炎炎的夏季將光（能量）擋在室外，或在寒冷的冬季能讓充足的光（能量）傳入室內。盡管建筑材料的研究人員做了不少的努力，但仍然難以找到理想的材料來解決這個問題。在鋁合金窗和幕墻體系上融入遮陽技術也是節(jié)能的有效途徑之一。在國外，已有系統(tǒng)的遮陽產(chǎn)品得到廣泛應用，并取得顯著節(jié)能效果，相信在國內也必然受到青睞。

　　5．點支承玻璃幕墻的節(jié)能方法：

　　點支承玻璃幕墻的節(jié)能除了可采取前面提到的玻璃方法以外，還要處理好玻璃與駁接頭處的斷熱設計。工程經(jīng)驗和實驗證明，在寒冷地區(qū)和炎熱地區(qū)，點支式幕墻節(jié)能設計值得采用。

　　四、鋁合金節(jié)能窗與塑鋼窗的比較說明

　　1．檔次上的差別：國內的鋁合金斷熱窗和塑鋼窗是分別適合于不同建筑的消費群體，統(tǒng)計資料顯示，塑鋼窗適用于一般低層住宅，往往這種檔次的產(chǎn)品的消費者對該產(chǎn)品的質量要求不是很高，而高性能斷熱鋁合金窗則適用于各類高度、各類檔次建筑，且質量、壽命性能都經(jīng)受得住高標準考驗。

　　2．性能上的差別：二者節(jié)能效果相近；但是由于材質的區(qū)別，塑鋼窗使用一段時間之后容易發(fā)生變形，密封性能不如高性能鋁合金窗。

　　3．壽命上的差別：由于材質的強度和彈性模量及耐磨性能差別較大，使高性能鋁合金窗使用壽命往往大于塑鋼窗的使用壽命。

　　4．價格上的差別：一般說來，高性能鋁合金窗價格通常比塑鋼窗的價格要高一些。但從長遠考慮，高性能鋁合金窗價格雖然高，但使用年限長；而塑鋼窗雖然價格較便宜，但使用年限短。因此，綜合價格比相當。

　　由此可見，高性能鋁合金窗更具競爭優(yōu)勢。

　　五、關于全隱框鋁合金幕墻是否采用斷熱型材的問題

　　斷熱鋁型材應用于窗及明框玻璃幕墻，為達到與其等效的保溫、隔熱效果，斷熱鋁型材一般與中空玻璃配套使用。對于明框玻璃幕墻，由于室內外的鋁合金為一體或直接接觸，而鋁合金的導熱系數(shù)很大，保溫、隔熱效果不好。所以，明框玻璃幕墻采用中空玻璃配斷熱鋁型材，具有明顯的保溫、隔熱效果。而對于隱框玻璃幕墻由于幕墻結構與室外直接接觸的是中空玻璃，玻璃與鋁型材之間是硅酮結構膠，結構膠內側是鋁型材。而一般鍍膜中空玻璃導熱系數(shù)2.3≤K≤3.2，如采用離線LOW-E鍍膜制成的中空玻璃1.4≤K≤1.8，保溫、隔熱效果已經(jīng)很好，且結構膠也是低導熱材料，也有良好的保溫隔熱作用。理論分析和實驗結果表明，隱框玻璃幕墻不必采用斷熱鋁合金型材。

　　六、經(jīng)濟分析

　　通常情況下采用節(jié)能產(chǎn)品往往比普通產(chǎn)品先期投入價格要高出10%～40%；但是通過對建造成本及運營成本的綜合分析表明，通常投資者在建筑使用5～7年即可收回由于采用節(jié)能產(chǎn)品而增加的投入，并可使投資者在以后的使用過程中獲得可觀的經(jīng)濟效益。一次投資，終身受益。因此，從長遠打算還是使用節(jié)能產(chǎn)品更經(jīng)濟。