玻璃幕墙(以下简称“幕墙”)是现代化建筑的主要外围护结构之一,其节能已成为我国建筑节能的重要一环。本文就幕墙的节能进行技术分析、计算,对节能效果进行经济评价。

  一、 幕墙建筑节能的设计原则

  我国幅员辽阔,当北方还是冰天雪地的时候,南方已是春暖花开的季节。本文提出下列措施,作为幕墙建筑节能的设计原则:(1)严寒地区、寒冷地区和温和地区的幕墙,要进行冬季的保温设计,夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的幕墙,要进行夏季的隔热设计。(2)我国目前尚没有专门的幕墙热工设计标准或规范,幕墙热工设计依据国家现行的外墙和窗户热工设计的有关标准、规范和参考国外的有关热工设计规程。(3)进行幕墙热工设计时,必须对其复杂的传热过程和传热方式进行分析和研究。幕墙的传热过程大致有3种途径:幕墙外表面与周围空气和外界环境间的换热:外表面与周围空气间的对流换热,外表面与外界环境间的辐射换热,外表面与空间的各种长波(如电磁波、红外线等产生的长波)辐射换热;幕墙内表面与室内空气和室内环境间的换热:内表面与室内空气间的对流换热,内表面与室内环境间的辐射换热;幕墙和金属框格的传热:通过单层玻璃的热流传热,通过金属框格传热,通过玻璃的镀膜层减少辐射换热。(4)幕墙的传热系数由建筑物的外形和所处地区的气候条件、型材的传热系数和玻璃的传热系数等综合确定。

  二、铝型材的热工设计型材是幕墙的主要受力构件。

        目前,幕墙绝大部分采用铝型材和彩板型材。本文以铝型材为例进行热工分析和计算。

  1、铝型材的热绝缘系数计算

  根据《民用建筑热工设计规范》(以下简称《热工规范》)规定,铝型材的热绝缘系数R为:R=δ/λ式中:R-材料层的热绝缘系数(m2·K/W);δ-材料层的厚度(m);λ-材料的导热系数〔取203W/(m·K)〕。设一根矩形实心铝型材,厚度为100mm,其热绝缘系数R为:R=0.0005m2·K/W上述计算结果没有考虑实际工程中所采用的是空心铝型材。而厚度为100mm厚的矩形空心铝型材,两边的壁厚一般分别为12mm,空心铝型材实际可导热的厚度仅为两边的壁厚部分(共24mm)。实心铝型材与空心铝型材的热绝缘系数比例为100∶24,空心铝型材的热绝缘系数R为:R=0.002m2·K/W

         2、铝型材的传热热绝缘系数计算

  根据《热工规范》,铝型材的传热热绝缘系数R0为:R0=Ri+R+Re式中:Ri-铝型材内表面换热热绝缘系数(取0.11m2·K/W)(下同);Re-铝型材外表面换热热绝缘系数(取0.04m2·K/W)(下同);R-铝型材热绝缘系数(取0.002m2·K/W)。R0=0.11+0.04+0.002=0.152m2·K/W

  3、铝型材的传热系数计算

  根据《热工规范》,铝型材的传热系数K0为:

  K0=1/R0

  式中:R0-铝型材的传热热绝缘系数,取0.152m2·K/W。

  K0=1/0.152=6.58W/(m2·K)

  上式得出的计算结果是无断热铝型材的基本传热系数,这与《热工规范》表4.4.1中单层窗户的传热系数6.4W/(m2·K)基本相同。

  4、断热铝型材的基本设计要求

  断热铝型材亦称隔热铝型材或绝热铝型材,由铝与塑料(或其它隔热材料)复合而成,其中间塑料隔热层主要生产工艺有嵌入式、挤压式和填充式等。A、断热铝型材的传热过程十分复杂,传热系数很难计算,一般只有通过检测获得数据。参照DIN4108《高层建筑的隔热》(1981.8)(下称“DIN4108规程”)规定,断热铝型材的基本传热系数K0不大于3.5W/(m2·K)。B、断热铝型材的中间塑料层的最小厚度,按DIN4108规程规定,最小应为7mm。C、断热铝型材的中间塑料层的设计,必须满足型材的整体强度和刚度的要求。