新型建筑门窗幕墙的节能设计研究
郝春苗
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郝春苗,. 新型建筑门窗幕墙的节能设计研究[J]. 设计研究,20227. DOI:10.12721/ccn.2022.157005.
摘要: 如今随着人们的生活水平不断提升,人们的生活理念也在逐步地改变,对幕墙门窗的要求也越来越高,简约、美观、实用、节能环保成为了幕墙门窗安装的主题。因此建筑施工企业应当把握时代潮流,不断地适应新的发展趋势,加强对幕墙门窗的节能设计。下面本文就对此展开探讨。
关键词: 新型建筑;门窗幕墙;节能设计
DOI:10.12721/ccn.2022.157005
基金资助:

1建筑门窗幕墙材料分析

在幕墙门窗工程质量管理中,幕墙门窗工程的材料质量是整个工程的基础和前提,直接影响到工程管理的安全性能及整体工程质量。在实际门窗的材料中,随着技术的不断革新,我国幕墙门窗建设取得了较快的发展。建筑幕墙门窗材料如今运用最广泛的玻璃是中空Low-E玻璃,在其玻璃表面镀一到三层银膜,银膜层既能反射远红外光,还能让可见光透过玻璃射入室内,满足室内采光需求同时增强中空玻璃保温隔热性能,降低色散控制眩光,即使太阳光线透过玻璃照进室内,也不会使人感到眩晕,对眼睛起到了一定的保护作用,实现了绿色、环保和低碳的功能。还有一种新型玻璃是真空玻璃,将两片普通玻璃之间用很多细小瓷柱支撑,玻璃之间间隙只有0.2mm,四周密封后,将玻璃间隙抽成真空并密封抽气孔。建筑幕墙门窗使用这样的玻璃兼具隔音性和保温隔热性,不断满足人们的多元化需求。还有一种建筑幕墙门窗广泛使用的材料是断桥隔热铝合金型材,节能性能和保温性能非常明显。断桥隔热铝合金型材,顾名思义,将普通幕墙门窗用的铝合金型材从中间断开,用尼龙条再将断开的铝合金型材连成一体。尼龙的导热只有铝合金型材的1/5,热膨胀系数和铝合金相近,很大程度上提高了保温隔热性能。隔热型材具有较强的硬度,隔热性和机械性能。内、外型材构成较为复杂,必须根据五金配件槽口和五金尺寸进行设计,外表面经过了多重漆装处理,可以让幕墙门窗的室内和室外侧拥有不同颜色,大大地改观了装饰效果,表面涂层能够抵抗多种化学物品的侵蚀。幕墙门窗的相互两个构件之间可以用三元乙丙橡胶条密封,保证了气密性和水密性,三元乙丙橡胶条不但具有抗腐蚀性,而且抗老化性能也较强,开启时也方便灵活。断桥铝合金型材还能降低热传导和热对流,增强保温隔热效果;高性能断桥隔热铝合金节能门窗不仅适用于新建、扩建工程,改建工程也普遍使用。

2 新型建筑门窗幕墙的节能设计策略

2.1合理选择幕墙的玻璃材料

2.1.1吸热玻璃

这类节能型玻璃的主材依旧为玻璃,只是在其中掺入了一定比例的金属离子,从而可以在光照条件下根据金属离子特性呈现出不同的颜色,以增强玻璃幕墙的美观性,同时可以避免阳光直射入室内,在提升艺术设计效果的同时通过吸收太阳辐射热,减少热能渗入而避免室内因温度调节增强能耗,此外还可以吸收太阳可见光,吸收一定的紫外线,从而保障良好且舒适的光照效果,避免视觉眩晕。

2.1.2 钠钙硅酸盐玻璃

这种玻璃在普通玻璃中添加了二氧化硅、氧化钙和氧化钠等成分,可以增强玻璃的化学稳定性和力学强度,保证其在建筑工程中的安全性,另外由于制作成本较低,工艺简单,可以大规模生产加工,产量在玻璃市场中占比较大,很多建筑幕墙上常以此作为隔热玻璃使用,表面可涂上金属氧化膜,其中所含的着色剂具有吸热作用,可实现节能条件下的保温效果,还能滤除红外线,保持恒定的透光率。

2.1.3 热反射玻璃

这种玻璃是以无色透明玻璃为基础原材料,通过化学热分解、真空镀膜等技术,将金银铝铜等金属氧化物镀覆在其表面,形成一层具有热反射效果的金属薄膜,因此又称镀膜玻璃,其热反射率高,但同时具备良好的透光性,由于金属种类不同,外表可呈现出金色、灰色、紫色、青铜色和浅蓝等颜色,丰富多变的色彩可提升玻璃幕墙的装饰性。此外可有效地反射太阳光线,最大限度减少太阳热作用,通过镀膜对波长范围为350~1800nm的太阳光产生一定的控制作用,因此又称阳光控制镀膜玻璃。最后这种玻璃用于玻璃幕墙,利用其单向透像作用,可以控制室内或外某一面的不可见性,从而发挥保护隐私或是吸引人群的作用,且可以映射室外和天空之景,从而在镜面上形成一幅幅生动形象的自然之画,因此又称镜面玻璃。

2.2合理选择玻璃幕墙形式

2.2.1双层玻璃幕墙

为了保证玻璃幕墙设计的合理性与科学性,还需要考虑其遮阳性和通风性,预留遮阳篷构件安置空间,根据不同地区的季节性气温变化,采取敞开式外循环以及封闭式内循环设计,合理控制通风层宽度使空气顺畅流动,从而可以在炎热的夏季和寒冷的冬季使热量排出和保留在室内,以减少建筑物的调节温度负荷,达到节能标准。(双层玻璃幕墙的节能效果可由其工作原理体现,具体可参见下图1)

图片3.png

图1  双层玻璃幕墙的工作原理图

2.2.2中空玻璃幕墙

中空玻璃是由两层或多层玻璃组成,但是中间被间隔框架隔开,外部多层平板玻璃周边由复合粘接剂密接,由于中空部分填充了干燥剂,形成了有干燥气体的空间,同时外侧玻璃中间空气层侧可以镀膜,从而可有效减少热能耗散,因此隔热节能效果较好,此外还可隔音降噪,防止因辐射热引起的不舒适感,也可达到防晒和防夕照目眩的效果,因此非常适用于营造良好的建筑内部空间,在办公大楼、展览室、图书馆等公共建筑中较为常用,并且高性能中空玻璃有多种色彩,可以根据建筑物类型镀上合适的金属膜,以满足门窗幕墙的美观性要求。

2.3合理选择隔断和密封材料

2.3.1应用铝合金隔热型材料

铝合金隔热型材料是节能型门窗幕墙的框架,将其合理设计运用可以减小铝合金横梁与立柱的热损,以改善玻璃幕墙整体结构的隔热效果,其应用方式主要是在不改变铝合金型材截面积的情况下,在连续的隔热区域通过注胶式和滚压嵌入式隔热型材料使铝合金型材被隔成两个部分,由于这些隔热材料的导热系数要远远小于铝合金,但同时又保留了其力学性能,可在保证幕墙安全的情况下降低热能损耗,同时隔热胶的密封性也较好。

2.3.2改善门窗幕墙的气密性

门窗幕墙的气密性关乎其散热量,因此在进行节能设计时,要严格按照门窗幕墙设计等级控制气密性,主要是通过各种性能不同的密封材料对玻璃面板之间和玻璃与金属构件之间、门窗边沿的缝隙进行密封处理,由于密封材料多样,需要根据其材料性能,在门窗幕墙中的使用位置、面板材料与框架形式等合理选择。

2.4 完善玻璃幕墙的遮阳系统

玻璃幕墙的遮阳系统与幕墙的采光、隔热、保温等功能有很大的关系,同时也可作为一种装饰物,要想从中实现节能目的,需要合理设计其设置位置、遮阳形式、遮阳构件,可选取具备遮阳性的玻璃材料,如高性能隔热和热反射玻璃材料制备的玻璃遮阳板,此外还可设置为活动遮阳形式,并配置光感和温感应器,在遮阳构件中引入电机带动齿轮机构和传动杆机构,从而可以根据光照角度和室内温度要求实现自动化控制,对于面积较大的玻璃幕墙来说,节能效果十分显著。

3结语

综上所述,门窗幕墙作为建筑物的重要外围结构,对其进行节能性设计是大势所趋,而国家的发展和建筑行业的进步使得人们在节能型玻璃材料、密封材料及各种与幕墙功能性相关的节能技术上有了更多的选择,为了全面提升门窗幕墙节能性能,同时实现绿色环保目标,需要遵循建筑美学和功能需要,掌握幕墙工程的设计标准规范,理解节能降耗理念,尊重工程实际状况,认真选择各种幕墙材料和幕墙形式,设置好遮阳、保温等体系,以平衡幕墙功能和节能要求,提高玻璃幕墙工程的经济效益和环保效益。

参考文献:

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