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浅析铝合金玻璃幕墙在高层建筑上的运用

2021年06月28日 莆田机械设备网

浅析铝合金玻璃幕墙在高层建筑上的运用

玻璃幕墙是当代的一种新型墙体,它赋予建筑的*大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来,建筑物从不同角度呈现出不同的色调,随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美。玻璃幕墙是近代科学技术发展的产物,也是现代高层建筑时代的显著特征。玻璃幕墙的节能途径通常是通过采用镀膜玻璃、LOW-E玻璃、热反射玻璃、中空玻璃及断热桥铝型材来降低结构传热系数,消除结构体系热桥,降低空气渗透热损失,提高密封性等来实现的。工程通过采用断热铝型材及充入氩气的中空玻璃结构实现断热节能,降低了通过传导的热量损耗,降低室内水分因过饱和而冷凝在铝型材表面的可能性。因此,铝合金玻璃幕墙在高层建筑上的运用受到了业内人士的广泛关注。

浅析铝合金玻璃幕墙在高层建筑上的运用  1.高层建筑铝合金玻璃幕墙的应用和发展

由内外两层玻璃幕墙组成的通风式幕墙,又称双层幕墙、呼吸式幕墙、热通道幕墙。内外两层幕墙之间形成一个通风换气层,由于此换气层中空气的流通或循环作用,使内层幕墙的温度接近室内温度,减小温差,它比传统的幕墙采暖时节约能源42%~52%,制冷时节约能源38%~60%。随着我国经济建设不断发展,建筑幕墙作为一项高技术产品在我国建筑业发展突飞猛进。随着铝合金隐框幕墙的发展,铝板幕墙也异军突起,配合铝合金玻璃幕墙在幕墙工程中进行使用,使得我国高层建筑更加光彩艳丽,形成各种颜色,各种材料组合形成美丽的幕墙图案。使用铝板制成的幕墙是建筑幕墙的一种形式,它多用于作墙体的蔽护和不采光的墙壁,代替马赛克和釉面砖喷涂外墙。目前国内建筑市场上能够用于幕墙工程的铝板大致有单层铝板、复合铝板和蜂窝铝板等几种类型。复合铝板目前被广泛应用。

玻璃幕墙的传热过程大致有三种途径:一是玻璃和铝合金金属框格的传热: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;二是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;三是玻璃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辐射换热。四是普通玻璃幕墙采用单层玻璃和铝合金型材的梁柱结构,而节能玻璃幕墙则应从上述三种途径加以考虑:**种途径对节点设计影响*大,针对玻璃的导热性能,设计时采用中空玻璃;针对铝框的导热性能,设计时采用尼龙66等结构塑料,形成断桥,可增大热阻,减少热传导,从而设计隔热幕墙。在此基础上,再考虑第二种途径和第三种途径,在构造上采用双层LOW-E玻璃,上下端对流开口,从而设计动态幕墙。

建筑幕墙是建筑围护结构的组成部分,是建筑物热交换、热传导*活跃、*敏感的部位,玻璃作为建筑幕墙的重要构成部分,是建筑物外墙的各种材料*薄、*容易传热的材料,所以要节约能源,就要改变玻璃的热工性能。中空玻璃是由两片或多片玻璃组成,玻璃间用内部灌有干燥剂的空心铝管隔离,同时中空部分充入干燥空气或惰性气体,并用丁基胶,聚硫胶或结构胶进行密封处理而成,在某些条件下,中空玻璃的断热性能优于一般混凝土墙,普通双层中空玻璃比单层玻璃热传导系数小30%左右,反射中空玻璃比单层玻璃的热传导系数小70%左右,同时中空玻璃具有极好的隔音性能,一般可使噪音降低39~40分贝。如采用两片不同厚度的玻璃原片制成的中空玻璃,由于减少了共振,其隔音效果更佳。现阶段,大多数提高玻璃幕墙节能保温性能的工程主要措施是采用镀膜玻璃、Low-E玻璃、热反射玻璃、中空玻璃及隔热断桥铝型材降低结构传热系数K、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。

智能幕墙是通风式幕墙的延伸,是在智能化建筑的基础上对建筑配套技术适度控制,通过计算机有效调节室内空气、温度和光线,其建筑能耗只相当于传统幕墙的30%。光电幕墙的基本单元为光电板,光电板是由若干个光电电池进行串、并联组合而成的电池阵列,将电池阵列放入两层玻璃中用铸膜树脂热固而成,在光电板背面接线盒和导线,这样就可以将太阳能转化为电能为人们所使用。一般情况下,此种幕墙的立柱和横梁采用隔热铝型材。为了减少冬季采暖供热的热损失和能源消耗,为了减少夏季空调制冷的热袭入和能源消耗,玻璃幕墙热工设计的发展趋向是:对于以采暖供热为主的幕墙追求达到温室效应,对于以空调制冷为主的幕墙追求达到冷房效果,无论何种幕墙都将追求合理利用太阳能。动态幕墙是一种很好的发展方向,由光电板系统和幕墙系统组成的光电幕墙也是主动利用太阳能的一个应用发展方向,综合运用光能、热能、电能的智能玻璃幕墙是*理想的发展方向。我国建筑能耗是相同气候条件发达国家建筑能耗的2~3倍,在全面建设小康社会的进程中,节能减排的任务十分艰巨。建筑节能是提高住宅舒适度,降低使用费用的基础,也是可持续发展的迫切要求,只有把资源节约、降低能耗放在突出位置,才能更好地促进和谐社会的建设。

2.玻璃幕墙的热工性能及节能措施

玻璃幕墙作为建筑外围护结构,其传热耗热量及冷风渗透耗热量所产生的热损失占全部建筑能耗的40%~50%,如果玻璃幕墙采用合理的结构则可大幅降低能量损耗。玻璃幕墙对既有建筑能耗的影响主要有两个方面:一是玻璃幕墙的热工性能影响到冬季采暖、夏季空调室内外温差传热。二是幕墙的透明材料受太阳辐射影响而造成的建筑室内的得热。

玻璃幕墙的热工性能主要包括:传热系数K、遮阳系数Sc和抗结露系数。传热系数K值是指由于玻璃热传递和室内外温差,所形成的空气到空气的传热量,其传热过程包括对流和导热两种方式。传热系数是玻璃幕墙热工性能的重要方面,我国《建筑幕墙物理性能分级》中的保温性能即由此划分,K值越低,通过玻璃的传热量也越低。玻璃幕墙的遮阳系数是指在相同条件下,太阳辐射能量透过幕墙玻璃的热量与透过3mm透明玻璃的热量之比,Sc值越小,阻挡阳光直接辐射的性能越好。所以较低的K值和较小的Sc值即可有效地降低三种热传递。根据实验结果,导热及对流传热的能力可以用传热系数来衡量,辐射传热能力可用遮阳系统来控制,建筑物的传热是上述三种方式综合作用的结果。玻璃幕墙的节能设计重点是设计合理的控制手段以达到节能目的,影响玻璃幕墙的热工性能可以通过控制传热和增加遮挡来实现节能。

根据节能设计标准,透明玻璃幕墙的热工性能要求与窗相同,传热系数与遮阳系数应根据其在外墙上所占面积比例确定。透明玻璃所占的面积越大,传热系数和遮阳系数要求也越小。由于透明玻璃的面积不得大于所在外墙面积的70%,而玻璃幕墙背后有建筑结构梁柱,同时还要满足防火规范所要求的玻璃幕墙上下层之间需要设置800mm高的防火墙。我们则可以把两个部位的玻璃幕墙设计成为不透明的玻璃或者其他材料,如果遇到两个部位的面积和不到整个玻璃幕墙的30%,可通过建筑师设计过程中的计算和设计,适当增加不透明的玻璃幕墙比例,从而调整整个幕墙的系统虚实比例,这样*终满足整个玻璃幕墙的节能要求。

随窗墙比的增大,通过透明玻璃幕墙的得热急剧增加,空调冷负荷也随之急剧增加。

由于加工工艺不同,玻璃可以分为普通平板玻璃、吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃和一些有特殊用途的功能玻璃,各种玻璃的传热系数不同。幕墙型材对幕墙的热工性能的影响:无论是明框、隐框、吊挂式、点支式还是单元式玻璃幕墙,其结构框架特别是连接点型材的性能都对玻璃幕墙的热工性能有一定的影响。