夏热冬暖地区玻璃幕墙及门窗的节能

当前，建筑节能成为我国可持续发展战略的一部分，社会上对建筑节能的意识也在逐渐增强。我国各地区的气候条件不同，因此不可能在全国采取一种模式，制订一个标准，而应该针对不同地域采取不同的措施，来处理好建筑的节能问题。建筑的节能主要是建筑围护结构节能，而玻璃幕墙和外门窗是建筑围护结构的一个非常重要的组成部分。各地气候条件不同，对幕墙和门窗的性能也有不同的要求，在夏热冬暖地区，隔热是建筑围护结构节能的主要问题。 在我国的海南、台湾、广东大部地区，福建南部、广西大部地区，气候特征主要表现在：夏季时间长，炎热，潮湿，冬季温暖，降水量大，沿海地区多热带风暴和台风，阳光辐射强烈。 因此，降低玻璃幕墙和外门窗对太阳能量的透射能力是节能的关键所在，玻璃成为担当此任的主要材料。 随着建材业的发展和进步，建筑所用的幕墙、门窗玻璃的品种越来越多，按热工性能分有普通透明玻璃、吸热玻璃、热反射镀膜玻璃、ＬＯＷ－Ｅ玻璃等，还有由这些玻璃组成的中空玻璃和夹层玻璃。下面对以上各种玻璃的特性作简单介绍。普通透明玻璃的透射能力较好，基本上可以透过全部太阳能的８０％以上，不同厚度的玻璃只是吸收率在变化。为阻挡太阳热辐射，在玻璃原片中添加一些元素可以制成吸热玻璃，这种玻璃从颜色来划分有茶色、蓝色、灰色和绿色，不同颜色玻璃有不同的透光率和吸热率。在这几种颜色中，玻璃又因为不同的掺杂含量而有颜色的深浅和变化。５毫米的玻璃，其吸收率可达到３０％左右。吸热玻璃因其有吸热的能力而将一部分太阳能吸收，然后通过长波辐射和传热分别传到室内和室外。由于室外的风速比室内大，因而对流换热系数高，所以传到室外的热量要多一些。通过这样的热量转换，太阳光的部分能量未能进入室内，从而达到隔热的目的。吸热玻璃吸收的热量越多，隔热的效果就越好，但吸热和透光经常是矛盾的，因此吸热玻璃的隔热能力也受到一定的限制。 热反射玻璃是镀膜玻璃的一种，它具有对太阳能的反射作用，是建筑节能玻璃的主要品种之一。热反射玻璃的主要优势在于其反射太阳红外线的功能，从而可以大大降低夏季室内的空调负荷，由于热反射玻璃反射太阳能，因而不适宜用于北方寒冷地区。热反射玻璃有各种各样的颜色，各种颜色有不同的反射率，不同膜厚也有不同的反射率。热反射镀膜玻璃的太阳辐射直接透射率明显低于吸热玻璃。离线热反射镀膜玻璃的透射率更低，效果会更好。低辐射玻璃是在玻璃表面镀特殊的金属氧化物薄膜，使照射到玻璃的远红外线被膜层反射，从而降低玻璃的热辐射通过量。热反射玻璃在反射红外线的同时，对可见光的透射也有很大衰减和反射，造成采光不好，反射光造成眩光污染。这时，应用低辐射玻璃是比较好的选择。对于反射太阳辐射而言，低辐射玻璃与吸热玻璃组合成中空玻璃是一种比较好的选择，太阳辐射被吸热玻璃吸收后变成热能，其辐射变成长波辐射，长波辐射被低辐射玻璃反射隔绝而不能进入室内。低辐射镀膜而在中空玻璃中可以放在第二面，也可以放在第三面，两者效果相差不大。 遮阳型ＬＯＷ－Ｅ玻璃采用独特的热喷射镀膜技术制作而成。这种玻璃除本身具有低辐射性能外，还具有阳光控制性能。将遮阳型ＬＯＷ－Ｅ玻璃与其它玻璃组成中空玻璃可以具有更好的隔热性能。 基于各种玻璃的性能和特点，在使用时可采取以下几种节能措施： 一是减少玻璃窗的使用面积，特别是东、西墙面的使用面积。由于墙的传热系数比玻璃幕墙和门窗低，因而玻璃在墙体中所占的比重非常重要。但炎热地区的夏季，太阳高度角高，南、北墙基本晒不到太阳，因而主要是减少东、西墙的窗面积。 二是遮阳。由于空调负荷很多都是来自太阳辐射。而玻璃又是太阳辐射采集的主要建筑设施，因而遮阳对玻璃幕墙和外门窗节能是最有效的。但遮阳措施可能不被建筑师采用，因而在幕墙上使用受到限制。 三是针对需要采用不同种类的玻璃材料，从而减少太阳透过玻璃的直接辐射。这一方法比较有效，而且效果非常好，能满足各方面的需要，但价格昂贵，用在外门窗成本较高。 四是减少外部热空气对室内的传热。这一措施要求减少空气对流和换气，虽然有一定的作用，但对性能较好的幕墙和门窗而言，一般收效不大。减少换气对健康不利，必须慎重考虑，适可而止。 五是通风。由于自然通风可以使空气流通，增大室内风速，因而深受南方居民的喜欢。自然通风良好不仅能保持室内空气的清新，也可以最大限度地减少使用空调的时间，从而达到节能的效果。对于窗而言，增强自然通风主要是增大有效通风面积和对风有一定的导向作用。 因此，正确选择玻璃配合方案是玻璃幕墙和外门窗隔热节能非常关键的另一个方面。在遮阳措施不受到欢迎的情况下，这是惟一的选择。 一般而言，采用单片吸热玻璃或反射玻璃、ＬＯＷ－Ｅ玻璃、ＳＯＩＱＲＥ玻璃能起到一定节能作用，但效果有限，在玻璃面积太大时不能满足要求。采用这些玻璃组成的中空玻璃是较好的选择。 对于中空玻璃而言，外片玻璃一般采用吸热玻璃、热反射玻璃、吸热的ＬＯＷ－Ｅ玻璃或ＳＯＩＱＲＥ玻璃。内片采用透明玻璃、ＬＯＷ－Ｅ玻璃等。这样，外片玻璃吸收绝大部分的太阳辐射热，而空气层将外片玻璃的热辐射阻挡在外面而不对室内产生二次辐射和传热。中空玻璃的采用不仅能降低太阳辐射，也能有效阻止温差传热。但首先是为了减少太阳辐射，这与北方的保温存在原则上的差异。在北方，中空玻璃一般是尽量减少对太阳短波辐射的阻挡，而使得大量的太阳辐射进入室内。而在南方，中空玻璃首先是吸收或反射太阳短波辐射，在利用中空玻璃的空气层有效隔绝差传热和长波辐射，而使得大量的太阳辐射不能进入室内。 太阳能是宝贵的资源，一味隔绝似乎并不是最好的方法。最近，国外开始使用一种光电幕墙，为利用太阳辐射热开辟了一条新路。光电幕墙是在玻璃中间复合光电池板块，然后在装配时将其连接在一起，从而形成一套发电系统。这套发电系统通过一定的储存设备和转换设备将电能转化为可以直接应用的电源，供照明及辅助设施之用。 窗框、扇型材的作用在本文中没有提及，是因为型材在玻璃幕墙和门窗中所占的面积非常小。由于温差传热在门窗、幕墙隔热节能中所占的比例小，所以由于采用不同型材所导致的传热系数变化而增加或减少的传热部分对整体节能的影响不太大。 尽管铝合金型材有高导热系数的缺点，塑料型材在节能方面占有一定的优势，但在南方地区由于隔热的主要矛盾在于对太阳辐射的隔绝，因而衡量玻璃幕墙和外门窗的热工性能主要取决于玻璃。 在南方的建筑上用铝合金作为玻璃幕墙和外门窗的框架材料是非常合适的。铝型材具有较高的强度，加工方便、形式多样、耐候性强，在南方已形成规模，取材方便。更可喜的是铝合金型材已经开发出了许多遮阳百叶系列、卷帘系列等。