淺析鋁合金玻璃幕墻在高層建筑上的運用

【中玻網】玻璃幕墻是當代的一種新型墻體，它賦予建筑的非常大特點是將建筑美學、建筑功能、建筑節能和建筑結構等因素農業生產體系地統一起來，建筑物從不同角度呈現出不同的色調，隨陽光、月色、燈光的變化給人以動態的美。玻璃幕墻是近代科學技術發展的產物，也是現代高層建筑時代的顯著特征。玻璃幕墻的節能途徑通常是通過采用鍍膜玻璃、LOW-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃及斷熱橋鋁型材來降低結構傳熱系數，清理結構體系“熱橋”，降低空氣滲透熱損失，提高密封性等來實現的。工程通過采用斷熱鋁型材及充入氬氣的中空玻璃結構實現斷熱節能，降低了通過傳導的熱量損耗，降低室內水分因過飽和而冷凝在鋁型材表面的可能性。因此，鋁合金玻璃幕墻在高層建筑上的運用受到了業內人士的廣泛關注。

　　1.高層建筑鋁合金玻璃幕墻的應用和發展

　　由內外兩層玻璃幕墻組成的通風式幕墻，又稱雙層幕墻、呼吸式幕墻、熱通道幕墻。內外兩層幕墻之間形成一個通風換氣層，由于此換氣層中空氣的流通或循環作用，使內層幕墻的溫度接近室內溫度，減小溫差，它比傳統的幕墻采暖時節約能源42%～52%，制冷時節約能源38%～60%。隨著我國經濟建設不斷發展，建筑幕墻作為一項高技術產品在我國建筑業發展突飛猛進。隨著鋁合金隱框幕墻的發展，鋁板幕墻也異軍突起，配合鋁合金玻璃幕墻在幕墻工程中進行使用，使得我國高層建筑更加光彩艷麗，形成各種顏色，各種材料組合形成美麗的幕墻圖案。使用鋁板制成的幕墻是建筑幕墻的一種形式，它多用于作墻體的蔽護和不采光的墻壁，代替馬賽克和釉面磚噴涂外墻。目前國內建筑市場上能夠用于幕墻工程的鋁板大致有單層鋁板、復合鋁板和蜂窩鋁板等幾種類型。復合鋁板目前被廣泛應用。

　　玻璃幕墻的傳熱過程大致有三種途徑：一是玻璃和鋁合金(不銹鋼)金屬框格的傳熱：通過單層玻璃的熱流傳熱，通過金屬框格傳熱，通過玻璃的鍍膜層減少輻射換熱；二是幕墻內表面與室內空氣和室內環境間的換熱：內表面與室內空氣間的對流換熱，內表面與室內環境間的輻射換熱；三是玻璃幕墻外表面與周圍空氣和外界環境間的換熱；外表面與周圍空氣間的對流換熱，外表面與外界環境間的輻射換熱，外表面與空間的各種長波輻射換熱。四是普通玻璃幕墻采用單層玻璃和鋁合金型材的梁柱結構，而節能玻璃幕墻則應從上述三種途徑加以考慮：靠前種途徑(熱傳導)對節點設計影響非常大，針對玻璃的導熱性能，設計時采用中空玻璃;針對鋁框的導熱性能，設計時采用尼龍66等結構塑料，形成“斷橋”，可加大熱阻，減少熱傳導，從而設計隔熱幕墻。在此基礎上，再考慮第二種途徑(熱對流)和第三種途徑(熱輻射)，在構造上采用雙層LOW-E玻璃，上下端對流開口，從而設計動態幕墻。

　　建筑幕墻是建筑圍護結構的組成部分，是建筑物熱交換、熱傳導較活躍、較敏感的部位，玻璃作為建筑幕墻的重要構成部分，是建筑物外墻的各種材料較薄、較容易傳熱的材料，所以要節約能源，就要改變玻璃的熱工性能。中空玻璃是由兩片或多片玻璃組成，玻璃間用內部灌有干燥劑的空心鋁管隔離，同時中空部分充入干燥空氣或惰性氣體，并用丁基膠，聚硫膠或結構膠進行密封處理而成，在某些條件下，中空玻璃的斷熱性能優于一般混凝土墻，普通雙層中空玻璃比單層玻璃熱傳導系數小30%左右，反射中空玻璃比單層玻璃的熱傳導系數小70%左右，同時中空玻璃具有較好的隔音性能，一般可使噪音降低39～40分貝。如采用兩片不同厚度的玻璃原片制成的中空玻璃，由于減少了共振，其隔音效果更佳。現階段，大多數提高玻璃幕墻節能保溫性能的工程主要措施是采用鍍膜玻璃、Low-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃及隔熱斷橋鋁型材降低結構傳熱系數K、清理結構體系“熱橋”、降低空氣滲透熱損失、減少開啟窗扇面積、提高其密封性等。

　　智能幕墻是通風式幕墻的延伸，是在智能化建筑的基礎上對建筑配套技術(暖、熱、光、電)適度控制，通過計算機有效調節室內空氣、溫度和光線，其建筑能耗只相當于傳統幕墻的30%。光電幕墻的基本單元為光電板，光電板是由若干個光電電池進行串、并聯組合而成的電池陣列，將電池陣列放入兩層玻璃中用鑄膜樹脂熱固而成，在光電板背面接線盒和導線，這樣就可以將太陽能轉化為電能為人們所使用。一般情況下，此種幕墻的立柱和橫梁采用隔熱鋁型材。為了減少冬季采暖供熱的熱損失和能源消耗，為了減少夏季空調制冷的熱襲入和能源消耗，玻璃幕墻熱工設計的發展趨向是：對于以采暖供熱為主的幕墻追求達到溫室效應，對于以空調制冷為主的幕墻追求達到冷房效果，無論何種幕墻都將追求合理利用太陽能。動態幕墻(也稱熱通道幕墻、雙層通風幕墻)是一種很好的發展方向，由光電板系統和幕墻系統組成的光電幕墻也是主動利用太陽能的一個應用發展方向，綜合運用光能、熱能、電能的智能玻璃幕墻是較理想的發展方向。我國建筑能耗是相同氣候條件發達國家建筑能耗的2～3倍，在一體建設小康社會的進程中，節能減排的任務十分艱巨。建筑節能是提高住宅舒適度，降低使用費用的基礎，也是可持續發展的迫切要求，只有把資源節約、降低能耗放在突出位置，才能更好地促進和諧社會的建設。

　　2.玻璃幕墻的熱工性能及節能措施

　　玻璃幕墻作為建筑外圍護結構，其傳熱耗熱量及冷風滲透耗熱量所產生的熱損失占全部建筑能耗的40%～50%，如果玻璃幕墻采用合理的結構則可大幅降低能量損耗。玻璃幕墻對既有建筑能耗的影響主要有兩個方面：一是玻璃幕墻的熱工性能影響到冬季采暖、夏季空調室內外溫差傳熱。二是幕墻的透明材料(如玻璃)受太陽輻射影響而造成的建筑室內的得熱。

　　玻璃幕墻的熱工性能主要包括：傳熱系數K、遮陽系數Sc和抗結露系數。傳熱系數K值是指由于玻璃熱傳遞和室內外溫差，所形成的空氣到空氣的傳熱量，其傳熱過程包括對流和導熱兩種方式。傳熱系數是玻璃幕墻熱工性能的重要方面，我國《建筑幕墻物理性能分級》中的保溫性能即由此劃分，K值越低，通過玻璃的傳熱量也越低。玻璃幕墻的遮陽系數是指在相同條件下，太陽輻射能量透過幕墻玻璃的熱量與透過3mm透明玻璃的熱量之比，Sc值越小，阻擋陽光直接輻射的性能越好。所以較低的K值和較小的Sc值即可有效地降低三種熱傳遞。根據實驗結果，導熱及對流傳熱的能力可以用傳熱系數來衡量，輻射傳熱能力可用遮陽系統來控制，建筑物的傳熱是上述三種方式綜合作用的結果。玻璃幕墻的節能設計要點是設計合理的控制手段以達到節能目的，影響玻璃幕墻的熱工性能可以通過控制傳熱和增加遮擋來實現節能。

　　根據節能設計標準,透明玻璃幕墻的熱工性能要求與窗相同,傳熱系數與遮陽系數應根據其在外墻上所占面積比例確定。透明玻璃所占的面積越大,傳熱系數和遮陽系數要求也越小。由于透明玻璃的面積不得大于所在外墻面積的70%,而玻璃幕墻背后有建筑結構梁柱，同時還要滿足防火規范所要求的玻璃幕墻上下層之間需要設置800mm高的防火墻。我們則可以把兩個部位的玻璃幕墻設計成為不透明的玻璃或者其他材料,如果遇到兩個部位的面積和不到整個玻璃幕墻的30%,可通過建筑師設計過程中的計算和設計，適當增加不透明的玻璃幕墻比例，從而調整整個幕墻的系統虛實比例，這樣較終滿足整個玻璃幕墻的節能要求。

　　隨窗墻比(幕墻透明部分和非透明部分的面積比)的加大，通過透明玻璃幕墻的得熱急劇增加，空調冷負荷也隨之急劇增加。

　　由于加工工藝不同，玻璃可以分為普通平板玻璃、吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃和一些有特殊用途的功能玻璃，各種玻璃的傳熱系數不同。幕墻型材對幕墻的熱工性能的影響：無論是明框、隱框、吊掛式、點支式還是單元式玻璃幕墻，其結構框架特別是連接點型材的性能都對玻璃幕墻的熱工性能有一定的影響。