鋁合金窗及幕墻節能技術

    提要：文章介紹了鋁合金窗及玻璃幕墻節能方法，倡導推廣使用節能窗及幕墻產品。

    一、引言
     近年來，隨著我國建筑門窗及玻璃幕墻行業的長足發展，傳統的木制窗戶、實腹和空腹鋼窗已基本被淘汰，各種新型建筑門窗及玻璃幕墻得到廣泛應用。這些產品由于結構及材質的改變，的確讓人們感覺到賞心悅目，但是功能方面尤其是熱工性能方面仍存在指標不高，能源損失較大，理想的室內溫度環境無法保證等問題，讓人們漸漸感到普通窗及幕墻在寒冷地區或炎熱地區使用的美中不足。據國家建設部有關部門統計，我國建筑能耗約占全國總能耗的25%，在建筑建造能耗和使用過程中的運營能耗之中，運營能耗占據絕大部分。門窗和幕墻散失的能耗占建筑運營能耗的51%左右。由此可見，窗及幕墻在炎熱或寒冷地區的節能問題值得研究！

    二、關于鋁合金窗及幕墻的節能
    1．節能的本質
     建筑的節能包含很多方面，而鋁合金窗及玻璃幕墻的節能是其重要組成部分。鋁合金窗、幕墻的節能主要是指通過產品的結構設計、材料選用等措施，使建筑物在使用過程中，以盡量少的能量消耗而獲得理想的溫度環境和光線環境的過程。比如：在炎熱的夏季和寒冷的冬季，人們為了獲得正常的使用環境，常常需要使用消耗電能的電器設施來調節室內溫度環境。而窗及幕墻的節能效果，直接影響到耗能的多少。一般而言，節能窗及節能幕墻產品在炎熱的夏季應具有較高的隔熱性能，在寒冷的冬季應具有較高的保溫功能。

     那么，如何實現夏季隔熱，冬季保溫功能呢？

     首先要了解傳熱方式。我們都知道，傳熱有三種方式：

    1）對流2）輻射3）導熱。

     對流傳熱：是指具有熱能的氣體或液體在移動的同時所進行的熱交換現象。

     輻射傳熱：是以電磁波的形式把熱由一個物體傳向另一個物體的現象。

     導熱：是指物體內部的熱由高溫側向低溫側轉移的現象。

     建筑物的傳熱是上述三種方式綜合作用的結果。為此，窗及玻璃幕墻的節能設計重點是在上述三種傳熱方式中設計合理的控制手段,以達到節能目的。而在影響玻璃幕墻、鋁合金窗的熱工性能方面，可以通過控制傳熱和增加遮擋來實現節能。

     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。

    傳熱系數 K0=1/（Ri+d/λ+1/Re） [W/m2· K]
    式中 Ri，Re——表面熱轉移系數2· K/ W λ——介質導熱系數W/m· K
     d——介質厚度
     K0被稱為總傳熱系數，R0被稱為總傳熱阻，R0=1/K0，K0和R0是在門窗、幕墻熱工計算中的兩個非常重要的物理量。

    2．我國關于節能方面一些規定
     隨著我國建筑節能意識的提高，對節能窗及玻璃幕墻的傳熱系數作如下初步規定：

    （1）一般要求傳熱系數保值期限為8年。

    （2）高級公寓式建筑規定為A類，K=2～2.4 W/m2·K
    （3）中檔商品寫字樓規定為B類，K=2.6～3 W/m2·K
    （4）一般性工程規定為C類，K=3.1～6 W/m2·K
     國外同類民用節能窗及玻璃幕墻傳熱系數一般規定為K=1.8～2 W/m2·K且穩定期限不低于10年。

    三、門窗、幕墻節能的方法
     鋁合金窗及玻璃幕墻常見節能方法分以下幾種：

     玻璃節能法
     鋁合金斷熱型材節能法
     雙（多）層結構體系節能法
     遮陽體系節能法
     點支承玻璃幕墻節能法
    1．玻璃節能法
     對于鋁合金窗及玻璃幕墻來說，由于玻璃的面積占據立面的絕大部分，可以參與熱交換的面積較大，就決定了玻璃是窗、玻璃幕墻節能的關鍵。

    （1）玻璃是否鍍膜及膜層材質可初步確定其節能效果，通常情況下，玻璃可分為以下幾大類：1）浮法清玻璃2）在線鍍膜玻璃3）離線鍍膜玻璃4）低輻射在線鍍膜玻璃5）低輻射離線鍍膜玻璃。這些玻璃傳熱系數雖然沒有明顯的變化，但由于膜層對光（能量）的控制能力不同，使其節能效果依次增加。

    （2）根據玻璃結構形式，又可分以下幾類：1）單層玻璃2）中空玻璃3）多層中空玻璃。其傳熱系數依次降低，即節能效果逐次增強。通過計算和實驗數據顯示，通常單片玻璃的傳熱系數K=6 W/m2·K左右，中空玻璃（普通）K=2.3～3.2 W/m2·K，而采用離線低輻射鍍膜中空玻璃（中空層充惰性氣體）K=1.4～1.8 W/m2·K。

    （3）對玻璃除上述方法外，還可以采用貼節能膜方法，提高節能效果。

    2．鋁合金斷熱型材節能法：

     鋁合金型材在窗及幕墻系統中，不但起著支承龍骨的作用，而且對節能效果也有較大影響。通常情況下，鋁合金型材斷面比玻璃面積小得多，為此，導熱對節能效果的影響較大，為此，產生了斷熱型材。根據斷熱鋁型材加工方法的不同，分為灌注式斷熱鋁型材和插條式斷熱鋁型材。這兩種形式的鋁合金斷熱型材共同的特點都是在內、外兩側鋁材中間采用有足夠強度的低導熱系數的隔離物質隔開。從而降低傳熱系數，增加熱阻值。即使在炎熱的夏季，當太陽暴曬的情況下，斷熱型材室外部分表面溫度通常可達35～85℃，而室內仍可維持在24～28℃左右，有效地減少傳到室內的熱量，可減少制冷費用；而在寒冷的冬季，室外鋁材的溫度可與環境溫度相當（一般-28～-20℃）而室內鋁材仍然可達到8～15℃，從而減少熱量損失，節約冬季取暖的費用，從而達到節能目的。

    3．雙（多）層結構體系節能法。

     通常的窗及玻璃幕墻，在溫暖地區，一般為單層結構，而在寒冷或炎熱地區，則可以采用多層（雙）層窗或雙層幕墻/動態幕墻的方法，利用兩層結構間的空氣層（通過設計的空氣層），降低系統總傳熱系數的辦法，來實現節能目的。

     4．遮陽體系節能法：

     由于鋁合金窗及玻璃幕墻大面積采用玻璃，太陽的照射是輻射熱。節能的本質就是如何實現在烈日炎炎的夏季將光（能量）擋在室外，或在寒冷的冬季能讓充足的光（能量）傳入室內。盡管建筑材料的研究人員做了不少的努力，但仍然難以找到理想的材料來解決這個問題。在鋁合金窗和幕墻體系上融入遮陽技術也是節能的有效途徑之一.在國外，已有系統的遮陽產品得到廣泛應用，并取得顯著節能效果，相信在國內也必然受到青睞。

    5．點支承玻璃幕墻的節能方法：

     點支承玻璃幕墻的節能除了可采取前面提到的玻璃方法以外，還要處理好玻璃與駁接頭處的斷熱設計。工程經驗和實驗證明，在寒冷地區和炎熱地區，點支式幕墻節能設計值得采用。

    四、鋁合金節能窗與塑鋼窗的比較說明
    1．檔次上的差別：國內的鋁合金斷熱窗和塑鋼窗是分別適合于不同建筑的消費群體，統計資料顯示，塑鋼窗適用于一般低層住宅，往往這種檔次的產品的消費者對該產品的質量要求不是很高，而高性能斷熱鋁合金窗則適用于各類高度、各類檔次建筑，且質量、壽命性能都經受得住高標準考驗。

    2．性能上的差別：二者節能效果相近；但是由于材質的區別，塑鋼窗使用一段時間之后容易發生變形，密封性能不如高性能鋁合金窗。

    3．壽命上的差別：由于材質的強度和彈性模量及耐磨性能差別較大，使高性能鋁合金窗使用壽命往往大于塑鋼窗的使用壽命。

    4．價格上的差別：一般說來，高性能鋁合金窗價格通常比塑鋼窗的價格要高一些。但從長遠考慮，高性能鋁合金窗價格雖然高，但使用年限長；而塑鋼窗雖然價格較便宜，但使用年限短。因此，綜合價格比相當。

     由此可見，高性能鋁合金窗更具競爭優勢。

    五、關于全隱框鋁合金幕墻是否采用斷熱型材的問題
     斷熱鋁型材應用于窗及明框玻璃幕墻,為達到與其等效的保溫、隔熱效果，斷熱鋁型材一般與中空玻璃配套使用。對于明框玻璃幕墻，由于室內外的鋁合金為一體或直接接觸，而鋁合金的導熱系數很大，保溫、隔熱效果不好。所以，明框玻璃幕墻采用中空玻璃配斷熱鋁型材，具有明顯的保溫、隔熱效果。而對于隱框玻璃幕墻由于幕墻結構與室外直接接觸的是中空玻璃，玻璃與鋁型材之間是硅酮結構膠，結構膠內側是鋁型材。而一般鍍膜中空玻璃導熱系數2.3≤K≤3.2，如采用離線LOW-E鍍膜制成的中空玻璃1.4≤K≤1.8，保溫、隔熱效果已經很好，且結構膠也是低導熱材料，也有良好的保溫隔熱作用。理論分析和實驗結果表明，隱框玻璃幕墻不必采用斷熱鋁合金型材。

    六、經濟分析
    通常情況下采用節能產品往往比普通產品先期投入價格要高出10%～
40%；但是通過對建造成本及運營成本的綜合分析表明，通常投資者在建筑使用5～7年即可收回由于采用節能產品而增加的投入，并可使投資者在以后的使用過程中獲得可觀的經濟效益。一次投資，終身受益。因此，從長遠打算還是使用節能產品更經濟。

    七、結束語
     國家建設部曾在全國門窗會議上強調指出“現行的窗，有30%的能量從門窗里跑掉，...2000年以后，不節能的產品絕對不允許上墻”，由此可見，能源浪費之嚴重，已經引起業內人士的高度重視；另一方面，從長遠考慮，由于采用節能產品可獲得更多的經濟效益和社會效益。為此，提高全民節能意識，加大節能知識宣傳，大力推廣使用節能窗及幕墻產品，勢在必行。      

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