鋁合金門窗、玻璃幕墻節能技術的應用

　　Ⅰ、概述

　　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。

　　Ⅱ、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)對流輻射導熱。

　　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/㎡·K]

　　式中Ri，Re——表面熱轉移系數2·K/Wλ——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=2～2.4W/㎡·K

　　(3)中檔商品寫字樓規定為B類，K=2.6～3W/㎡·K

　　(4)一般性工程規定為C類，K=3.1～6W/㎡·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=1.8～2W/㎡·K且穩定期限不低于10年。

　　Ⅲ、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=6W/㎡·K左右，中空玻璃(普通)K=2.3～3.2W/㎡·K，而采用離線低輻射鍍膜中空玻璃(中空層充惰性氣體)K=1.4～1.8W/㎡·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。

　　Ⅳ、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。

　　Ⅴ、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。

　　Ⅵ、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。

　　3、施工方案

　　3.1節能材料的使用

　　在工程的材料選用上充分考慮到建筑節能的要求，保證所使用的材料、設備和構件達到設計與節能要求，符合國家相關規范、江蘇省及無錫市相關規范的要求。嚴格控制工程中所選用材料的質量，嚴禁使用國家明確規定的淘汰產品。工程所選用的材料和設備在進場時對材料的品種、規格、數量、包裝、外觀等進行嚴格的檢查，材料相關質保資料必須齊全，對材料按要求在監理的見證下進行抽樣檢測;所有材料經監理驗收合格后方可在工程上使用。

　　1、 low-e中空玻璃

　　Low-E玻璃又稱低輻射玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產品。其鍍膜層具有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性，使其與普通玻璃及傳統的建筑用鍍膜玻璃相比，具有優異個隔熱效果和良好的透光性。外門窗玻璃的熱損失是建筑物能耗的主要部分，占建筑物能耗的50%以上。有關研究資料表明，玻璃內表面的傳熱以輻射為主，占58%，這意味著要從改變玻璃的性能來減少熱能的損失，最有效的方法是抑制其內表面的輻射。普通浮法玻璃的輻射率高達0.84，當鍍上一層以銀為基礎的低輻射薄膜后，其輻射率可降至0.15以下。因此，用Low-E玻璃制造建筑物門窗，可大大降低因輻射而造成的室內熱能向室內的傳遞，達到理想的節能效果。

　　太陽輻射能量的97%集中在波長為0.3-2.5um范圍內，這部分能量來自室外;100℃以下物體的輻射能量集中在2.5um以上的長波段，這部分能量主要來自室內。若以外窗為界的話，冬季或在高緯度地區我們希望室外的輻射能量進來，而室內的輻射能量不要外泄。若以輻射的波長為界的話，室內、室外輻射能的分界點就在2.5um這個波長處。因此，選擇具有一定功能的外窗就成為關鍵。

　　3mm厚的普通透明玻璃對太陽輻射能具有87%的透過率，白天來自室外的輻射能量可大部分透過;但夜晚或陰雨天氣，來自室內物體熱輻射能量的89%被其吸收，使玻璃溫度升高，然后再通過向室內、外輻射和對流交換散發其熱量，故無法有效地阻擋室內熱量泄向室外。

　　Low-E中空玻璃對0.3-2.5um的太陽能輻射具有60%以上的透過率，白天來自室外輻射能量可大部分透過，但夜晚和陰雨天氣，來自室內物體的熱輻射約有50%以上被其反射回室內，僅有少于15%的熱輻射被其吸收后通過再輻射和對流交換散失，故可有效地阻止室內的熱量泄向室外。Low-E玻璃的這一特性，使其具有控制熱能單向流向室內的作用。

　　太陽光短波透過窗玻璃后，照射到室內的物品上。這些物品被加熱后，將以長波的形式再次輻射。這些長波被"Low-E"窗玻璃阻擋，返回到室內。事實上通過窗玻璃再次輻射被減少到85%，極大地改善了窗玻璃絕熱性能。窗玻璃的絕熱性能一般是用"u"值來表示的，而"u"值和玻璃的輻射率有直接的關系。"u"值的定義為：ASHRAE標準條件下，由于玻璃熱傳導和室內外的溫差，所形成的空氣到空氣的傳熱量。其英制單位為：英熱量單位每小時每平方英尺每華氏溫度，公制單位為：瓦每平方米每攝氏溫度、"u"值越低，通過玻璃的傳熱量也越低，窗玻璃的絕熱性能越好。輻射率是某物體的單位面積輻射的熱量同單位面積黑體在相同溫度，相同條件下輻射熱量之比。輻射率定義是某物體吸收或反射熱量的能力。理論上完全黑色物體對所有波長具有100%的吸收。即反射率為零。因此，黑色物體輻射率為1.0。

　　通常，浮法白玻璃的輻射率為0.84。而大多數在線熱聚合"Low-E"鍍膜玻璃的輻射率在0.35到0.5 之間。磁控真空濺射"Low-E"鍍膜玻璃的輻射率在0.08到0.15之間。值得注意的是低的輻射率直接對應著低的"u"值。玻璃的輻射率越接近于零，其絕熱性能就越好。

　　一個"節能采光系統"的優越性必須體現在盡可能高的太陽總能量的透過，而同時具有最低的"u"值。通過同時考慮能量的獲得和熱的損失，建立了能量平衡方程式，Ueg=UF-RFg。最好的能量平衡特性的采光系統是真空磁控濺射"Low-E"鍍膜中空玻璃。盡管單層玻璃其太陽能的透射為最大，但它的"u"值及"Ueg"值卻最差。因此，不能滿足好的能量平衡的需求。單純高的太陽能透射，能有效地保持這些能量，就不能認為它是節能材料。"Low-E" 鍍膜中空玻璃是一種較好的節能采光材料。它具有較高的太陽能透射，非常低的"u"值，并且，由于鍍膜的效果，"Low-E"玻璃反射的熱量回

　　到室內，使得窗玻璃附近的溫度較高，人在窗玻璃附近也不會感到太大的不適。而應用"Low-E"窗玻璃的建筑其室內溫度相對較高，因此在冬季可以保持相對高的室內溫度，而不結霜，這樣在室內的人也會倍感舒適。"Low-E"玻璃也能夠阻擋大量的紫外線透射，防止室內的物品退色。

　　Low-E玻璃對太陽光中可見光有高的透射比，可達80%以上，而反射比則很低，這使其與傳統的鍍膜玻璃相比，光學性能大為改觀。從室外觀看，外觀更透明、清晰，即保證了建筑物良好的采光，又避免了以往大面積玻璃幕墻、中空玻璃門窗光反射所造成的光污染現象，營造出更為柔和、舒適的光環境。

　　在采用LOW-E技術的同時玻璃還采用了中空結構的形式。中空玻璃與一般普通中空玻璃不同，除在兩層玻璃中間封入干燥空氣之外，不要在外側玻璃中間空氣層側，涂上一層熱性能好的特殊金屬膜。它可以截止由太陽射到室內的相當的能量，起到更大的隔熱效果。

　　中空玻璃特點①較大的節能效果：LOW-E中空玻璃，由于有一層特殊的金屬膜，可達到0.22-0.49遮蔽系數，使室內空調(冷氣)負載減輕。傳熱系數1.4-2.8W(m2.K)，比普通中空玻璃好。對減輕室內暖氣負荷，同樣發揮很大效率。因此，窗戶開得越大，節能效果越明顯。②改善室內環境：LOW-E中空玻璃可以截止由太陽射到室內的相當的能量，因而可以防止因輻射熱引起的不舒適感和減輕夕照陽光引起的目眩。

　　2、保溫棉

　　本工程在結構處安裝了巖棉板。巖棉板是以玄武巖及其它天然礦石等為主要原料，巖棉板經高溫熔融成纖，加入適量粘結劑，固化加工而制成的。纖維和纖維之間為立體交叉，互相纏繞在一起，呈現出許多細小的間隙。這種間隙可看作孔隙。因此可視為多孔材料，具有良好的絕熱、吸聲性能。巖棉板產品適用于工業設備、建筑、船舶的絕熱、隔音等。

　　3.2鋁合金門窗節能方案

　　1、工程選用材料

　　鋁合金型材：T50系列斷橋平開窗鋁合金型材，T878系列斷橋推拉窗鋁合金型材，T90系列斷橋推拉門系列;材質為6063-T5，產品質量符合現行國家標準《鋁合金建筑型材》GB/T5237中規定的高精級，其化學成分符合現行國家標準《鋁及鋁合金加工產品的化學成分》GB/T3190的規定。

　　玻璃：6+12A+6中空玻璃，玻璃質量標準須符合《中空玻璃》(GB/T11944-2002)和<<鋼化玻璃>>(GB9963-98)規范要求。

　　門窗開啟形式：平開、推拉

　　2、節能技術措施

　　按照熱工原理：門窗的傳熱方式主要三種形式：導熱傳熱;對流傳熱;輻射傳熱。建筑門窗是影響能量消耗的重要因素。降低三種傳熱方式的速度就是解決門窗節能措施的根本問題。

　　1、 型材：控制或降低導熱傳熱：采用隔熱型材

　　為了降低鋁合金門窗材料的導熱系數，采用斷橋隔熱鋁合金型材，它是通過強尼龍隔條(PA66GF25，尼龍66+25玻璃纖維)或特殊配方的聚合物-隔熱膠，將鋁合金型材分為內外兩部分阻隔了鋁的熱傳導，大大提高了鋁合金門窗的保溫隔熱性能。

　　2、 氣密性：降低對流傳熱-提高門窗的氣密性

　　所謂對流是指流體各微分子作相對位移而傳遞熱量的方式，如何降低和控制對流就是如何來控制鋁合金門窗的氣密性，門窗的氣密性是衡量門窗產品傳熱性能重要指標。我們把加工精度提高，安裝時洞口與門窗間隙要符合要求，采用較好的密封橡膠條，選用品質優良的五金配件，門窗氣密性問題解決了，鋁合金門窗達到了保溫隔熱功能，同時也起到保溫節能的作用，降低了對流傳熱。

　　3、 玻璃：降低輻射傳熱-采用中空玻璃或低輻射中空玻璃

　　所謂輻射是指凡強度高于絕對零度的物體，都可以同時發射和接受熱輻射。對建筑物來說自然界有二種能量形式：其一是太陽輻射;其二是環境熱量。門窗的見光面大，太陽光輻射傳熱幾乎要占整個門窗傳熱的70%左右，也就是說窗戶的隔熱就是要盡量阻止太陽輻射直接進入室內。這樣一來玻璃的選用就很重要了，如果采用中空玻璃或采用LOW-E玻璃，輻射傳熱就能大幅度降低，節能性能大幅提高。

　　除了上述控制和降低門窗的傳熱速度外，在設計中我們必須控制建筑的窗墻面積比，來確保達到國標的節能指標要求。

　　3.3玻璃幕墻節能方案

　　1、工程選用材料

　　鋁合金型材：150系列構件式幕墻型材;材質為6063-T5，產品質量符合現行國家標準《鋁合金建筑型材》GB/T5237中規定的高精級，其化學成分符合現行國家標準《鋁及鋁合金加工產品的化學成分》GB/T3190的規定。

　　玻璃：6+12A+6low-e低輻射中空玻璃，玻璃質量標準須符合《中空玻璃》(GB/T11944-2002)和<<鋼化玻璃>>(GB9963-98)規范要求。

　　幕墻開啟扇形式：上懸

　　2、節能技術措施

　　1、幕墻的保溫性能通過控制總熱阻值和選取相應的材料來解決。為了減少熱損失主要采用以下三種措施進行改善：一是改善采光玻璃的保溫隔熱性能，盡量選用節能的玻璃，并減少開啟窗;二是對非采光部分采用隔熱效果好的材料做襯墻或設置保溫芯材;三是密封處理和減少透風。

　　本工程的幕墻主要是全隱框玻璃幕墻的形式，主要依靠玻璃的防輻射性能及玻璃的熱傳導阻隔性能來實現節能效果。同時也采用了一些其他的技術措施來實現幕墻節能的效果。保證幕墻達到減少溫差傳熱的熱負荷損失、降低太陽輻射的負荷強度、提高幕墻的氣密性效果。

　　2、幕墻以LOW-E中空玻璃和中空雙銀鍍膜玻璃為主，可以有效的降低輻射及阻隔熱傳導。

　　3、在結構位置安裝防火保溫材料，防止熱量通過結構傳導，同時起到防火、降噪的作用。

　　4、在玻璃與型材之間的橡膠條采用EPDM橡膠條，在保護玻璃的同時也起到隔熱斷橋的作用。