所属栏目：工业设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:219
摘要:结合玻璃幕墙的的广泛应用,探讨了玻璃幕墙节能技术的发展,简要介绍了既能达标、又能通透的节能幕墙———真空玻璃幕墙。
关键词:玻璃幕墙真空玻璃节能技术
一.引言
多年来,人们已经习惯于黏土砖以及混凝土等厚重坚固材料组成的建筑。然而随着技术的日新月异,出现了许多新型的外墙做法,尤其是随着外表皮悬挂技术的成熟,外表挂板材、外表挂玻璃幕墙等的做法被越来越多地应用在建筑上。玻璃幕墙没有黏土砖这样良好的热工性能,白天太阳辐射很容易透过幕墙影响室内,夜晚室内的热量也透过玻璃迅速地流失。这样大大增加了空调的运行成本。据研究,玻璃幕墙热损失是传统墙体的5倍～6倍,单层玻璃幕墙的能耗占整个建筑能耗的40%左右。近几年,这个问题得到越来越多的关注,随之诞生了各种节能技术和节能玻璃材料。
二.双层玻璃幕墙
双层玻璃幕墙与真空玻璃幕墙就是在这种形势下产生的革新技术。双层幕墙又称为热通道幕墙、呼吸式幕墙、通风式幕墙等,国外也有称作主动式幕墙。双层玻璃幕墙是由内、外两层玻璃幕墙组成,两层幕墙中间形成一个通风换气层,同时外层幕墙设置进风口和出风口,通过控制通风换气层的开合以及对内、外幕墙材料的选择,达到节能通风的目的。现在也常常在两层幕墙之间加入百叶达到调和自然光线和节能的目的双层玻璃幕墙最引人注目的地方就是它的节能效应。由于在双层幕墙之间有间隔空气的缓冲层,通过控制这一层薄薄的缓冲层,可以有效地达到保温隔热的目的。
双层玻璃幕墙根据通风层结构的不同可分为“封闭式内循环体系”和“敞开式外循环体系”两种。封闭式内循环体系通风式幕墙外层原则上是完全封闭的,由断热型材与中空玻璃组成,其内层一般为单层玻璃组成的玻璃幕墙或可开启窗。两层幕墙之间的通风换气层在100mm～200mm之间。通风换气层与吊顶部位设置的通风系统相通,从下而上进行强制性空气循环,室内空气通过内层玻璃下部的通风口进入换气层,使内侧幕墙玻璃温度达到或接近室内温度,达到节能效果。现在介绍比较多的是敞开式外循环体系。
三、真空玻璃与中空玻璃比较
真空玻璃就是这种与中空玻璃结构完全不同的新产品。中空玻璃大多用铝框四周封边、间隔2块玻璃,内含空气或充氩气,总厚度最薄的12毫米。真空玻璃用适当分布的微粒支柱做间隔,间隙层只有0.1～0.2毫米,空腔内抽真空无气体度达到0.1帕以上,总厚度最薄只有6毫米左右。热量交流有3种形式,作为新一代节能玻璃,它具有比中空玻璃更好的隔热、保温性能,其保温性能是中空玻璃的2倍,是单片普通玻璃的4倍;由于真空玻璃热阻高,具有更好的防结露结霜性能,在相同湿度条件下,真空玻璃结露温度更低,这对严寒地区的冬天采光极为有利,而且真空玻璃不会出现普通中空玻璃经常出现的“内结露”现象;真空玻璃具有良好的隔声性能,在大多数声波频段,特别是中低频段,真空玻璃的防噪音性能优于中空玻璃;真空玻璃具有更好的抗风压性能,同样面积同样厚度条件下进行的抗风压试验中,真空玻璃抗风压性能等级明显高于中空玻璃;真空玻璃还具有持久、稳定、可靠的特性,在参照中空玻璃拟定的环境和寿命试验进行的紫外线照射试验、气候循环试验、高温高湿试验,经国家建筑工程质量监督检测中心检测,真空玻璃的热阻变化均在2%以下,通过在日本的应用表明,真空玻璃内的支撑材料在涉及金属疲劳度方面的寿命可达50年以上,高于其使用的建筑寿命。真空玻璃最薄只有6毫米,现有住宅窗框原封不动即可安装,并可减少窗框材料,减轻窗户和建筑物的重量。真空玻璃属于玻璃深加工产品,其加工过程对水质和空气不产生任何污染,并且不产生噪声,因此对环境无有害影响。
四、真空玻璃的支撑物
由于保温瓶是圆形,其本身能承受大气压力的不平衡作用力,而平板玻璃在受到大#p#副标题#e#气压力时会使两片平行的相邻的玻璃板向内靠拢,影响真空层。为了保证在外界大气压力下真空层的存在,在两片玻璃板之间要放置支撑物,支撑物的设计是制造真空玻璃的关键因素,它与玻璃板的接触面积过大时会增加热导率,同时影响玻璃的透明度,因此要尽量减少支撑物总体数量及单个支撑物的体积。但是支撑物与玻璃板的接触过小时,由于大气压的作用集中在玻璃板与支撑物接触的部位会形成集中载荷重,造成支撑物上方玻璃板外表面的拉应力增大,容易造成玻璃板破损。关于支撑物形状,目前报道最多的是圆柱状,此外,还有方状、椭圆形、线状、格子状等。制造支撑物的材料可以是不锈钢、碳化钨钢、铬钢、铝合金、镍、钼、钽、陶瓷等。由于玻璃板有厚薄差、波筋等,整个玻璃板不一定是平坦的,而支撑物的厚度是相同的,这样平行玻璃的间隙就会有比支撑物厚度大的部位。由于相邻支撑物限制了玻璃板的间距,这个部位的支撑物得离开规定位置,造成支撑物受力不均,降低真空玻璃寿命。解决上述问题的方法很多,其中最主要的方法是采用能够塑性变形的支撑物。这样玻璃板不仅在受到静态的外界压力时,通过部分支撑物的塑性变形,既能使所有的支撑物受到玻璃板充分的夹持,保持在规定位置上,又能使两片玻璃板保持规定的间隙。在受到动态冲击时,支撑物在保持玻璃板规定间距的同时随外力产生塑性变形,缓解玻璃板与支撑物接触点上发生的冲击力,降低了玻璃板破损的可能性。另外,可以在支撑物的至少一个端面涂有低熔点金属或焊接玻璃,通过加热处理使支撑物固定在玻璃板上,以确保其永久处于规定位置。也可以用细金属丝将支撑物相互连结,这样没有受到夹持的支撑物受到被夹持支撑物的约束,仍然可以确保处于规定位置。采用线状或格子状支撑物时,也可以得到同样效果。
五、工程举例
1、天恒大厦项目坐落于北京市东城区东直门立交桥东北角,外立面使用真空玻璃幕墙,整体外观形象豪华的建筑风格。真空玻璃幕墙具有节能、防结露、减少室内温差、隔音性能好、抗风压强等优势。天恒大厦是世界首座整栋真空玻璃高节能甲级写字楼,总建筑面积57238万平方米,地下4层,
地上22层,大楼采用半隐框真空玻璃幕墙7000平方米,采用真空玻璃铝合金断热窗2500多平方米。该楼真空玻璃全部由北京新立基真空玻璃技术有限公司提供。该楼真空玻璃采用真空组合中空的结构,经国家建筑工程质量检验中心检测,其传热系数K=1.2W/m2K。达到和超过国标保温窗最高级10级标准。而一般中空玻璃K值=3.4W/m2K。该真空玻璃的计权隔声量Rw=36分贝达到国标隔声4级的标准,而一般中空玻璃Rw=30分贝。大厦整体运用真空玻璃,单项成本仅提高10%-15%,由于真空玻璃在建筑节能上的优势,在投入使用后,预计年节电量280万度,节约中央空调电费260万元左右。由于节电,减少了发电燃煤而生产的污染,保护了环境。节约了后期成本,每年可节约20%-30%的能耗。同时,真空玻璃这一保节能材料的应用,营造了更加舒适的办公环境。
2、2005年3月22日,我国第一座超低能耗示范楼在清华大学落成并对社会开放。该楼位于清华校园东区,总建筑面积为3000平方米。该项目是北京市科委的“奥运科技专项”之一,同时是科技部“十五”科技攻关项目“绿色建筑关键技术研究”的技术集成平台,也是清华大学绿色建筑的科研基地,开放式实验室及高新技术产品的示范展台。在此基础上,将开展各项与绿色建筑相关的科学研究,示范世界上各种先进的绿色建筑技术,展示各种绿色建筑的相关产品并进行有关绿色建筑技术的培训和宣传工作。在这些广泛应用高新技术的绿色节能产品中,真空玻璃尤为引人关注。南立面幕墙:采用两种幕墙结构,西侧为廊道式热通道玻璃幕墙,外层为点式单片玻璃幕墙,下部有进风口,上部有出风口,进、出风口都可开启和关闭;内层为中空玻璃开启#p#副标题#e#窗,内、外层之间由可调节角度的遮阳卷帘。东侧为双层窗结构;外层为中空玻璃的推拉窗;内层为双层玻璃的平开窗;内、外层之间有太阳能集热器;外层窗的外侧有可调节的水平百叶外遮阳。在示范楼三楼的南立墙双层皮幕墙的内层是高性能中空玻璃幕墙,中间一片采用真空玻璃,真空玻璃之间的间隙0.1-0.2mm,中间支撑物来承受大气的压力。清华大学超低能耗示范楼南立面高性能真空玻璃冬季晚上的耗热比单片白玻璃减少了83%,
比普通中空玻璃减少了70%,比离线低辐射膜中空玻璃减少了37%。而西立面高性能真空玻璃节能窗更明显,耗热比单片玻璃减少了85%,比普通中空玻璃减少了74%,比离线低辐射膜充氩气中空玻璃减少了43%。该窗的K值<1.2W/m2•K,由此可见高性能真空玻璃热工性能之优异,节能效果之明显。能够达到《标准》的要求。真空玻璃与普通玻璃和中空玻璃相比有着种种优势,但因技术性等问题,如今世界上仅日本拥有生产线。据悉北京新立基真空玻璃技术有限公司正筹备在北京建立真空玻璃生产线。该生产线将采用半自动化技术,部分关键工艺采用自动化技术,最大尺寸为2m×l.2m,预计年生产量逐步达到10万平方米。这条即将成为世界上第3条真空玻璃生产线的建立,将使我国成为世界上第二个拥有真空玻璃生产产业化技术的国家。真空玻璃有利于节能和环保,有利于深加工玻璃产业的产业结构调整和升
级;具有高科技含量、高附加值,真空玻璃预计销售价格约比中空玻璃贵300～240元/m2。有很好的市场发展潜力。国产真空玻璃产品最大尺寸是2000×1200mm最小尺寸600×400mm,均落后于日本。这是目前真空玻璃工业化的发展瓶颈之一,尚待各方面的协同攻关、突破。历史证明,新型玻璃材料的运用往往从宾馆、体育馆、展览馆、机场等公用建筑的大型玻璃开始,给民居建筑示范、引领时尚。中空玻璃等节能玻璃材料,近年来刚开始与量大面广的商品房民居建筑窗户“联姻”。真空玻璃的生产工艺要求很严,必须以优质浮法玻璃及优质加工玻璃为原料进行二次、甚至多次加工;其操作工艺同电子工业相似,员工要戴白手套,车间须除尘净化(如玻璃镀有低辐射膜层,不容污染)。真空玻璃的工业化、产业化对玻璃工业调整产品结构,提升生产设备技术水平,增加玻璃行业产品的科技含量,具有重大促进作用。真空玻璃与目前已有的各种节能玻璃,组成的“超级节能玻璃”,既能满足建筑师追求通透、大面积使用透明幕墙的艺术创意,又能使幕墙的传热系数符合《标准》的规定。“超级节能真空玻璃幕墙”将成为贯彻《标准》的一种新产品,目前世界上大多数国家真空玻璃还处于空白状态,抓住贯彻《标准》的良好机遇,把我国真空玻璃事业发展成具有世界水平的民族产业,抢占国际玻璃科技的新高地,为我国民族玻璃工业精心打造能够自立于世界玻璃工业之林的脊梁。
六.结语
21世纪以来,能源紧张等一系列事件使人们认识到节能的重要性。人们不再像20世纪纯粹注重表现高科技,而是更加注重人的实际感受,包括身体和心理的,以及节能的要求。怎样在满足人的舒适度的前提下兼顾美观成为现在建筑师和工程师思考的课题。玻璃幕墙一方面满足了建筑师美观以及通透度的要求;另一方面各种玻璃幕墙的节能技术也越来越多地被开发出来,双层玻璃幕墙以及真空玻璃就是典型代表。随着人们对玻璃幕墙研究的不断深入,更多的技术呈现出来,包括阳光辐射控制玻璃、隔热玻璃、光电玻璃等。相信不久玻璃幕墙的研究就会使人们改变对玻璃窗的传统印象,成为兼具通透性、保温隔热、通风节能、防噪的新型材料。