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淺談寒冷地區(qū)的玻璃建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

來源:玻璃工業(yè)網(wǎng) 2017/5/3 11:38:22

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中玻網(wǎng)引言

  玻璃建筑是一種涵蓋豐富、內(nèi)容廣泛的建筑形式,它主要指大面積使用玻璃的建筑。由于玻璃建筑的時(shí)尚、輕巧和通透,從20世紀(jì)70年代以來,玻璃建筑的發(fā)展和應(yīng)用達(dá)到了從未有過的高度。但是,玻璃幕墻的廣泛使用也帶來了許多問題,如:大量的能源消耗、嚴(yán)重的光污染、二氧化碳的大量排放和視線干擾等。在這些諸多問題中,能源的大量消耗,尤其是寒冷地區(qū)的能源消耗一直是困擾玻璃建筑發(fā)展的主要方面。如果能源浪費(fèi)問題不解決,寒冷地區(qū)玻璃建筑的發(fā)展將會(huì)受到很大限制,甚至可以說將會(huì)停滯不前。

  1、影響玻璃建筑節(jié)能的因素

 。1)建筑朝向:玻璃建筑的朝向要點(diǎn)注意:(一)冬季能盡量多的得到太陽輻射熱;(二)夏季盡量減少太陽輻射;(三)夏季應(yīng)該充分利用自然通風(fēng),冬季避免冷風(fēng)直接吹襲。

 。2)平面布局:對(duì)于玻璃建筑,從平面布局來分析,應(yīng)該進(jìn)行分區(qū),即南向布置主要房間和大空間,并開大窗或采用玻璃幕墻,而交通核和輔助房間布置在北向或東西向,應(yīng)開小窗或外掛玻璃幕墻。

  (3)平面形狀:對(duì)于玻璃建筑,我們考慮南立面是受益面,其它三面看作是失熱面,通過與正方形平面比較,可以得出這樣的結(jié)論:玻璃建筑平面應(yīng)按東西長軸布置,邊長比取1:1.5~1:4為宜。

 。4)體形系數(shù):體型系數(shù)系指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的建筑體積之比。體型系數(shù)越大,說明單位建筑空間所分擔(dān)的散熱面積越大,能耗就越多。從節(jié)能的角度講,合理的設(shè)計(jì)應(yīng)基于這一原理,即:應(yīng)使南向玻璃面吸收的輻射熱非常大,其盡可能地大于其向外散失的熱量。

 。5)表面面積系數(shù)(建筑物其它表面面積和南向面積之比):對(duì)于玻璃建筑從獲取更多的日照輻射,降低能耗的觀點(diǎn)來看,表面面積系數(shù)越小越好。因此,我從節(jié)能意義上說,長軸朝向東西的長方形體型較好,正方形次之,而長軸朝向南北方向的長方形體型的建筑節(jié)能效果較差。

  2、節(jié)能玻璃分析

  對(duì)于玻璃建筑來講,玻璃的技術(shù)與使用直接關(guān)系到建筑的能耗高低,普通玻璃的太陽輻射透過率和傳熱系數(shù)都很高。采用普通玻璃作窗戶的建筑,夏季進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱多,空調(diào)負(fù)荷大;冬季朝室外散失的熱量也多,采暖負(fù)荷高,為了改善這種狀況,需要運(yùn)用不同種類的節(jié)能玻璃,目前主要有鍍膜玻璃、中空玻璃、吸熱玻璃等。

  (1)熱反射鍍膜玻璃:就是在玻璃表面通過物理或化學(xué)沉積的方法涂上一層薄膜,由于膜層具有特殊的光熱性能——即反射太陽輻射能,因而成為節(jié)能型玻璃。這種玻璃主要有以下特性:(一)減弱紫外線通過;(二)較理想的可見光透過比和反射比;(三)較小的遮蔽系數(shù)和太陽輻射熱透過率;(四)具有較低的傳熱系數(shù)(隔熱性能);(五)明顯的地區(qū)適應(yīng)性;(六)豐富多變的反射色調(diào)。

 。2)低幅射鍍膜玻璃:就是在玻璃表面上鍍一層低輻射薄膜,它對(duì)紅外輻射有較高的反射能力,同時(shí)也意味著薄膜中含有的任何能量作為輻射散發(fā)出去是困難的。這種玻璃的主要特性是:對(duì)陽光中可見光波段0.3~0.75μm的透射比高達(dá)80%以上,足以保證室內(nèi)亮度,減少照明能耗,對(duì)0.75~2.5μm的近紅外波段,也有較高的透射比,太陽光的輻射能可有非常大部分進(jìn)入室內(nèi)。對(duì)室內(nèi)物體發(fā)射的2.5~30μm遠(yuǎn)紅外波有高達(dá)80%以上的反射比,使室內(nèi)的熱能較少傳到室外,這樣既能保持室內(nèi)光線明亮,又能一定程度上減少室內(nèi)的熱負(fù)荷,特別是它對(duì)2000oC以下物體輻射所產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線幾乎完全不透過。正是這一點(diǎn)促使很多人建議稱低輻射玻璃為“保暖玻璃”。

 。3)中空玻璃:中空玻璃由于在兩片玻璃之間形成了一定厚度并被限制了流動(dòng)的空氣或其它氣體層,從而減少了玻璃的對(duì)流和傳導(dǎo)傳熱。因此,它具有了較好的隔熱能力。中空玻璃是一種節(jié)能效果非常好的玻璃,不僅因?yàn)槠渥陨淼墓?jié)能效果,而且利用中空玻璃可以組合各種節(jié)能類型的玻璃,這樣就能夠在造價(jià)合理的范圍內(nèi)達(dá)到非常大的節(jié)能效果。

  綜上所述,通常情況下:冬季,節(jié)能效果較好的玻璃是低輻射玻璃,其次是熱反射中空、白玻中空和熱反射單片,而白玻單片玻璃節(jié)能效果較差。夏季,節(jié)能效果較好的是低輻射玻璃,其次是熱反射玻璃、單片熱反射和白玻中空,而白玻單片玻璃節(jié)能效果較差。對(duì)于全年來說,節(jié)能效果較好的還是低輻射玻璃,緊接著依次是熱反射中空、單片熱反射、白玻中空和白玻單片。所以對(duì)于寒冷地區(qū),單從節(jié)能效果考慮,宜采用低輻射中空鍍膜玻璃為好。

  3、節(jié)能技術(shù)措施

  減小寒冷地區(qū)玻璃建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失是玻璃建筑節(jié)能的關(guān)鍵。減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失,也就是減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱和冷風(fēng)滲透耗熱。具體措施如下:

 。1)節(jié)能玻璃的選用:對(duì)于全玻璃幕墻建筑,應(yīng)根據(jù)玻璃所在的位置來確定玻璃品種。南北向應(yīng)該采用不同的構(gòu)造措施和節(jié)能玻璃來達(dá)到較佳的節(jié)能效果。寒冷地區(qū),南向玻璃幕墻應(yīng)該選用遮陽系數(shù)適中的低輻射中空玻璃或者是熱反射中空玻璃,而北向則建議采用高透光性的中空玻璃或低輻射中空玻璃,這樣,可以取得較好的節(jié)能效果。

  (2)節(jié)能玻璃的組合使用:不同種類的節(jié)能玻璃,其性能長處各不相同,只有根據(jù)建筑的地理、氣候、功能等條件,在充分了解各種玻璃技術(shù)特性的基礎(chǔ)上,將其有效組合,才能盡顯節(jié)能效益。通常節(jié)能玻璃的組合有:熱反射玻璃與普通單片玻璃、吸熱玻璃與普通單片玻璃、低輻射玻璃與普通單片玻璃、低輻射玻璃與熱反射玻璃(吸熱玻璃)。從節(jié)能角度考慮,適合寒冷地區(qū)的玻璃組合依次是:低輻射玻璃與熱反射玻璃組合的中空玻璃、低輻射中空玻璃、熱反射中空玻璃、普通中空玻璃。

  (3)遮陽技術(shù)的使用:遮陽通常有內(nèi)遮陽、外遮陽、綠化遮陽以及可呼吸幕墻系統(tǒng)等形式。采用遮陽措施不僅是玻璃幕墻建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的必要手段,而且是標(biāo)準(zhǔn)較高玻璃幕墻建筑的建筑設(shè)計(jì)的必要手段。

 。4)自然通風(fēng)的使用:自然通風(fēng)主要是由于在室內(nèi)外兩側(cè)有壓力差,所以產(chǎn)生空氣流通。形成壓力的動(dòng)力為風(fēng)力和空氣浮升力,他們分別構(gòu)成風(fēng)壓和熱壓。在運(yùn)用自然通風(fēng)手段時(shí)需注意以下幾個(gè)方面:(一)結(jié)合建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮;(二)高層建筑上部開窗應(yīng)謹(jǐn)慎;(三)自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)結(jié)合考慮。

  4、結(jié)論

  玻璃建筑是一個(gè)功能、技術(shù)、美學(xué)三方面高度復(fù)雜的形體,它的節(jié)能設(shè)計(jì)從能源構(gòu)想、內(nèi)容組成和工作過程各方面看,都是一個(gè)各技術(shù)有經(jīng)驗(yàn)協(xié)調(diào)合作的多功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它與普通建筑節(jié)能的非常大區(qū)別在于不可能滿足單一問題的解決,而忽略同時(shí)帶來的片面性與負(fù)面伴生效應(yīng)(如溫室效應(yīng))。只有注重技術(shù)的整合,正確平衡各決定因素間的綜合關(guān)系,才是較佳籌備節(jié)能技術(shù)措施的根本方法,籍此靈活利用采光、通風(fēng)和太陽能,發(fā)揮綜合節(jié)能功效。

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