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2019-02-27 13:59:16 | 分类:默认分类| 标签:

摘要:节能降耗建设节约型社会,在玻璃幕墙节能设计与降低工程造价之间找到一个平衡点,优化设计,合理地选择隔热材料,以较低的成本,创造出高节能的产品。

关键词:节能设计  PVC隔热材料  非结构性连接  性价比

一、前言

节能降耗,始终是社会发展中值得关注的重点。在我国,能源需求与供给之间的矛盾日益突出,给可持续发展带来了巨大的挑战,使节能问题得到了空前重视。国家提出在“十一五”期间,GDP能耗要下降20%。建筑节能是能源节约中的一个重要组成部分,据统计,我国建筑能耗占社会总能耗的25%,并且这个比例还会随着人们生活水平不断改善和提高,对工作和居住环境的舒适度的要求不断增长。因此建筑节能成为降低能耗的一项重要措施。玻璃幕墙、门窗是建筑外围护结构的重要组成部分,也是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位,失热损失约为传统墙体的5至6倍,玻璃幕墙、门窗的能耗占整个建筑能耗的40%左右,由此可以看出玻璃幕墙、门窗的节能设计尤其重要。

二、显框玻璃幕墙的优化设计

玻璃幕墙节能设计,在材料选用上首先应选用节能型材料。如空气层厚度一般为12mm的中空玻璃、热反射中空玻璃及LOW-E中空玻璃等,铝合金型材采用隔热断桥型材等;在结构上优化设计,遮阳设计符合标准要求、开启扇采用多道密封等方法来达到节能降耗的目的,本文以显框玻璃幕墙节能设计为例,从构造节点设计上分析、比较,以较低的成本达到节能设计的目的。

如何在提高围护结构特别是显框玻璃幕墙的保温性能与降低工程造价之间找到一个平衡点,这是每个幕墙设计人员必须面临的问题。大都数人认为显框玻璃幕墙要进行节能设计,铝型材必须采用隔热断桥型材,即采用PA66GF25(玻璃纤维强化尼龙)隔热条或采用PUR(聚氨基甲酸乙酯)材料隔热条型材。笔者通过多年幕墙设计,积累了一些经验,对显框玻璃幕墙隔热原理、结构设计、生产加工工艺作了一些研究,一家之见,仅供业内人士叁考。

图1为幕墙分格图,图1显框玻璃幕墙节点形式如下:





图2、图3为非节能显框玻璃幕墙立柱截面图,


                                  

                                         图2                                                           图3

图4为节能设计显框玻璃幕墙立柱截面图,


                                                                     图4

图5、图6为笔者设计的PVC结构节能设计显框玻璃幕墙立柱截面图


                                     图5                   图6

以6透明+12空气+6透明中空玻璃为例对显框玻璃幕墙(图1)进行热工计算、分析,计算软件采用重庆大学、内江百科科技有限公司的W-Energy2.0建筑门窗幕墙热工计算及分析系统,计算结果表明: 对于图2、图3铝型材幕墙外面与幕墙内面相通或基本相通, 按对没有热断桥的金属框计算 U=4.55W/m2.K;对于图4铝型材采用PA66GF25(玻璃纤维强化尼龙)隔热条计算 U=3.33W/m2.K;对于图5、图6铝型材采用PVC隔热条计算 U==3.17W/m2.K(不考虑间距300mm固定螺钉传热影响),通过以上计算可以发现幕墙计算单元的传热系数U值在相同铝型材外形、相同玻璃的情况下采用PVC隔热条的铝型材U值最低,且成本较低。这就要求我们幕墙设计人员合理利用好材料的特性。

有关资料显示,早在上世纪,欧洲制做“断热”铝型材时就是采用的PVC,后来发现PVC材料物理性能、尤其是热膨胀系数较铝合金大(热膨胀系数为5~18×10-5℃其热应力将高出60%~500%)和热变形温度低,冷桥组合部分在应力情况下将会产生扭曲或相对移动,甚至脱落,不能满足隔热窗的质量要求,通过研究,发现了热膨胀系数、强度等指标与铝型材相近新材料。便产生了PA66GF25(玻璃纤维强化尼龙)隔热条或采用PUR(聚氨基甲酸乙酯)材料隔热条。但PVC与PA66GF25及PUR相比具有明的价格优势,笔者认为只要在构造上下功夫,避免过高的热膨胀系数和较低的热变形温度对隔热窗、幕墙的质量影响,在能满足使用要求和国家建筑节能标准的前提下,使用PVC隔热材料具有更高的性能价格比。

PVC与PA66GF25及PUR的性能价格比较:PVC抗拉强度较铝合金低,软化点低,耐酸碱力极强,化学稳定性好, 材料导热系数约是0.16 W/(m·K)。因此,价格低廉的PVC可用于非结构隔热材料。PA66GF25及PUR隔热材料,这两种材料导热系数小于0.3 W/(m·K),热变形温度(℃)、热导率(导热系数)(W/m•K)、线膨胀系数(K-1)、冲击强度(无缺口) (kJ/m2)、断裂伸长率(%)、耐紫外线和热老化性能等更符合铝合金型材的性能和加工特征,符合建设部JG/T174-2005标准中对PA66GF25隔热条性能上的要求。因此,PA66GF25及PUR隔热材料可用作结构用隔热材料,但价格昂贵。

有人说国标GB5237明确PVC隔热条被严禁使用,但国标GB5237并没有禁止PVC材料作为非结构隔热材料使用,使用价格低廉的PVC隔热材料,创造出高节能的产品,何乐而不为。

三、PVC隔热构造说明

图5、图6的连接方式为铝型材、PVC隔热块、内盖板、外盖板通过螺钉连接,选择合适大小的密封胶条,使PVC隔热块与内盖板之间留有一定间隙(1mm左右),消除热变形的影响。该结构的特点是: PVC隔热块作为定位、隔热功能使用,不受纵向剪力、横向扭力作用,因此不会产生扭曲或相对移动,从构造上就避免热膨胀系数和热变形温度对隔热窗的质量影响,更不会脱落,造成伤害。由于PVC材料价格低廉、在封闭、无光的环境下不老化具有较高的安全、可靠性,因此,只要在设计中避免热应力对结构的影响,使用PVC材料作隔热材料又何偿不可呢?

PVC隔热条(块)如下图7、图8:


                                                                        图7


                                                                          图8

图7 PVC隔热块以燕尾连接方式与铝型材相连,PVC隔热块在幕墙立柱、横梁上墙安装之前按连接点间距可以在车间先安装,与其它组合型材安装在施工上无区别。由于PVC条的热膨胀系数为5~18×10-5℃其热应力将高出60%~500%,因此在PVC隔热块中间部位设计了一长槽,既减少热应力对铝型材的影响、又减少材料用量,同时便于螺钉连接。图8将PVC隔热条设计为通长,由于连接点为悬臂,克服了温度作用的影响,其隔热作用与PA66GF25及PUR隔热条基本一致,只不过PVC隔热条不受纵向剪力、横向扭力作用,在结构上仅起定位作用罢了。

四、结论

从以上分析可以看出,细节决定成败,结构设计的合理性非常关键,一个好的节能设计并不一定以增加成本为代价。只要严谨计算、周密设计,做到在满足使用要求和国家建筑节能标准的基础上成本最优化,这才是一个成功的设计。建设节约型社会,在满足强度、变形等指标的要求下,尽可能减少材料用量节约效果更明显。

需要说明的是:本文不排斥使用PA66GF25(玻璃纤维强化尼龙)及PUR(聚氨基甲酸乙酯)隔热材料。笔者观点,仅供参考,不到之处请批评指正。


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