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復旦大學上海視覺藝術學院的玻璃幕墻節能改造

來源:union facade  作者:*  日期:2012-9-3
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  摘要:本文介紹了上海視覺藝術大學在既有建筑節能改造,為在校師生及建筑物內交流活動創造更舒適、健康及安全的工作環境方面所做的努力。并通過上海視覺藝術學院的標志性建筑圖文信息中心大樓高透玻璃門窗改造成隔熱、節能、安全、舒適型門窗的工程案例,詳細全面總結了招標,評標、施工及驗收整個過程,也為上海視覺藝術大學日后擴展既有建筑的節能改造成果提供了有益的經驗。
  在確定了本次改造的目標及要點后,首要的任務就是將這些敘訴文字要求體現在技術指標要求上。

  3.技術標準的制定
  減少熱積累的可能方案的初始評估程序包括分析熱負荷產生的所有來源及相應的解決方案。由于玻璃已經構成整個建筑物外圍結構的一大區域,這一基本因素導致玻璃性能的改善成為此項目第一要解決的問題。

  可能方案包括增加遮陽板到其它各朝向;更換成較高性能的窗玻璃,如著色玻璃中空玻璃;以及采用薄膜鍍層提高玻璃性能。

  然而很快就發現一些解決方案不是很理想。 增加遮陽板只能解決高角度照射時的太陽熱,而且它會改變建筑物的整體外觀,導致它失去明亮清晰,內外和諧的設計理念。

  更換玻璃系統, 當然是可能的。但它要整體重新裝修,包括除去現有的玻璃系統然后安裝新的玻璃窗戶。這是一個耗時費錢的工程,而且會干擾建筑物中的員工正常工作。頻繁的接待任務也不允許長時的重新裝修。而且這也會產生大量垃圾,把仍然可用的狀態良好的現有門窗棄置。

  因此最適當的解決方案被確定為采用薄膜鍍層。在工業上,這些即是太陽控制膜或窗膜。 他們是一種聚酯膠片,在其上鍍有金屬材料或被染色。將它們粘在玻璃上以防止眩光或起到太陽控制作用。

  在采用建筑窗膜作為此次改造的方案確定之后,重要的就是技術指標的確定。這是關系到本次改造能否達到目的,以及工程造價,施工期限等一系列相關課題的確定落實。

  3.1建筑外觀與玻璃的光學特性
  玻璃建筑的外觀取決于玻璃的顏色、透光率可見光反射率。為了良好遮陽,又不形成鏡面效應引起光污染,研發大樓上層玻璃采用了鍍膜著色玻璃。而底層大廳采用的是透明白玻。這樣選用的窗膜必須為中性色。一般透明玻璃透光率在90%左右。5%以上透光率的玻璃窗仍具有良好透視效果。40%以上透光率是建筑上采光要求極限值。30%以下玻璃在北方考慮到冬季取暖及室內照明能耗增加是不被推薦使用的,在南方,也由于影響室內采光產生額外能耗而需要慎用。

  普通玻璃可見光發射率在8%左右。國標GB/T 18091-2000指出16%以上玻璃反射率會引起強烈光污染,不宜在道路兩側使用。一般建筑玻璃幕墻反射率不得超過30%。為使改造工程不改變現有建筑外觀,所用窗膜反射率應低于16%。

  GB50189-2005中規定窗玻璃系統遮陽系數應小于等于0.5,可見光傳輸應大于40%。然而,對本項目,要求更高的可見光傳輸以保持原有玻璃的清晰度,可見光透射率被定為55%以上。清晰度的任何明顯改變都會改變整個建筑物外觀。為了保持大廳明亮通透的視覺觀感,我們確定了所用窗膜的光學技術指標:透光率和反光率均高于要求指標。

  3.2隔熱效率的理論值與玻璃的熱工特性
  太陽輻射以三部分照射到地球上,其能量分配為3%紫外,44%可見光,53%紅外熱。可見光是建筑采光所必需的。本案設計改造后的玻璃透光率應為50-70%。依此,理論上無用的紫外,紅外輻射全部排除,太陽輻射能將有22-31%以可見光形式進入室內。也就是說太陽能阻隔率極限值為69-78%。考慮到紅外輻射不可能全部排除,部分太陽能被玻璃吸收后的二次發射總會存在,選擇紅外輻射阻隔率在90%以上,太陽能總阻隔率在40%以上,也就是說更低的遮陽效果必須以降低透光率為代價了。

  3.3光效系數與節能效率
  在阻擋紅外輻射良好的情況下,降低可見光透過可以實現更低的遮陽系數,也即更好的遮陽效果。兩者的平衡就要取決于建筑的設計與制冷照明的選擇上了。原則上說,我們希望按照設計的采光要求,實現最好的遮陽。也就是說在制冷用電與照明用電上取得最好的平衡。技術上他是用光效系數來表示的。它定義為可見光透射率與遮陽系數之比。它反映了一個薄膜鍍層在降低太陽熱傳輸時犧牲了多少采光為代價。這個參數是建筑窗膜太陽特性的一個重要指標。它標志著一個薄膜鍍層在阻隔熱而不是光上效率有多高。由于遮陽系數無法區別光與熱。一個透光低的玻璃由于它吸收了大量可見光,從而也降低了太陽能的進入,而表現出低的遮陽系數。采用這種玻璃減少的空調用電卻被照明用電的增加而抵消。因此,這個綜合性的節能指標參量,光效系數被引進。所謂節能玻璃光效系數應大于1。

  3.4玻璃的熱吸收與安全性
  玻璃的受熱不均,或短時間的大幅度溫差變化會造成鋼化玻璃自爆率提高。玻璃熱應力的計算是個很復雜的工作。工程上要求盡可能采用低吸熱率的材料。這無論從隔熱效果上看,還是從安全角度上看都是必要的。玻璃行業規定,40%以上吸熱率的玻璃或窗膜應該慎用。60%以上的不被推薦使用。本案面對的是22mm幕墻玻璃,這對所貼窗膜吸熱性提出更高的要求。應采用低吸熱窗膜。也就是說,必須采用熱反射型窗膜。更低透光率的窗膜雖可實現更好的遮陽,但也帶來更高的吸收。這也是本案將透光率指標提升到55%以上的另一個原因所在。

  綜上所述,所需薄膜鍍層的指標要求綜合列于表1中:

  表 1: 窗膜技術指標要求
  參數        技術要求
  可見光透射率        大于等于55%
  可見光反射率        小于16%
  熱吸收率        小于40%
  4.評估程序: 技術搜尋
  基于上述選澤標準,尋找一個滿足這些指標的窗膜的程序就開始。眾所周知,一般窗膜都是染色的或富有金屬化鍍層,或者兩者混合的。這些膜都是以降低眩光和提高私密性的遮光為目的,因此不是很暗就是反光很強。阻隔熱量也達不到上述設定指標。

  考察結果表明滿足設定技術指標的唯一選擇就是采用光譜選擇性薄膜鍍層的和高透光金屬反射窗膜。無論從隔熱效率來看,還是從安全角度決定。紅外反射窗膜是本案的最佳選擇。這類產品采用光學干涉多層鍍膜實現在整個太陽輻射紅外區段具有高的反射值,從而可達到高清晰度和高的熱反射。這其中我們知道IQue73 FG和IQue58 AG建筑窗膜是符合表 1 所清楚列明指標的產品。

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