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建筑節(jié)能玻璃膜提高建筑節(jié)能效果

來源:建筑玻璃與工業(yè)玻璃  作者:*  日期:2014-6-11
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  目前,在國家節(jié)能減排政策的大力推動(dòng)下,我國對(duì)新建建筑的節(jié)能材料應(yīng)用和既有建筑節(jié)能改造的力度進(jìn)一步加大,其中,玻璃門窗作為建筑中的薄壁圍護(hù)結(jié)構(gòu),起到采光和通風(fēng)的動(dòng)能。但是,正因?yàn)椴Aн@種材料的特殊性,使之成為建筑使用上最大的能源薄弱環(huán)節(jié)。

  1.應(yīng)用背景

  目前,在國家節(jié)能減排政策的大力推動(dòng)下,我國對(duì)新建建筑的節(jié)能材料應(yīng)用和既有建筑節(jié)能改造的力度進(jìn)一步加大,其中,玻璃門作為建筑中的薄壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)(詞條“圍護(hù)結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供),起到采光和通風(fēng)的動(dòng)能。但是,正因?yàn)椴Aн@種材料的特殊性,使之成為建筑使用上最大的能源薄弱環(huán)節(jié)。經(jīng)多家權(quán)威機(jī)構(gòu)論證,通過玻璃門窗損失的能量在建筑使用能耗中達(dá)到40%的比例,因此,對(duì)玻璃采取節(jié)能措施正成為迫在眉捷的任務(wù),研發(fā)和應(yīng)用玻璃節(jié)能新技術(shù)具有重大意義。

  2.玻璃耗能的成因及計(jì)算

  2.1玻璃耗能的成因

  眾所周知,普通玻璃對(duì)太陽光的輻射(詞條“輻射”由行業(yè)大百科提供)只具有少量阻隔作用。太陽光中的紫外線、可見光、中近紅外線波段均可高比例地透過玻璃。由于可見光的高比例透過,使玻璃具有了采光功能。同時(shí)由于大量中近紅外熱量的直接透過,給室內(nèi)夏季空調(diào)制冷帶來了額外的負(fù)荷,而造成新的制冷能耗(太陽光中能量在每個(gè)波段的分布是,紫外線占3%,可見光占44%,紅外線占53%)。

  玻璃作為一種薄壁的輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料,它的導(dǎo)熱率相對(duì)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料,如混凝土、磚塊等。這使得冬季在室內(nèi)采暖時(shí)會(huì)有更多的熱量通過玻璃傳至室外而造成采暖能量過多的損耗。

  2.2玻璃在夏季及冬季耗能的計(jì)算

  玻璃在夏季因太陽輻射而進(jìn)入室內(nèi)的每平米每小時(shí)的熱量Q=△t* k+630Sc(△t為室內(nèi)外的溫差,K為玻璃的傳熱系數(shù),Sc為玻璃的遮陽系數(shù),630為夏季的太陽常數(shù))。那么以南方地區(qū)既有建筑的6mm單玻(K=5.8W∕m2·h ,Sc=0.93)為例,室內(nèi)空調(diào)制冷控制在26℃,室外氣溫在36℃的情況下,透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)的熱量:

  Q單玻 = 643.9W∕m2·h

  透過(6+12A+6)的中空玻璃(K=3.0W∕m2·h,Sc=0.83)的熱量:

  Q中空(詞條“中空”由行業(yè)大百科提供) = 10*3+630*0.83=552.9w∕m2·h

  玻璃在冬季采暖所損失的熱量Q=△t* K,同樣以6mm單玻為例,采暖室溫控制在20℃。

  夏熱冬冷地區(qū)的溫差△t設(shè)定在20℃。

  Q單玻 = 20*5.8=116W∕m2·h

  寒冷地區(qū)的溫差△t設(shè)定在30℃。

  Q單玻= 30*5.8=174W∕m2·h

  嚴(yán)寒地區(qū)的溫差△t設(shè)定在40℃

  Q單玻= 40*5.8=232W∕m2·h

  6+12A+6的中空玻璃采暖所損失的熱量。

  夏熱冬冷地區(qū):Q=20*3.0=60W∕m2·h

  寒冷地區(qū):Q=30*3.0=90W∕m2·h

  嚴(yán)寒地區(qū):Q=40*3.0=120W∕m2·h

  3.玻璃節(jié)能的方法

  從上面的計(jì)算公式可以看出,影響玻璃耗能,拋開外界環(huán)境因素造成的溫差不談,主要因素是玻璃的遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)。尤其是夏季,降低傳熱系數(shù)對(duì)室內(nèi)空調(diào)制冷的負(fù)荷影響很小,主要取決于玻璃的遮陽系數(shù)。而冬季,降低傳熱系數(shù)是有效控制室內(nèi)熱量流失的有效措施。因此,降低Sc和K值就可以達(dá)到玻璃節(jié)能的效果了。

  我們先從降低玻璃的Sc值說起。目前傳統(tǒng)的方法有降低可見光進(jìn)入而阻隔部分可見光所帶有的熱量(如茶色玻璃等),雖然這種玻璃是在一定程度上降低了Sc,但由于未能有效的阻隔太陽光中含有的熱能比例最高的中近紅外線,進(jìn)入室內(nèi)的熱量必然很多,而且由于阻隔了大部分的可見光,使玻璃的采光性能降低而使室內(nèi)產(chǎn)生新的采光電能;另外一種減少玻璃Sc值的傳統(tǒng)方法是在玻璃上鍍上一層陽光控制金屬膜,可以有效地阻隔各波段的太陽光,高端的產(chǎn)品也可以達(dá)到較高的可見光透過率,這是目前最常用的方法。

  那么有沒有一種新的技術(shù)來使玻璃既能保持很好的采光性能,又能最大限度地阻隔太陽光中的中近紅外、紫外波段,同時(shí)又要兼顧經(jīng)濟(jì)適用性呢?答案是肯定的,北京化工大學(xué)和池州英派科技有限公司聯(lián)合承擔(dān)的“863”計(jì)劃項(xiàng)目——建筑節(jié)能玻璃膜是一種新型的建筑門窗玻璃及玻璃幕墻節(jié)能的有效材料。該技術(shù)采用納米金屬氧化物(詞條“金屬氧化物”由行業(yè)大百科提供)為材料,利用材料的納米效應(yīng),讓太陽光中的可見光波段達(dá)81.5%的透過率,同時(shí)對(duì)紫外線有99%以上的阻隔率,對(duì)中近紅外線有90%的阻隔率,這樣在室內(nèi)采光少受影響的前提下,最大程度地阻隔了影響空調(diào)制冷負(fù)荷的中近紅外線的熱量進(jìn)入室內(nèi),從而大大提高了空調(diào)效率。由于該材料對(duì)中、近紅外均有極高的阻隔作用,也可以起到冬季采暖時(shí)的中、近紅外熱量的向室外流失,實(shí)現(xiàn)保溫功能。(經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和對(duì)不同中近紅外阻隔功能膜的傳熱系數(shù)檢測(cè),證明冬季采暖時(shí)有較高比例的中近紅外存在)根據(jù)“國家安全玻璃石英玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心”及具有國家認(rèn)證的檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè),該產(chǎn)品的光學(xué)及節(jié)能性如下:

名稱

可見光透射比(%)

遮陽系數(shù)Sc


傳熱系數(shù)K(W/m2·k)

6mm貼膜玻璃

70

0.58

4.9

60

0.52

4.9

50

0.46

4.9

40

0.35

4.9

6+12A+6貼膜



2.4

  從檢測(cè)數(shù)據(jù)看出,該技術(shù)對(duì)玻璃的節(jié)能有限大的貢獻(xiàn),由于是自主研發(fā)的新技術(shù)、新工藝,產(chǎn)品的成本僅為市場(chǎng)高檔進(jìn)口同類膜的1/4-1/8。

  4.建筑節(jié)能玻璃膜在新建建筑及既有建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

  4.1新建建筑中的應(yīng)用

  根據(jù)上述檢測(cè)報(bào)告中的Sc值及K值,在夏熱冬冷地區(qū)及寒冷地區(qū),這二個(gè)指標(biāo)完全符合建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),可以直接應(yīng)用。

  4.2既有建筑節(jié)能改造中的應(yīng)用

  先從夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū)說起,因這兩種地區(qū)中,既有建筑中有大量的單玻存在,那么先對(duì)比一下,6mm普通玻璃和6mm貼膜玻璃的情況。從前面已經(jīng)得出,夏天6mm普通玻璃進(jìn)入室內(nèi)的熱量為643.9W∕㎡·h,6mmm貼膜玻璃的Q=△t·k+630Sc=10*4.9+630*0.52(按可見光70%的透過率計(jì)算)=376.6W∕㎡·h,那么可以計(jì)算出貼膜玻璃可以減少267.3W/㎡·h的熱量進(jìn)入室內(nèi),節(jié)能比例為41.5%。

  冬天6mm單玻流失的熱量Q=116W/W/㎡·h,6mm貼膜玻璃流失的熱量Q=△t·k=20*4.9=98 W/m2·h,可以減少18W/m2·h的熱量損失,節(jié)能比例為15.5%。夏熱冬冷地區(qū)夏季制冷期為4個(gè)月冬季采暖期為4個(gè)月計(jì)算,6mm普通玻璃全年的能耗為643.9*24*120+116*24*120=2188512W/㎡·h,而6mm貼膜玻璃全年的能耗為376.6*24*120+98*24*120=1366848 W/m2·h,全年可減少能耗821664 W/m2·h ,節(jié)能率為37.5%,按玻璃能耗占建筑使用能耗的40%計(jì)算,6mm普通玻璃經(jīng)貼膜改造后可以有15%的節(jié)能率。

  同樣計(jì)算,6+12A+6普通中空玻璃貼膜改造的節(jié)能率:

  夏天:Q貼膜= △t·k+630Sc=10*24=630*0.51 =345.3 W/m2·h

  Q中空 = 552.9 W/m2·h

  冬天:Q貼膜 = 20*2.4 = 48 W/m2·h

  Q中空 = 20*3=60 w/m2·h

  計(jì)算出,6+12A+6普通中空玻璃經(jīng)貼膜改造后的節(jié)能率為14.3%。

  從以上論述中,可以看出既有建筑中無論是單玻或普通中空僅貼膜這一項(xiàng)改造,可以為既有建筑帶來近15%的節(jié)能率,而且貼膜省時(shí),安裝方便,無須拆裝窗框,更換玻璃,在改造過程中無須讓居民搬遷安置。隨著國家及社會(huì)對(duì)建筑節(jié)能的重視,(詞條“門”由行業(yè)大百科提供)窗玻璃及幕墻玻璃的節(jié)能設(shè)計(jì)、選材正成為工程驗(yàn)收的一種強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。從節(jié)能、安全、等方面綜合考慮,建筑門窗及幕墻玻璃貼膜是一種最好的選擇,特別是現(xiàn)有建筑的節(jié)能改造,玻璃貼膜無疑有它獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)來看,建筑玻璃貼膜建筑玻璃節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)。

  (作者:1.北京化工大學(xué) 陳建峰;2.池州英派科技有限公司 孫劍波 馬高峰)

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