摘要：節(jié)能降耗建設節(jié)約型社會，在玻璃幕墻節(jié)能設計與降低工程造價之間找到一個平衡點，優(yōu)化設計，合理地選擇隔熱材料，以較低的成本，創(chuàng)造出高節(jié)能的產品。
關鍵詞：節(jié)能設計 PVC隔熱材料 非結構性連接 性價比
一、前言
節(jié)能降耗，始終是社會發(fā)展中值得關注的重點。在我國，能源需求與供給之間的矛盾日益突出，給可持續(xù)發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)，使節(jié)能問題得到了空前重視。國家提出在“十一五”期間，GDP能耗要下降20％。建筑節(jié)能是能源節(jié)約中的一個重要組成部分，據統(tǒng)計，我國建筑能耗占社會總能耗的25％，并且這個比例還會隨著人們生活水平不斷改善和提高，對工作和居住環(huán)境的舒適度的要求不斷增長。因此建筑節(jié)能成為降低能耗的一項重要措施。玻璃幕墻、門窗是建筑外圍護結構的重要組成部分，也是建筑物熱交換、熱傳導最活躍、最敏感的部位，失熱損失約為傳統(tǒng)墻體的5至6倍，玻璃幕墻、門窗的能耗占整個建筑能耗的40％左右，由此可以看出玻璃幕墻、門窗的節(jié)能設計尤其重要。
二、顯框玻璃幕墻的優(yōu)化設計
玻璃幕墻節(jié)能設計，在材料選用上首先應選用節(jié)能型材料。如空氣層厚度一般為12mm的中空玻璃、熱反射中空玻璃及LOW－E中空玻璃等，鋁合金型材采用隔熱斷橋型材等；在結構上優(yōu)化設計，遮陽設計符合標準要求、開啟扇采用多道密封等方法來達到節(jié)能降耗的目的，本文以顯框玻璃幕墻節(jié)能設計為例，從構造節(jié)點設計上分析、比較，以較低的成本達到節(jié)能設計的目的。
如何在提高圍護結構特別是顯框玻璃幕墻的保溫性能與降低工程造價之間找到一個平衡點，這是每個幕墻設計人員必須面臨的問題。大都數人認為顯框玻璃幕墻要進行節(jié)能設計，鋁型材必須采用隔熱斷橋型材，即采用PA66GF25（玻璃纖維強化尼龍）隔熱條或采用PUR（聚氨基甲酸乙酯）材料隔熱條型材。筆者通過多年幕墻設計，積累了一些經驗，對顯框玻璃幕墻隔熱原理、結構設計、生產加工工藝作了一些研究，一家之見，僅供業(yè)內人士叁考。
圖1為幕墻分格圖，圖1顯框玻璃幕墻節(jié)點形式如下：
圖2、圖3為非節(jié)能顯框玻璃幕墻立柱截面圖，
圖2 圖3
圖4為節(jié)能設計顯框玻璃幕墻立柱截面圖，
圖4
圖5、圖6為筆者設計的PVC結構節(jié)能設計顯框玻璃幕墻立柱截面圖。
圖5 圖6
以6透明+12空氣+6透明中空玻璃為例對顯框玻璃幕墻（圖1）進行熱工計算、分析，計算軟件采用重慶大學、內江百科科技有限公司的W－Energy2.0建筑門窗幕墻熱工計算及分析系統(tǒng)，計算結果表明： 對于圖2、圖3鋁型材幕墻外面與幕墻內面相通或基本相通， 按對沒有熱斷橋的金屬框計算 U＝4.55W/m2.K；對于圖4鋁型材采用PA66GF25（玻璃纖維強化尼龍）隔熱條計算 U＝3.33W/m2.K；對于圖5、圖6鋁型材采用PVC隔熱條計算 U＝=3.17W/m2.K（不考慮間距300mm固定螺釘傳熱影響），通過以上計算可以發(fā)現幕墻計算單元的傳熱系數U值在相同鋁型材外形、相同玻璃的情況下采用PVC隔熱條的鋁型材U值最低，且成本較低。這就要求我們幕墻設計人員合理利用好材料的特性。
有關資料顯示，早在上世紀，歐洲制做“斷熱”鋁型材時就是采用的PVC，后來發(fā)現PVC材料物理性能、尤其是熱膨脹系數較鋁合金大（熱膨脹系數為5～18×10－5℃其熱應力將高出60％～500％）和熱變形溫度低，冷橋組合部分在應力情況下將會產生扭曲或相對移動，甚至脫落，不能滿足隔熱窗的質量要求，通過研究，發(fā)現了熱膨脹系數、強度等指標與鋁型材相近新材料。便產生了PA66GF25（玻璃纖維強化尼龍）隔熱條或采用PUR（聚氨基甲酸乙酯）材料隔熱條。但PVC與PA66GF25及PUR相比具有明的價格優(yōu)勢，筆者認為只要在構造上下功夫，避免過高的熱膨脹系數和較低的熱變形溫度對隔熱窗、幕墻的質量影響，在能滿足使用要求和國家建筑節(jié)能標準的前提下，使用PVC隔熱材料具有更高的性能價格比。
PVC與PA66GF25及PUR的性能價格比較：PVC抗拉強度較鋁合金低，軟化點低，耐酸堿力極強，化學穩(wěn)定性好， 材料導熱系數約是0.16 W／（m·K）。因此，價格低廉的PVC可用于非結構隔熱材料。PA66GF25及PUR隔熱材料，這兩種材料導熱系數小于0.3 W／（m·K），熱變形溫度（℃）、熱導率（導熱系數）（W/m?K）、線膨脹系數（K-1）、沖擊強度(無缺口) （kJ/m2）、斷裂伸長率（％）、耐紫外線和熱老化性能等更符合鋁合金型材的性能和加工特征，符合建設部JG/T174-2005標準中對PA66GF25隔熱條性能上的要求。因此，PA66GF25及PUR隔熱材料可用作結構用隔熱材料，但價格昂貴。
有人說國標GB5237明確PVC隔熱條被嚴禁使用，但國標GB5237并沒有禁止PVC材料作為非結構隔熱材料使用，使用價格低廉的PVC隔熱材料，創(chuàng)造出高節(jié)能的產品，何樂而不為。
三、PVC隔熱構造說明
圖5、圖6的連接方式為鋁型材、PVC隔熱塊、內蓋板、外蓋板通過螺釘連接，選擇合適大小的密封膠條，使PVC隔熱塊與內蓋板之間留有一定間隙（1mm左右），消除熱變形的影響。該結構的特點是： PVC隔熱塊作為定位、隔熱功能使用，不受縱向剪力、橫向扭力作用，因此不會產生扭曲或相對移動，從構造上就避免熱膨脹系數和熱變形溫度對隔熱窗的質量影響，更不會脫落，造成傷害。由于PVC材料價格低廉、在封閉、無光的環(huán)境下不老化具有較高的安全、可靠性，因此，只要在設計中避免熱應力對結構的影響，使用PVC材料作隔熱材料又何償不可呢？
PVC隔熱條（塊）如下圖7、圖8：
圖7
圖8
圖7 PVC隔熱塊以燕尾連接方式與鋁型材相連，PVC隔熱塊在幕墻立柱、橫梁上墻安裝之前按連接點間距可以在車間先安裝，與其它組合型材安裝在施工上無區(qū)別。由于PVC條的熱膨脹系數為5～18×10－5℃其熱應力將高出60％～500％，因此在PVC隔熱塊中間部位設計了一長槽，既減少熱應力對鋁型材的影響、又減少材料用量，同時便于螺釘連接。圖8將PVC隔熱條設計為通長，由于連接點為懸臂，克服了溫度作用的影響，其隔熱作用與PA66GF25及PUR隔熱條基本一致，只不過PVC隔熱條不受縱向剪力、橫向扭力作用，在結構上僅起定位作用罷了。
四、結論
從以上分析可以看出，細節(jié)決定成敗，結構設計的合理性非常關鍵，一個好的節(jié)能設計并不一定以增加成本為代價。只要嚴謹計算、周密設計，做到在滿足使用要求和國家建筑節(jié)能標準的基礎上成本最優(yōu)化，這才是一個成功的設計。建設節(jié)約型社會，在滿足強度、變形等指標的要求下，盡可能減少材料用量節(jié)約效果更明顯。
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