摘要：節(jié)能降耗建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，在玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)與降低工程造價(jià)之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：節(jié)能設(shè)計(jì) PVC隔熱材料 非結(jié)構(gòu)性連接 性價(jià)比
一、前言
節(jié)能降耗，始終是社會(huì)發(fā)展中值得關(guān)注的重點(diǎn)。在我國(guó)，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(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，使節(jié)能問(wèn)題得到了空前重視。國(guó)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(gè)重要組成部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑能耗占社會(huì)總能耗的25％，并且這個(gè)比例還會(huì)隨著人們生活水平不斷改善和提高，對(duì)工作和居住環(huán)境的舒適度的要求不斷增長(zhǎng)。因此建筑節(jié)能成為降低能耗的一項(xiàng)重要措施。玻璃幕墻、門窗是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)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(gè)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(shè)計(jì)尤其重要。
二、顯框玻璃幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)
玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)，在材料選用上首先應(yīng)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(jié)構(gòu)上優(yōu)化設(shè)計(jì)，遮陽(yáng)設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求、開(kāi)啟扇采用多道密封等方法來(lái)達(dá)到節(jié)能降耗的目的，本文以顯框玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)為例，從構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上分析、比較，以較低的成本達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)的目的。
如何在提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)特別是顯框玻璃幕墻的保溫性能與降低工程造價(jià)之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，這是每個(gè)幕墻設(shè)計(jì)人員必須面臨的問(wèn)題。大都數(shù)人認(rèn)為顯框玻璃幕墻要進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，鋁型材必須采用隔熱斷橋型材，即采用PA66GF25（玻璃纖維強(qiáng)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(guò)多年幕墻設(shè)計(jì)，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)顯框玻璃幕墻隔熱原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工工藝作了一些研究，一家之見(jiàn)，僅供業(yè)內(nèi)人士叁考。
圖1為幕墻分格圖，圖1顯框玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)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(shè)計(jì)顯框玻璃幕墻立柱截面圖，
圖4
圖5、圖6為筆者設(shè)計(jì)的PVC結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)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(duì)顯框玻璃幕墻（圖1）進(jìn)行熱工計(jì)算、分析，計(jì)算軟件采用重慶大學(xué)、內(nèi)江百科科技有限公司的W－Energy2.0建筑門窗幕墻熱工計(jì)算及分析系統(tǒng)，計(jì)算結(jié)果表明： 對(duì)于圖2、圖3鋁型材幕墻外面與幕墻內(nèi)面相通或基本相通， 按對(duì)沒(méi)有熱斷橋的金屬框計(jì)算 U＝4.55W/m2.K；對(duì)于圖4鋁型材采用PA66GF25（玻璃纖維強(qiáng)化尼龍）隔熱條計(jì)算 U＝3.33W/m2.K；對(duì)于圖5、圖6鋁型材采用PVC隔熱條計(jì)算 U＝=3.17W/m2.K（不考慮間距300mm固定螺釘傳熱影響），通過(guò)以上計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)幕墻計(jì)算單元的傳熱系數(shù)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(shè)計(jì)人員合理利用好材料的特性。
有關(guān)資料顯示，早在上世紀(jì)，歐洲制做“斷熱”鋁型材時(shí)就是采用的PVC，后來(lái)發(fā)現(xiàn)PVC材料物理性能、尤其是熱膨脹系數(shù)較鋁合金大（熱膨脹系數(shù)為5～18×10－5℃其熱應(yīng)力將高出60％～500％）和熱變形溫度低，冷橋組合部分在應(yīng)力情況下將會(huì)產(chǎn)生扭曲或相對(duì)移動(dòng)，甚至脫落，不能滿足隔熱窗的質(zhì)量要求，通過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)了熱膨脹系數(shù)、強(qiáng)度等指標(biāo)與鋁型材相近新材料。便產(chǎn)生了PA66GF25（玻璃纖維強(qiáng)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(jià)格優(yōu)勢(shì)，筆者認(rèn)為只要在構(gòu)造上下功夫，避免過(guò)高的熱膨脹系數(shù)和較低的熱變形溫度對(duì)隔熱窗、幕墻的質(zhì)量影響，在能滿足使用要求和國(guó)家建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的前提下，使用PVC隔熱材料具有更高的性能價(jià)格比。
PVC與PA66GF25及PUR的性能價(jià)格比較：PVC抗拉強(qiáng)度較鋁合金低，軟化點(diǎn)低，耐酸堿力極強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好， 材料導(dǎo)熱系數(shù)約是0.16 W／（m·K）。因此，價(jià)格低廉的PVC可用于非結(jié)構(gòu)隔熱材料。PA66GF25及PUR隔熱材料，這兩種材料導(dǎo)熱系數(shù)小于0.3 W／（m·K），熱變形溫度（℃）、熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）（W/m?K）、線膨脹系數(shù)（K-1）、沖擊強(qiáng)度(無(wú)缺口) （kJ/m2）、斷裂伸長(zhǎng)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(shè)部JG/T174-2005標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)PA66GF25隔熱條性能上的要求。因此，PA66GF25及PUR隔熱材料可用作結(jié)構(gòu)用隔熱材料，但價(jià)格昂貴。
有人說(shuō)國(guó)標(biāo)GB5237明確PVC隔熱條被嚴(yán)禁使用，但國(guó)標(biāo)GB5237并沒(méi)有禁止PVC材料作為非結(jié)構(gòu)隔熱材料使用，使用價(jià)格低廉的PVC隔熱材料，創(chuàng)造出高節(jié)能的產(chǎn)品，何樂(lè)而不為。
三、PVC隔熱構(gòu)造說(shuō)明
圖5、圖6的連接方式為鋁型材、PVC隔熱塊、內(nèi)蓋板、外蓋板通過(guò)螺釘連接，選擇合適大小的密封膠條，使PVC隔熱塊與內(nèi)蓋板之間留有一定間隙（1mm左右），消除熱變形的影響。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生扭曲或相對(duì)移動(dòng)，從構(gòu)造上就避免熱膨脹系數(shù)和熱變形溫度對(duì)隔熱窗的質(zhì)量影響，更不會(huì)脫落，造成傷害。由于PVC材料價(jià)格低廉、在封閉、無(wú)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(shè)計(jì)中避免熱應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)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(diǎn)間距可以在車間先安裝，與其它組合型材安裝在施工上無(wú)區(qū)別。由于PVC條的熱膨脹系數(shù)為5～18×10－5℃其熱應(yīng)力將高出60％～500％，因此在PVC隔熱塊中間部位設(shè)計(jì)了一長(zhǎng)槽，既減少熱應(yīng)力對(duì)鋁型材的影響、又減少材料用量，同時(shí)便于螺釘連接。圖8將PVC隔熱條設(shè)計(jì)為通長(zhǎng)，由于連接點(diǎn)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(guò)PVC隔熱條不受縱向剪力、橫向扭力作用，在結(jié)構(gòu)上僅起定位作用罷了。
四、結(jié)論
從以上分析可以看出，細(xì)節(jié)決定成敗，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性非常關(guān)鍵，一個(gè)好的節(jié)能設(shè)計(jì)并不一定以增加成本為代價(jià)。只要嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算、周密設(shè)計(jì)，做到在滿足使用要求和國(guó)家建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上成本最優(yōu)化，這才是一個(gè)成功的設(shè)計(jì)。建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，在滿足強(qiáng)度、變形等指標(biāo)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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