既有玻璃幕墙节能改造技术研究

徐增建，程 立

（宁波建工建乐工程有限公司，浙江 宁波 315020）

0 引言

随着建筑技术的不断发展，玻璃幕墙在建筑物中的应用越来越广泛，玻璃幕墙逐步成为现代建筑，特别是现代城市建筑的象征。它具有轻巧、灵动、活泼、时尚的外观，能改变传统建筑沉闷、凝重的外立面格调。它的透光性能营造较明亮的室内环境，克服传统墙体厚重隔光的缺点，达到建筑内外空间交融的效果。但正因为玻璃幕墙的上述优点也造成室内外容易发生能量交换。随着玻璃幕墙的大量应用，通过玻璃幕墙产生的热交换成为建筑热交换的主要途径。因此如何控制玻璃幕墙的热交换是建筑物能否达到节能环保标准的重要措施之一[2]。

在我国20世纪90年代建造的玻璃幕墙以普通中空玻璃为主，甚至早期建造的玻璃面板采用单片玻璃。建筑隔热效果差，能耗高。对此类玻璃幕墙的节能改造不仅要结合节能标准，尚要考虑经济成本。因此对于既有玻璃幕墙的节能改造技术的研究仍需加强，寻求一种既能满足节能标准又能取得最佳经济效益的改造技术是必然的形势需求。

1 玻璃幕墙的传热途径

玻璃幕墙的传热过程大致有三种途径：

（1）热传导，热传导是在固体内部或直接接触的固体之间的热传递过程。在这个过程中，没有物质的移动。导热热阻与材料的导热系数及材料在热流方向的厚度有关。

（2）辐射换热，辐射是两个固体之间通过热辐射进行的热传递。在常温下，物体之间的辐射换热是在远红外线（长波，5μm以上波长）波段进行的。辐射换热系数与物体表面的热辐射系数ε及温度有关，通常表面颜色越深ε值越大，换热系数就越大。

（3）对流换热，工程中的对流换热主要是固体表面与气体之间的热传递过程，同时也包含型材腔或玻璃空气层内的气体导热，这个过程中有流体的运动。对流换热系数主要与固体表面流体的运动速度有关。

2 玻璃幕墙的节能改造方法

2.1 在既有幕墙玻璃内侧增加中空层

既有建筑中存在许多单层玻璃和普通中空玻璃，其玻璃的传热系数、遮阳系数等热工性能较差，远远不能满足建筑幕墙节能标准。可采用在既有幕墙玻璃内侧用硅酮结构密封胶粘贴固定一片在线LOW-E单片玻璃，新增玻璃与原玻璃间设置12mm空气间隔层，改善玻璃幕墙热工性能。以下是节点热工有限元分析的结果，如图1、图2所示。

图1 既有单层玻璃幕墙构造节点

图2 玻璃幕墙改造后（增加中空层）构造节点

2.1.1 计算条件

本课题计算取用幕墙幅面尺寸为：长度19.6m，高度12m；玻璃分割尺寸为：1.4m×2m；幅面层高4m；面积约为235.2m2。

2.1.2 分析结果

玻璃幕墙系统节点节能参数以及整个幅面节能参数如图3～图6所示。

图3 既有立柱框传热系数

图4 既有横梁框传热系数

图5 改造后立柱框传热系数

图6 改造后横梁框传热系数

2.1.3 结论

如表1所示，相较于原系统，优化后立柱传热系数降低约16.8%，横梁传热系数降低约20%；玻璃传热系数降低约61%，玻璃遮阳系数降低约63%；幅面传热系数降低约52%，幅面遮阳系数降低约62%。

表1 原系统与改造后热工参数对比

2.2 在既有幕墙玻璃内侧增设隔热垫及中空层

在铝型材之间增设隔热垫，铝型材之间形成断桥，原理上等同于隔热型材，能有效阻止热量的传导。中空层的设置方法同2.1节。沿用2.1.1 节的计算条件，分别对既有玻璃幕墙增设隔热垫及中空层前后的热工性能进行计算，模拟计算结果如图7～图9所示。

图7 玻璃幕墙改造后（增加隔热垫及中空层）构造节点

图8 增加隔热垫及中空层后立柱框传热系数

图9 增加隔热垫及中空层后横梁框传热系数

结论：如表2所示，相较于原系统，增加垫块及中空层后立柱传热系数降低约42%，横梁传热系数降低约35%；玻璃传热系数降低约61%，玻璃遮阳系数降低约63%；幅面传热系数降低约56%，幅面遮阳系数降低约63%。

表2 原系统、增加中空层、增加隔热垫及中空层后热工参数对比

2.3 在既有幕墙玻璃上贴隔热膜

隔热膜贴在既有幕墙玻璃表面使房内能透过一定量的可见光，在炎热的夏季能保持室内温度不会升高太多，并有效阻隔紫外线，达到节能的效果。贴热反射膜后，遮阳系数降低约44%，传热系数无明显降低。以下是贴膜（热反射膜）前后玻璃的热工参数对比，如图10、图11、表3所示。

表3 原单片玻璃与贴热反射膜热工参数对比

图10 单片玻璃（未贴膜）

图11 单片玻璃（着色贴热反射膜）

在既有幕墙玻璃上贴隔热膜相对于更换玻璃还有以下四个优点：①更经济。既有钢化透明玻璃或着色玻璃贴热反射隔热膜比更换热反射玻璃要节约50%的总成本；②更快捷。既有玻璃贴膜比拆下旧玻璃再换上新玻璃工期短，操作简便；③更环保。更换玻璃会产生大量碎玻璃的建筑垃圾，会增加运输及填埋成本，而贴膜可利用既有玻璃，使其隔热及安全性能升级。还可防止室内地毯，窗帘，织物和油漆等褪色，有效保护室内家具，电脑等办公设备，延长其使用寿命；④更健康。玻璃贴膜中的安装胶含有UV（紫外线）吸收剂，可阻隔98%～99%的紫外线[3]。

3 节能改造实际案例（见图12 、图13 、表4 ）

图12 项目基本信息

图13 改造前后节能效果对比

表4 各朝向窗墙面积比信息

相较于原系统，增加中空层后，建筑能耗显著降低。①考虑供暖空调能耗时，能耗降低幅度为49.80%；②考虑供暖空调、照明能耗时，能耗降低幅度为38.08%；③考虑供暖空调、照明、设备能耗时，能耗降低幅度为29.88%。

4 结语

本课题以既有玻璃幕墙为研究的对象，采用在原有玻璃内侧增加中空层、增设隔热垫及中空层、在原有玻璃上贴隔热膜，这三种节能方法对此玻璃幕墙的节能性能进行研究，分析玻璃遮阳系数、传热系数的变化，并得出如下结论：

4.1 在原有玻璃内侧增加中空层

增加空气层可明显降低玻璃的传热系数，而贴膜可以降低玻璃的遮阳系数，由于整幅幕墙的玻璃占比比较大，故此种改造方法也可以降低整幅幕墙的传热系数、遮阳系数。

4.2 增加隔热垫及中空层

增加隔热垫仅可改善框传热系数，增设中空层可降低玻璃热工性能，因而对整幅幕墙的热工性能改变最为明显，同时改造的难度及成本也最大。

4.3 仅在原有玻璃上贴膜

仅对既有玻璃贴膜，只能改变玻璃的遮阳系数，不能改变玻璃传热系数以及框的传热、遮阳系数；因而不能改变整幅幕墙的传热系数，仅能改善遮阳系数，但此种方法最为经济，施工难度也最小。

综述：节能改造的方法根据热量的传递途径，分为上述三种情况，为达到较好的节能效果，上述方法需要联合使用。