外墻玻璃窗建筑節(jié)能一體化設計研究

外墻-玻璃窗

建筑節(jié)能一體化設計研究中南大學馬承銀外墻-玻璃窗建筑節(jié)能一體化

設計主題圍護結構節(jié)能方法嚴寒地區(qū)：外墻保溫涂料+高透型熱控中空玻璃窗熱帶地區(qū)：外墻反射隔熱涂料+遮陽型熱控中空玻璃窗

一、建筑節(jié)能對圍護結構的要求

我國南方與北方氣候相差很大，建筑節(jié)能對墻體與窗戶的要求也不相同。節(jié)能設計的要求：嚴寒地區(qū)：必須充分滿足冬季保溫要求，一般可不考慮夏季防熱。寒冷地區(qū)：應滿足冬季保溫要求，部分地區(qū)兼顧夏季防熱。夏熱冬冷地區(qū)：必須滿足夏季防熱要求。適當兼顧冬季保溫。夏熱冬暖地區(qū)：必須充分滿足夏季防熱要求，一般可不考慮冬季保溫。

溫和地區(qū)：部分地區(qū)應考慮冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱。地區(qū)窗墻比≤3層4-8層大于9層嚴寒A外墻0.20.40.5外窗0.4-0.451.51.61.8寒冷A外墻0.450.60.7外窗0.4-0..51.82.02.3地區(qū)單位≤3層4-8層大于9層嚴寒A外墻w/m2k0.20.40.5外墻總熱阻m2k/w52.5237#保溫層厚度mm1737353寒冷A外墻w/m2k0.450.60.7外墻總熱阻m2k/w2.21.71.437#保溫層厚度mm904030表1嚴寒與寒冷地區(qū)外墻與外窗傳熱系數(shù)表2嚴寒與寒冷地區(qū)墻體PS板保溫層厚度

表3夏熱冬冷地區(qū)墻與窗傳熱系數(shù)

表4夏熱冬冷地區(qū)地區(qū)墻體PS板保溫層厚度地區(qū)單位D≤2.5D＞2.5夏熱冬冷地區(qū)外墻體形系數(shù)＞0.4w/m2k0.81.0外墻總熱阻m2k/w1.25124#保溫層厚度mm3020地區(qū)體系系數(shù)單位D≤2.5D＞2.5夏熱冬冷地區(qū)外墻＞0.4w/m2k0.81.0外窗4.0-2.3外墻≤0.41.01.5外窗4.7-2.5

表5夏熱冬暖地區(qū)外墻與外窗的傳熱系數(shù)單位D≥3.0D≤2.8D≥2.5夏熱冬暖地區(qū)外墻w/m2k2.0＜K＜2.51.5＜K＜2.00.7＜k＜1.5外窗由遮陽系數(shù)確定不同地區(qū)的墻體與窗戶的傳熱系數(shù)要求問題：外窗是建筑圍護結構的短板；加厚外墻保溫層的厚度有限；外墻保溫層存在很多弊病。有必要對外墻與外窗的節(jié)能一體化進行研究。外墻w/m2k外窗w/m2k保溫PS厚度mm嚴寒地區(qū)0.2-0.61.6-1.8170-50寒冷地區(qū)0.45-0.71.8-2.390-30夏熱冬冷地區(qū)0.8-1.52.3-4.030-20夏熱冬暖地區(qū)≤2.5遮陽系數(shù)

二、外墻保溫隔熱涂料1、傳熱基本理論導熱：當物體各部分之間不發(fā)生相對位移，依靠物質的分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞稱為導熱(熱傳導)。對流：熱能在液體或氣體中從一處傳遞到另一處的過程。主要是由于質點位置的移動，使溫度趨于均勻。輻射：自然界中的一切物體，只要溫度在絕對溫度零度以上，都以電磁波和粒子的形式時刻不停地向外傳送熱量，這種傳送能量的方式被稱為輻射。

2、傳熱與溫度的關系導熱

Q=KA（T１－T２）——與溫差的1次方成正比對流傳熱

Q＝αA

（T１－T２）——與溫差的1次方成正比輻射傳熱

Q=εA（T１4－T２4）——與4次方溫差的成正比在節(jié)能計算中，重視導熱、對流傳熱，輻射傳熱應該重視。

3、輻射傳熱的應用3.1工業(yè)窯爐高輻射率涂層耐火材料增加爐膛內耐火材料的輻射吸收率，根據(jù)輻射傳熱原理：輻射吸收率=輻射發(fā)射率，增加爐壁發(fā)射率，增強爐輻射傳熱，提高熱效率。

高溫輻射（2）紅外線烤火爐

中溫輻

（3）保暖內衣

常溫輻射

輻射傳熱

Q=εA（T１4－T２4）——與溫差的4次方成正比aε不變，夏天50℃、冬天-10℃，輻射傳熱相差2.3倍。夏天輻射散熱多，有利于降溫；冬天輻射散熱少，有利于保溫。b影響ε的因素材料的種類溫度波長

4、保溫隔熱涂料

反射隔熱涂料是對太陽熱輻射有較高的反射率，同時又具有較高紅外輻射率，達到使輻射表面降溫，具有隔熱效果。適用于夏季炎熱地區(qū)。

對建筑圍護結構，既要求隔熱效果好，也要求保溫效果好，才能在維持室內環(huán)境溫度的同時，又節(jié)省建筑能耗。隔熱保溫涂料是建筑節(jié)能的需要！

0.2-0.3mm厚度的建筑涂料，具有保溫隔熱功能是否可能？

（1）內墻保溫涂料

功能：阻止室內熱能向室外傳遞。室內熱源：人體、家電、空調采暖的長波熱輻射。內墻保溫的原理室內長波輻射內墻壁吸收與反射內墻壁熱輻射室內溫度分布均勻減少室內熱向墻外傳遞內墻保溫涂料的設計原理a選擇常溫輻射材料b選擇熱阻隔材料（2）外墻保溫涂料

a、溫室效應

b、CO2和H2O的輻射特點C、外墻保溫涂料設計原理1】外墻與外界熱交換（溫室效應）外墻外表面向大氣層輻射能量；大氣層向地球表面輻射能量（CO2和H2O的紅外輻射）；2】設計原理調整涂料涂層的紅外輻射的波譜范圍，使之與大氣層的紅外輻射波譜相近，則墻體吸收較多的大氣輻射能量，減少墻體的熱損失。5保溫隔熱涂料的研究成果經過多家企業(yè)的研究與開發(fā)，研發(fā)了建筑內外墻隔熱保溫涂料，并投入了實際建筑工程應用，取得了較好的節(jié)能效果。

隔熱保溫涂料涂布樣板工程經過國家建筑檢測部門多次測試，肯定了其保溫效果。定量的測試保溫效果的等效熱阻為0.5-0.8m2k/w。其保溫效果相當于20-30mm發(fā)泡PS板。

三熱控中空玻璃1、窗玻璃的應用現(xiàn)狀現(xiàn)有玻璃不能滿足嚴寒地區(qū)要求。

2、熱控中空玻璃組成

2片平板玻璃

1片至多片熱控片暖邊膠條惰性氣體

熱控中空玻璃關鍵技術

——熱控片

熱控片是在透明高分子材料中加入阻隔紅外輻射功能材料成型得到。

熱控中空玻璃工作原理熱控中空玻璃的類型高透型可見光透過率高，紅外光透過率低，紫外線阻隔率高，有較低的傳熱系數(shù)。適合冬季寒冷地區(qū)的保溫。遮陽型可見光透過率適中，紅外光透過率低，紫外線阻隔率高，有較小的遮陽系數(shù)。適合夏季炎熱地區(qū)的隔熱。

熱控中空玻璃的優(yōu)異特性

隔熱保溫防止結露陽光控制高效屏蔽紫外線高效隔音高透光率有效節(jié)省能源高度環(huán)保

熱控中空玻璃傳熱系數(shù)測試

熱控中空玻璃經過國家玻璃質檢中心測試結果：

和墻體一樣保溫的玻璃窗！

四、墻體-玻璃窗建筑節(jié)能一體化設計1、寒冷地區(qū)墻體-玻璃窗建筑節(jié)能一體化設計我國建筑節(jié)能設計標準對墻的保溫性要求高。這樣導致墻體保溫層產生許多弊端。

如何改變墻體厚保溫層的現(xiàn)狀？

1】設計思路外墻涂布保溫隔熱涂料，替代外墻保溫層；玻璃窗采用熱控中空玻璃，替代普通玻璃窗。玻璃窗需要的傳熱系數(shù)，按照墻體的實際熱阻確定。以嚴寒地區(qū)37#墻建筑為例，設計墻體-玻璃窗節(jié)能一體化方案。保溫涂料等效熱阻0.64w/m2k,，37#墻體涂布后，傳熱系數(shù)下降。2】設計過程

墻體涂布保溫涂料后對玻璃的要求墻體涂布保溫涂料后，替代保溫層，墻體的傳熱系數(shù)增大，相應的只有減少玻璃窗的傳熱系數(shù)，才能滿足節(jié)能設計的要求。改變設計后，玻璃窗的傳熱系數(shù)從1.5-2.w/m2k，減小到0.61-1.45wm2k。采用熱控玻璃可以滿足設計要求。3】墻體-玻璃窗節(jié)能一體化的優(yōu)越性

（1）給墻體減負，脫去大棉襖；沒有保溫層的墻體質量問題，簡化保溫施工工序，降低施工成本，縮短工期，

更適合既有建筑節(jié)能改造

（2）實現(xiàn)玻璃窗與墻體一樣保溫；

減少窗戶的熱損失；防止玻璃窗結露；玻璃窗隔音性高

（3）適合更高要求的節(jié)能建筑

陽光房、被動房、裝配式建筑

2、炎熱地區(qū)墻體-玻璃窗建筑節(jié)能一體化設計

炎熱地區(qū)的墻與窗的隔熱包括方面：隔絕太陽輻射熱、隔絕外界熱空氣的傳熱。隔絕太陽輻射熱：反射隔熱原理（反射、輻射、遮陽）；隔絕外界熱空氣的傳熱：按照導熱機理（傳熱系數(shù)）。采用措施料墻體用反射隔熱涂涂布和減小墻體的傳熱系數(shù)；玻璃采用遮陽型熱控中空玻璃。炎熱地區(qū)墻體-玻璃窗建筑節(jié)能一體化設計1】采用反射隔熱涂料，減少吸收太陽輻射；減少墻體傳熱系數(shù)，減少環(huán)境傳熱。2】采用遮陽型熱控中空玻璃，減少吸收陽輻射；熱控中空玻璃低傳熱熱系數(shù)，環(huán)境傳熱少。3】墻體-玻璃窗建筑節(jié)能一體化設計，可以減少墻體的傳熱系數(shù)要求。

小結1