我國既有住宅中空玻璃管熱的歷史演變

我國既有住宅中空玻璃管熱的歷史演變

中國面積大，氣候差異大。《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》(GB50176—93)將全國劃分為五個區(qū)域,即嚴寒地區(qū),寒冷地區(qū),夏熱冬冷地區(qū),夏熱冬暖地區(qū)和溫和地區(qū)。其中寒冷地區(qū)包括北京在內(nèi)的廣大華北地區(qū),北線大致在長城內(nèi)外,南到淮河秦嶺一帶,西至青藏高原邊緣。寒冷地區(qū)的氣候特征表現(xiàn)為冬季漫長,寒冷干燥,冷空氣活動頻繁,與世界同緯度地區(qū)相比的一月平均溫度要低14~18度,對我們提出了更高的建筑節(jié)能要求。1995年建設(shè)部批準發(fā)布了《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準(采暖居住建筑部分)》(JBJ26—95),要求在1980~1981年當?shù)赝ㄓ迷O(shè)計基礎(chǔ)上節(jié)能50%。該標準規(guī)定:窗戶面積不宜過大,不同朝向的窗墻面積比北向不應(yīng)超過25%,東西向不應(yīng)超過30%,南向不應(yīng)超過35%。在此條件下,窗戶的傳熱系數(shù)U(w/m2·k)見表1。其中D值為外墻的熱惰性指標。由于現(xiàn)在大多數(shù)建筑外墻都達不到傳熱系數(shù)U≤1.0的要求,所以只能要求窗戶的傳熱系數(shù)U≤4.0。在上述國家節(jié)能標準的基礎(chǔ)上,1999年北京市進一步做出規(guī)定,要求各類住宅建筑外窗傳熱系數(shù)U≤3.5。在寒冷地區(qū),歷史上人們習慣使用單層玻璃窗。從最早的木窗到后來的鋼窗,鋁合金窗,以至于今天廣泛使用的PVC塑料窗。單層玻璃窗雖然結(jié)構(gòu)簡單,造價低廉,但保溫隔熱效果很差,其傳熱系數(shù)見表2所示。這里我們看到,鋁合金玻璃窗的保溫隔熱效果很差,即使采用了在內(nèi)外窗框之間加入傳熱系數(shù)很低的工程塑料與鋁合金復合成型的阻斷熱橋技術(shù),保溫隔熱效果依然較差。對于保溫隔熱效果最好的塑料窗來說,在大多數(shù)情況下還是達不到1995年建設(shè)部規(guī)定的建筑節(jié)能50%的要求。今天,在許多新建住宅房屋中,人們開始采用密封性能更好的中空玻璃窗。與單片玻璃相比,中空玻璃的傳熱系數(shù)顯著降低了,明顯改善了對冬季暖氣的保溫效果,非常適用于以暖氣能耗為主的北方寒冷地區(qū)的民用住宅。根據(jù)重慶大學建筑技術(shù)科學研究所發(fā)表的文獻資料,中空玻璃窗的傳熱系數(shù)如表3所示。顯然鋁合金的中空玻璃窗就完全可以滿足節(jié)能50%的要求,而斷熱橋鋁合金窗和PVC塑料中空玻璃窗的傳熱系數(shù)在3.5w/m2·k以下,可以進一步滿足節(jié)能65%的要求。三種常用材料的窗戶價格如表4所示。從以上分析我們看到:盡管中空玻璃窗是一種值得推廣的先進節(jié)能技術(shù),但是中空玻璃本身較厚,窗框結(jié)構(gòu)復雜,致使其造價較高,在使用上受到一定的限制,在大中城市有時甚至需要通過政府的建筑節(jié)能法令來強制推行。這里我們積極推薦一種簡單易行的建筑節(jié)能技術(shù),就是在寒冷地區(qū)推廣使用兩個單層玻璃窗的組合,即通常所說的雙層玻璃窗。在兩個單層玻璃之間,存在一個大約100mm的靜止空氣層,它具有十分良好的保溫隔熱效果,根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》(GB50176—93)其熱阻值如表5所示。對于雙層玻璃窗來說,其傳熱系數(shù)的計算公式為:這里Us是雙層玻璃窗整體的傳熱系數(shù),而Uw和Un分別是其外窗和內(nèi)窗的傳熱系數(shù),Rz是空氣間層熱阻值。我們分別計算出三種常用材料的單層玻璃窗,在不同外窗和內(nèi)窗組合情況下的雙層玻璃窗傳熱系數(shù)的取值范圍,如表6所示。表中傳熱系數(shù)的最大值對應(yīng)于不考慮空氣間層熱阻值的情況,即Rz=0;而最小值對應(yīng)于空氣間層熱阻值最大的情況,即Rz=0.18。這里我們看到:鋁合金材料的雙層玻璃窗,其最大傳熱系數(shù)在3.10m2·k/w以下,完全可以滿足建筑節(jié)能65%的要求;斷熱橋鋁合金組成的雙層玻璃窗,其傳熱系數(shù)與塑料中空玻璃窗相當或更小,節(jié)能效果更好;而斷熱橋鋁合金和PVC塑料組合的雙層玻璃窗,節(jié)能效果最好,其最大傳熱系數(shù)達到2.51m2·k/w以下,甚至可以在大多數(shù)嚴寒地區(qū)使用。我們都知道在建筑節(jié)能方面,新技術(shù)一般都是節(jié)能的,但節(jié)能不一定必須要用新技術(shù)。雙層玻璃窗雖然是傳統(tǒng)技術(shù),但是仍然具有很好的節(jié)能效果,除了具有良好的保溫隔熱性能外,雙層玻璃窗還有以下優(yōu)點:(1)由于雙層玻璃窗結(jié)構(gòu)簡單,所以造價低廉。兩層優(yōu)質(zhì)鋁合金單框玻璃窗造價為500~700元/平方米,遠遠低于中空玻璃窗的造價;兩層斷熱橋鋁合金窗和PVC塑料窗的造價也達不到中空玻璃窗的造價,但保溫隔熱效果卻比它們好得多。而且單框單層玻璃窗使用廣泛,取材容易,加工與安裝都十分方便,建筑成本很低。不僅在大城市可以使用,更容易在中小城市和農(nóng)村地區(qū)推廣,有著十分廣泛的發(fā)展空間。(2)由于兩個單框玻璃窗可以采取鋁合金窗,斷熱橋鋁合金窗和塑料窗的不同組合,兼具它們的不同優(yōu)點,所以還有一定的裝飾效果,能夠滿足各種建筑的不同需要。如果使用5~6mm的較厚玻璃,雙層玻璃窗與僅有的單層玻璃窗相比,也許具有更好的防盜性能。(3)在單層玻璃窗的使用實踐中發(fā)現(xiàn):較寬的窗洞與較窄的窗框之間實際上存在著一個熱橋效應(yīng)。我們過去評價窗戶的保溫隔熱性能時,只是單獨考慮了窗戶本身的傳熱系數(shù),往往忽略了這個熱橋效應(yīng)的存在。顯然,在兩個單框玻璃窗中可以保留一個寬度100mm的空氣間距,使兩個窗框之間占據(jù)一個較寬的窗洞位置,就可以最大限度地減輕這個熱橋的影響,進一步提高雙層玻璃窗的保溫隔熱性能。(4)一個現(xiàn)代化的城市,尤其在繁華商業(yè)區(qū)和交通干線附近,環(huán)境噪音非常大,通?？梢赃_到75~85分貝,使人感覺非常不舒適。一般單層窗可以將噪音降低25分貝左右,而雙層窗至少還可以再降低10個分貝,將環(huán)境噪音降低到40~50分貝,相當于郊區(qū)環(huán)境噪音的水平。在使用中為了避免兩層玻璃之間產(chǎn)生的共振,一般在外側(cè)選用較厚的玻璃,內(nèi)側(cè)選用較薄的玻璃即可。我國嚴寒地區(qū)占國土面積的40%左右,寒冷地區(qū)占國土面積的30%左右。歷史上,我們已經(jīng)習慣于在嚴寒地區(qū)使用雙層玻璃窗,而在