建筑節(jié)能在工程施工中的作用論文

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摘要：我們國家把節(jié)能降耗工作看作是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建社會主義和諧社會的重要內(nèi)容，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇，對于調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長方式、提高人民生活質(zhì)量、維護(hù)中華民族長遠(yuǎn)利益，具有極其重要而深遠(yuǎn)的意義。

一、建筑節(jié)能在整個節(jié)能工作中占有極其重要的地位。我們知道建筑能耗在社會整個能源消耗中占到30%以上，建筑節(jié)能工作的好壞直接影響到整個節(jié)能工作

特別是現(xiàn)有的許多大型公共建筑，數(shù)量特別巨大，能耗特別嚴(yán)重。目前，中國每年竣工的各類建筑的建筑面積約為20億平方米，其中公共建筑約為4億平方米。

年初，建設(shè)部、國家發(fā)展改革委員會、財政部、監(jiān)察部、審計署聯(lián)合《關(guān)于加強(qiáng)大型公共建筑工程建設(shè)管理的若干意見》，要求新建大型公共建筑必須嚴(yán)格執(zhí)行《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》和有關(guān)的建筑節(jié)能強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)單位要按照相應(yīng)的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)委托工程項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計，項(xiàng)目建成后應(yīng)經(jīng)建筑能效專項(xiàng)測評，凡達(dá)不到工程建設(shè)節(jié)能強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的，有關(guān)部門不得辦理竣工驗(yàn)收備案手續(xù)。

當(dāng)今，絕大多數(shù)公共建筑有一個共性，就是采暖能耗、空調(diào)能耗特別高。在公共建筑全年能耗中，大約60%消耗于采暖和空調(diào)，而其中的20～50%由外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱所消耗。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面，由于此類建筑大多數(shù)都要求具有良好的自然采光，因而，玻璃門窗設(shè)計得尺寸很大，窗墻比很高，或干脆設(shè)計成玻璃幕墻結(jié)構(gòu)。

玻璃與其優(yōu)良的透光性能和特殊的質(zhì)感在建筑上的運(yùn)用是其它材料無法替代的。長久以來，由于玻璃材料本身的特性造成了玻璃自身的保溫隔熱性能差，不能滿足現(xiàn)代建筑所要求的節(jié)能和舒適的要求。特別是那些大面積采用玻璃幕墻的大型公共建筑，過去，由于使用了不節(jié)能的普通鋼化玻璃或普通中空玻璃制作幕墻，該部分建筑的能耗特別高，而且冬冷夏熱很不舒適。

隨著玻璃深加工技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的節(jié)能玻璃象雨后春筍一樣蓬勃發(fā)展。真空玻璃的出現(xiàn)超越了以往所有的節(jié)能玻璃品種，標(biāo)志著真空玻璃節(jié)能時代即將到來。

二、真空玻璃的基本結(jié)構(gòu)真空玻璃是一種保溫、隔聲性能非常突出的高新技術(shù)產(chǎn)品

真空玻璃是由兩塊平板玻璃，中間由微小支撐物將其隔開，玻璃四周用玻璃釬焊料封邊，通過抽氣口抽真空，然后封接抽氣口保持真空層的一種結(jié)構(gòu)。為了長久保持真空度，延長真空玻璃壽命，新立基公司生產(chǎn)的真空玻璃在真空腔內(nèi)還放置了吸氣劑。微小支撐物是外徑0.5mm，厚度0.15mm的金屬環(huán)，由于體積微小，對人的視覺和玻璃的光學(xué)性能幾乎沒有影響。

真空玻璃的保溫原理和結(jié)構(gòu)與保溫瓶極為相似，建筑上使用真空玻璃就好象把建筑罩在一個巨大的保溫瓶中，保溫節(jié)能效果可想而知。

三、真空玻璃的保溫性能Low-E中空玻璃是目前市場上運(yùn)用較為普遍、節(jié)能效果也很好的玻璃品種

中空玻璃利用了空氣導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)。從傳熱學(xué)上講空氣雖然導(dǎo)熱系數(shù)較小，但畢竟是要進(jìn)行熱傳導(dǎo)，其它氣體包括惰性氣體也一樣。中空玻璃由于存在著較大的空氣傳導(dǎo)熱量，使得使用Low-E玻璃降低輻射熱的最終保溫隔熱效果大為降低。只有真空狀態(tài)才能消除熱傳導(dǎo)，使玻璃的綜合傳熱性能優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

常規(guī)真空玻璃產(chǎn)品系列中的真空玻璃保溫。最好的Low-E中空玻璃和充氬氣的Low-E中空玻璃的保溫。通過對比真空玻璃和中空玻璃不難得出下述結(jié)論：

1、真空玻璃熱導(dǎo)隨著所用原片的有效發(fā)射率的降低而迅速降低，中空玻璃熱導(dǎo)降低的并不明顯。

2、如果Low-E玻璃發(fā)射率做得很低，比如0.05以下，輻射熱導(dǎo)到了幾乎可以忽略的地步，此時再降低Low-E玻璃發(fā)射率對中空玻璃來講意義已經(jīng)不大，但真空玻璃傳熱系數(shù)可以做到0.5W/m2.k，而充空氣的中空玻璃傳熱系數(shù)只能做到1.60W/m2.k，充氬氣的中空玻璃傳熱系數(shù)只能做到1.23W/m2.k.

3、就傳熱系數(shù)K值而言，真空玻璃K值只有充空氣中空玻璃的三分之一，充氬氣中空玻璃的二分之一，在不考慮太陽光輻射的情況下，比如，夜晚，真空玻璃比充空氣的中空玻璃節(jié)能近70%，比充氬氣的中空玻璃節(jié)能50%.

4、在輻射熱導(dǎo)可以忽略的情況下，真空玻璃熱導(dǎo)的主要來源是支撐物熱導(dǎo)0.5W/m2.k，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有望進(jìn)一步降低該數(shù)值，比如在玻璃強(qiáng)度提高的情況下，減小支撐物直徑或增大支撐物的間距都有望大幅度減小熱導(dǎo)；充空氣（或氬氣）的中空玻璃熱導(dǎo)的主要來源是氣體對流傳熱和氣體導(dǎo)熱，為2.1（或1.5）W/m2.k，該數(shù)值不可能再有下降。從發(fā)展的觀點(diǎn)來看，在保溫性能上真空玻璃將超越中空玻璃（或充氬氣的中空玻璃）更多。

5、由于真空玻璃的厚度通常只有中空玻璃厚度的一半，因此，真空玻璃的表觀導(dǎo)熱系數(shù)更顯著地小于中空玻璃的表觀導(dǎo)熱系數(shù)。真空玻璃可以使用三塊玻璃制成雙真空層的真空玻璃，熱阻增加一倍，熱導(dǎo)降低一倍，而厚度在單真空層真空玻璃厚度的基礎(chǔ)上只增加4mm，比中空玻璃還是薄。

可以說在保溫性能上，現(xiàn)階段真空玻璃已經(jīng)大大超越了中空玻璃，將來會超越得更多。

四、真空玻璃的光學(xué)性能和隔熱常規(guī)真空玻璃由兩片玻璃組成，真空間隔層對太陽光譜是通透的，間隔層支撐物很小

新立基公司所用支撐物為環(huán)形金屬片，外徑只有0.5mm，高度約0.15mm，即使按圓柱形考慮，每平方米約1600個支撐物對輻射的遮擋面積只有：1600×π×0.252=0.000314（m2），約占玻璃總面積的萬分之三，故支撐物對輻射的遮擋作用可以忽略。

我們知道，建筑上的傳熱除了要考慮溫差因素引起的傳熱外，還要考慮太陽輻射因素。太陽輻射透過玻璃的能量與玻璃光學(xué)特性有直接關(guān)系。最重要的就是要考慮得熱系數(shù)SHGC（太陽能總透射比）。

嚴(yán)寒地區(qū)冬季寒冷，夏季涼爽，應(yīng)多考慮冬季陽光的射入，以減少取暖熱耗，選用得熱系數(shù)大的真空玻璃對節(jié)能更為有利；夏熱冬暖地區(qū)，夏季陽光強(qiáng)烈，氣候炎熱，冬季溫暖，應(yīng)多考慮遮陽，減少陽光的射入以節(jié)約制冷能耗，選用得熱系數(shù)小的真空玻璃更為合理。

五、真空玻璃工程實(shí)例

1.天恒大廈工程天恒大廈2005年6月落成，位于北京東直門立交橋東南角，地上22層，地下4層，建筑高度89米，總建筑面積57000平方米，是一座具有5A智能系統(tǒng)的高級寫字樓。天恒大廈北側(cè)有一面橫隱框豎明框玻璃幕墻，西北角是一面橫明框豎隱框，向內(nèi)與垂直面傾斜15°的三角形玻璃幕墻。幕墻設(shè)計和施工單位是江蘇省建偉幕墻裝飾工程有限公司，兩面幕墻所用玻璃全部是新立基公司提供的真空玻璃。玻璃最大尺寸為1985×1161mm（矩形），其西北角幕墻由于是三角形立面，所用玻璃很大部分是異形（梯形和三角形）。兩面玻璃幕墻總面積約7000平方米，共用去真空玻璃3365塊，合4848平方米。另外，大廈各種窗戶所用玻璃也全部是新立基公司提供的真空玻璃。窗面積約2500平方米，用真空玻璃共用去1636塊，合1540平方米。

天恒大廈玻璃的傳熱系數(shù)（K值）和空氣計權(quán)隔聲量經(jīng)國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督中心檢測，A結(jié)構(gòu)真空玻璃K值=1.0w/m2.k，B結(jié)構(gòu)真空玻璃K值=1.2w/m2.k.B結(jié)構(gòu)真空玻璃空氣計權(quán)隔聲量Rw=36dB.天恒大廈幕墻玻璃采用FB雙面復(fù)合中空的做法，除了能夠使K值在NL真空玻璃的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高外，主要考慮了幕墻抗風(fēng)壓和人身安全方面的要求。與室內(nèi)外空氣接觸的玻璃采用兩塊6mm鋼化玻璃，有效地承受了正負(fù)風(fēng)荷載，室內(nèi)鋼化玻璃還有效防止了人的身體對玻璃的沖擊可能引起的傷害并保護(hù)了玻璃的真空部分。

2.清華大學(xué)超低能耗示范樓工程清華大學(xué)超低能耗示范樓落成于2005年3月，是北京市科委重點(diǎn)科研和“奧運(yùn)科技專項(xiàng)”項(xiàng)目。該項(xiàng)目還是國家“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)研究”的技術(shù)集成平臺，用于展示和實(shí)驗(yàn)各種低能耗、生態(tài)化、人性化的建筑形式及先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品。

超低能耗示范樓座落于清華大學(xué)校園東區(qū)，總建筑面積2930m2，地下一層，地上四層。新立基公司的真空玻璃產(chǎn)品用于南立面幕墻玻璃和西面、北面的門窗玻璃。該工程幕墻部分共使用真空玻璃72塊，合計74m2，最大玻璃尺寸為1982×1200mm；門窗部分共使用真空玻璃92塊，合計50m2，最大玻璃尺寸為1356×964mm.幕墻設(shè)計施工單位是深圳市方大裝飾工程有限公司，門窗制造和安裝單位是日本YKKAP公司。玻璃結(jié)構(gòu)見圖3幕墻玻璃K值=1.0w/m2.k，門窗玻璃由于在中空層玻璃上用一塊低輻射鍍膜玻璃代替了普通鋼化玻璃，使得K值=0.9w/m2.k.幕墻玻璃考慮到面積較大和承受正負(fù)風(fēng)荷載的影響，內(nèi)外兩面均為鋼化玻璃。門窗面積較小，除室內(nèi)考慮人身可能的沖擊使用5mm鋼化玻璃外，朝向室外的玻璃未使用鋼化玻璃。

由于該幕墻為隱框幕墻，玻璃面積大，玻璃的自重和風(fēng)壓等荷載較大。

六、節(jié)能效果試驗(yàn)和分析

1、真空玻璃節(jié)能試驗(yàn)2003年冬季，在建筑科學(xué)院的協(xié)助下，進(jìn)行了真空玻璃冬季節(jié)能效果試驗(yàn)。結(jié)果表明真空玻璃與中空玻璃相比有非常明顯的節(jié)能效果。

該試驗(yàn)所用真空玻璃為新立基公司的產(chǎn)品，當(dāng)時常規(guī)真空玻璃的K值為1.4w/m2.k，復(fù)合真空玻璃的K值為1.2w/m2.k試驗(yàn)是在北京市馬家堡選用的兩個同樣戶型、面積、朝向，同一層相鄰的兩戶新建單元房501、502室中進(jìn)行。該戶型的南向房間建筑面積15.12m2，北向房間為10.8m2.外墻為240mm，磚墻加60mm厚聚苯夾心石膏板保溫。實(shí)驗(yàn)過程是502戶的南北鋼窗保持原樣，僅把501戶南北鋼窗拆下，換成塑鋼窗。這就形成501塑鋼窗與502單玻鋼窗（南向），雙玻窗（北向）的對比試驗(yàn)。試驗(yàn)期間塑鋼窗按需更換，分別為中空玻璃（N4+A9+N4），常規(guī)真空玻璃（N3+V+L4）、復(fù)合真空玻璃（N3+V+L4+A9+N3）。試驗(yàn)的測量元件采用熱流計和銅—康銅熱電偶測溫元件。測量元件布置在窗玻璃、窗框、陽臺門肚板和房間的各內(nèi)外墻上，通過BXSCC-1型便攜式數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，每小時檢測一次。試驗(yàn)從2002年12月11日開始采集，至2003年元月9日為止，共取得22晝夜實(shí)測數(shù)據(jù)。試驗(yàn)期間，南向陽臺門窗戶全部打開，使試驗(yàn)窗直接面臨室外氣候。房間房門關(guān)閉，室內(nèi)供暖沒有控制。

試驗(yàn)遇到北京多年未遇寒冷天氣，連續(xù)幾天下雪陰天，曾測量到日平均氣溫-7.9℃。日最低氣溫達(dá)-9.3℃的嚴(yán)寒天氣。針對上述氣候狀況，采用南向有陽光，北向無陽光和陰天三種工況來統(tǒng)計試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)大部分時間室外的平均氣溫低于節(jié)能規(guī)范，即北京地區(qū)采暖期間室外日平均氣溫為-1.6℃。

2、天恒大廈節(jié)能效果分析以天恒大廈為例，假設(shè)該大廈分別采用白玻、普通中空玻璃、熱反射玻璃、熱反射中空玻璃、Low-E中空玻璃、標(biāo)準(zhǔn)真空玻璃組合雙中空六種情況，進(jìn)行耗能比較。并對真空玻璃節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益作估算。

以國內(nèi)某玻璃企業(yè)生產(chǎn)的白玻、普通中空玻璃、熱反射玻璃、熱反射中空玻璃、Low-E中空玻璃和新立基公司為天恒大廈生產(chǎn)的真空玻璃參數(shù)為根據(jù)進(jìn)行計算。公務(wù)員之家

結(jié)論

（1）從全年節(jié)能來分析，復(fù)合真空玻璃比其它玻璃節(jié)能，最低的達(dá)28%，最高可達(dá)72%.

（2）北京屬于寒冷地區(qū)，冬季復(fù)合真空充分發(fā)揮了節(jié)能優(yōu)勢。但夏天節(jié)能卻不如熱反射中空玻璃，其原因是真空玻璃的遮蔽系數(shù)較高，但降低其遮蔽系數(shù)又會影響室內(nèi)采光和冬季太陽輻射進(jìn)熱。遮蔽系數(shù)應(yīng)取合適值。從全年節(jié)能來看復(fù)合真空比熱反射中空節(jié)能36%.

（3）與其它各種玻璃比較，采用復(fù)合真空，可節(jié)能、省電、節(jié)省電費(fèi)開支，最低62萬元/年，最高424萬元/年，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。同時由于節(jié)能，可節(jié)省發(fā)電燃煤，減少環(huán)境污染，保護(hù)地球，造福人類。

（4）由于節(jié)省能源費(fèi)用，對于單片玻璃，使用真空玻璃當(dāng)年即可收回投資，即使對于Low-E中空2年內(nèi)也可基本收回多付出的投資成本。

七、結(jié)束語

天恒和清華工程分別落成于2005年9月和2005年3月，為兩個工程提供的真空玻璃的生產(chǎn)時間是在2004年下半年。事實(shí)上，新立基公司真空玻璃的生產(chǎn)技術(shù)在這兩年里又有了新的發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量也有了很大的提高。

第一，Low-E玻璃作為生產(chǎn)真空玻璃的原片，質(zhì)量有了很大提高。南方玻璃集團(tuán)和皇明太陽能有限公司的離線硬膜Low-E玻璃的輻射率都做到了0.11以下，這為大幅度降低真空玻璃的傳熱系數(shù)，提高真空玻璃的保溫性能作出了重要貢獻(xiàn)。以上兩個工程N(yùn)L真空玻璃部分的傳熱系數(shù)為1.3w/m2.k左右，而目前NL真空玻璃的傳熱系數(shù)已經(jīng)可以做到0.85w/m2.k，LL真空玻璃的傳熱系數(shù)已經(jīng)可以做到0.70w/m2.k.

第二，研制成功了具有國內(nèi)專利的夾層真空玻璃，使得真空玻璃又多了一個安全玻璃品種。

第三，真空腔內(nèi)置入了吸氣劑，使得真空玻璃壽命得到延長。

第四，開發(fā)出新一代真空玻璃快速熱阻測定儀，使得真空玻璃性能得到更好的檢驗(yàn)，質(zhì)量得到了更有效的保證。

我們相信，真空玻璃事業(yè)在我國還只是剛剛起步，未來一定有巨大的成長空間。