幕墻鋁型材的熱工設(shè)計(jì) 　　玻璃幕墻(以下簡(jiǎn)稱“幕墻”)是現(xiàn)代化建筑的主要外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，其節(jié)能已成為我國(guó)建筑節(jié)能的重要一環(huán)。本文就幕墻的節(jié)能進(jìn)行技術(shù)分析、計(jì)算，對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 　　一、 幕墻建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)原則 　　我國(guó)幅員遼闊，當(dāng)北方還是冰天雪地的時(shí)候，南方已是春暖花開(kāi)的季節(jié)。本文提出下列措施，作為幕墻建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)原則：(1)嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)和溫和地區(qū)的幕墻，要進(jìn)行冬季的保溫設(shè)計(jì)，夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)的幕墻，要進(jìn)行夏季的隔熱設(shè)計(jì)。(2)我國(guó)目前尚沒(méi)有專門(mén)的幕墻熱工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，幕墻熱工設(shè)計(jì)依據(jù)現(xiàn)行的外墻和窗戶熱工設(shè)計(jì)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和參考國(guó)外的有關(guān)熱工設(shè)計(jì)規(guī)程。(3)進(jìn)行幕墻熱工設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)其復(fù)雜的傳熱過(guò)程和傳熱方式進(jìn)行分析和研究。幕墻的傳熱過(guò)程大致有3種途徑：幕墻外表面與周圍空氣和外界環(huán)境間的換熱：外表面與周圍空氣間的對(duì)流換熱，外表面與外界環(huán)境間的輻射換熱，外表面與空間的各種長(zhǎng)波(如電磁波、紅外線等產(chǎn)生的長(zhǎng)波)輻射換熱；幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣和室內(nèi)環(huán)境間的換熱：內(nèi)表面與室內(nèi)空氣間的對(duì)流換熱，內(nèi)表面與室內(nèi)環(huán)境間的輻射換熱；幕墻和金屬框格的傳熱：通過(guò)單層玻璃的熱流傳熱，通過(guò)金屬框格傳熱，通過(guò)玻璃的鍍膜層減少輻射換熱。(4)幕墻的傳熱系數(shù)由建筑物的外形和所處地區(qū)的氣候條件、型材的傳熱系數(shù)和玻璃的傳熱系數(shù)等綜合確定。 　　二、鋁型材的熱工設(shè)計(jì)型材是幕墻的主要受力構(gòu)件。目前,幕墻絕大部分采用鋁型材和彩板型材。本文以鋁型材為例進(jìn)行熱工分析和計(jì)算。 　?。?、鋁型材的熱絕緣系數(shù)計(jì)算 　　根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《熱工規(guī)范》）規(guī)定,鋁型材的熱絕緣系數(shù)Ｒ為:Ｒ＝δ／λ式中:Ｒ-材料層的熱絕緣系數(shù)（ｍ２·Ｋ／Ｗ）;δ-材料層的厚度（ｍ）;λ-材料的導(dǎo)熱系數(shù)〔取２０３Ｗ／（ｍ·Ｋ）〕。設(shè)一根矩形實(shí)心鋁型材,厚度為１００ｍｍ,其熱絕緣系數(shù)Ｒ為:Ｒ＝０．０００５ｍ２·Ｋ／Ｗ上述計(jì)算結(jié)果沒(méi)有考慮實(shí)際工程中所采用的是空心鋁型材。而厚度為１００ｍｍ厚的矩形空心鋁型材,兩邊的壁厚一般分別為１２ｍｍ,空心鋁型材實(shí)際可導(dǎo)熱的厚度僅為兩邊的壁厚部分（共２４ｍｍ）。實(shí)心鋁型材與空心鋁型材的熱絕緣系數(shù)比例為１００∶２４,空心鋁型材的熱絕緣系數(shù)Ｒ為:Ｒ＝０．００２ｍ２·Ｋ／Ｗ 　　２、鋁型材的傳熱熱絕緣系數(shù)計(jì)算 　　根據(jù)《熱工規(guī)范》,鋁型材的傳熱熱絕緣系數(shù)Ｒ０為:Ｒ０＝Ｒｉ Ｒ Ｒｅ式中:Ｒｉ-鋁型材內(nèi)表面換熱熱絕緣系數(shù)（取０．１１ｍ２·Ｋ／Ｗ）（下同）;Ｒｅ-鋁型材外表面換熱熱絕緣系數(shù)（?。埃埃矗恚病ぃ耍祝ㄏ峦?Ｒ-鋁型材熱絕緣系數(shù)（?。埃埃埃玻恚病ぃ耍祝＃遥埃剑埃保?０．０４ ０．００２＝０．１５２ｍ２·Ｋ／Ｗ 　?。?、鋁型材的傳熱系數(shù)計(jì)算 　　根據(jù)《熱工規(guī)范》,鋁型材的傳熱系數(shù)Ｋ０為: 　　Ｋ０＝１／Ｒ０ 　　式中:Ｒ０-鋁型材的傳熱熱絕緣系數(shù),?。埃保担玻恚病ぃ耍住?　?。耍埃剑保埃保担玻剑叮担福祝ǎ恚病ぃ耍?　　上式得出的計(jì)算結(jié)果是無(wú)斷熱鋁型材的基本傳熱系數(shù),這與《熱工規(guī)范》表４．４．１中單層窗戶的傳熱系數(shù)６．４Ｗ／（ｍ２·Ｋ）基本相同。 　?。?、斷熱鋁型材的基本設(shè)計(jì)要求 　　斷熱鋁型材亦稱隔熱鋁型材或絕熱鋁型材,由鋁與塑料（或其它隔熱材料）復(fù)合而成,其中間塑料隔熱層主要生產(chǎn)工藝有嵌入式、擠壓式和填充式等。Ａ、斷熱鋁型材的傳熱過(guò)程十分復(fù)雜,傳熱系數(shù)很難計(jì)算,一般只有通過(guò)檢測(cè)獲得數(shù)據(jù)。參照ＤＩＮ４１０８《高層建筑的隔熱》（１９８１．８）（下稱“ＤＩＮ４１０８規(guī)程”）規(guī)定,斷熱鋁型材的基本傳熱系數(shù)Ｋ０不大于３．５Ｗ／（ｍ２·Ｋ）。Ｂ、斷熱鋁型材的中間塑料層的小厚度,按ＤＩＮ４１０８規(guī)程規(guī)定,小應(yīng)為７ｍｍ。Ｃ、斷熱鋁型材的中間塑料層的設(shè)計(jì),必須滿足型材的整體強(qiáng)度和剛度的要求。 　　三、幕墻玻璃傳熱系數(shù)的比較 　　嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)的冬季，由于單層玻璃幕墻(下稱“單玻幕墻”)的傳熱系數(shù)較大，導(dǎo)致室溫降低，并且很容易在幕墻的內(nèi)表面形成蒸氣水珠和產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象。為了有效地改善上述地區(qū)幕墻的傳熱系數(shù)，采用斷熱鋁中空玻璃幕墻(下稱“斷熱幕墻”)是重要的措施之一。D1N4108規(guī)程規(guī)定，斷熱幕墻的傳熱系數(shù)Ｋ0不大于3.5W／(㎡?K)。玻璃的傳熱系數(shù)依據(jù)《熱工規(guī)范》計(jì)算。 　　3.1、單層玻璃(8ｍｍ)的傳熱系數(shù)計(jì)算 　　 　　(2) 中空玻璃的傳熱熱絕緣系數(shù)Ｒ0為：Ｒ0＝Ｒｉ Ｒ Ｒｅ＝0．11 0．159 0．04＝0．309ｍ2?Ｋ／Ｗ(3)中空玻璃的傳熱系數(shù)Ｋ0為：Ｋ0＝1／Ｒ0＝3．24Ｗ／(ｍ2?Ｋ) 　　3.3、單層玻璃與中空玻璃傳熱系數(shù)的比較 　　以上計(jì)算表明：?jiǎn)螌硬ＡУ膫鳠嵯禂?shù)比中空玻璃的傳熱系數(shù)大48%，說(shuō)明中空玻璃的節(jié)能效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單層玻璃。 　　四、 幕墻建筑節(jié)能的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 　　在我國(guó)，人們十分重視建筑成本的控制，而容易忽略通過(guò)適當(dāng)?shù)卦黾咏ㄖ杀径a(chǎn)生的建筑節(jié)能效果所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。下面，我們通過(guò)計(jì)算和分析，對(duì)幕墻的建筑節(jié)能效果作出綜合評(píng)價(jià)。 　　 　　設(shè)單玻幕墻的單位造價(jià)為1300元／ｍ2，斷熱幕墻的單位造價(jià)為1800元／㎡，則初始投資增加500萬(wàn)元。北京市的電價(jià)(假定10年內(nèi)不變)為0．70元／(ｋＷ?ｈ)，功率因素為0．9，單玻幕墻比斷熱幕墻每年采暖多支出的電費(fèi)82萬(wàn)元設(shè)人民幣的年利率為5%(假定10年內(nèi)不變)，單玻幕墻與斷熱幕墻建筑節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益比較見(jiàn)表1。由表1比較得知，斷熱幕墻到第7年即可收回全部所增加的建筑成本，到第10年，斷熱幕墻建筑節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益要比單玻幕墻多256萬(wàn)元。這說(shuō)明，斷熱幕墻的建筑節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。