北方寒冷地区玻璃幕墙中玻璃选用的节能性研究——以山西汇镪公司永磁材料研发基地研发楼为例

２０　ｏ年第　期（总第　卷第　。　期　建筑节台苣　一墙体与设计　Ｎｏ．１２　ｉｎ　２０１０（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．２３８，Ｖｏ１．３８）　ＷＡＬＬ＆ＤＥＳＩＧＮ　ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７３—７２３７．２０１０．１２．０１３　北方寒冷地区玻璃幕墙中玻璃选用的节能性研究　——以山西汇镪公司永磁材料研发基地研发楼为例　冯美宇　（山西建筑职业技术学院，太原０３０００６）　摘要：　以山西汇镪公司永磁材料研发基地研发楼为研究对象，根据北方寒冷地区气候条件，对玻璃幕墙玻璃的节能性及选用进行了　探讨，提出了Ｌｏｗ—Ｅ玻璃、超白玻璃在玻璃幕墙中节能应用的发展理念。　关键词：　寒冷地区；　幕墙；　节能；　玻璃　中图分类号：ＴＵ１１１．４　文献标志码：Ａ　文章编号：　１６７３—７２３７（２０１０）１２—００４９—０４　Ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｇｌａｓｓ　Ｃｕｒｔａｉｎ　Ｗａ¨ｉｎ　Ｎｏｒｔｈｅｒｎ　Ｃｏｌｄ　Ａｒｅａｓ：　Ａ　Ｃａｓｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ－ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｈｕｉｑｉａｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ＦＥＮＧＭｅｉ－ｙｕ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３０００６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｗｅａｔｈｅｒ　ａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｎｏｒｔｈｅｒｎ　ｃｏｌｄ　ｏｌｅｏｓ　ａｎｄ　ｂｙ　ａ　ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｃｅｎｔ—ｍｏｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｈｕｉｑｉａｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　∞ｓ　ｃｕｎ　ｎ　ｗａｌｌ　ａｔｅ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｔｈｏｕｇｈｔｓ　ｏｆａｐｐ　ｎｇＬｏｗ－Ｅ　ｇｌｓｏｓ　ａｎｄ　ｕｌｔｒａ　ｃｌｅａｒ　ｌｇｏｓｓ　ｏｒｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇｉｎ　ｇｌｏ￣ｓ　ｃＭ　ｎ　ｗａｌ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｄ　ａｒｅａｓ；ｃｕｒｔａｉｎ　ｗａｌｌ；ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ；ｇｌａｓｓ　Ｏ　引言　正确应用与选择进行探讨，以推动玻璃幕墙的节能减　玻璃幕墙作为建筑的一种外围护结构是融现代　排，提高能源利用的效率。　建筑技术、建筑艺术为一体的产物。它具有现代感强、　１玻璃幕墙的应用和发展阶段　自重轻、施工简便、维护方便、适应旧建筑物立面更新　１．１　引进阶段（１９８３年～１９９０年）　等特点。目前国内已开工建设的２００　ｍ以上的世界级　开始主要以日本技术为主，其技术特点是从里往　高层建筑的外围结构全部采用玻璃幕墙，据资料显　外装。１９８４年欧洲制造的产品引进中国市场，其特点　示，玻璃幕墙还在以每年５００万１ＴＩ　的速度增加。然　是幕墙材料新颖，从墙体往里安装，给建筑外墙创造　而，玻璃幕墙的热传导、热辐射及对流造成的能耗占　一种艺术的美感。　建筑总能耗的比例为７２％，其中，玻璃面积与框材相　１．２发展阶段（１９９０年￣２０００年）　比占控制地位，是传热的主要部位，是玻璃幕墙节能　从意大利、德国、法国及美国等西方国家幕墙反射　的瓶颈。中国建筑科学研究院顾问副总工程师郎四维　玻璃技术为主，其特点是在外面可以看到蓝色、绿色，　说：“要实现中国２０２０年节能的宏伟目标，要确保　单单看不到室内。当时单层玻璃较多，中空玻璃较少。　ＧＤＰ在２０００年的基础上再翻两番，能源消费增长必　１－３　节能阶段（２０００年￣２００５年１　须要控制在翻一番的水平内。根据预测，如果建筑节　２００５年国家出台公共建筑节能标准，是幕墙节　能工作进展差，到２０２０年建筑能耗会高达１１亿ｔ　能的重要转折，此阶段大量采用中空玻璃和Ｌｏｗ　Ｅ　煤，是当前的３．１倍。”由此可见，如何应用技术正确　镀膜玻璃。　地选择和设计玻璃，使得通过玻璃损失的能耗降至最　１．４借幕墙改造阶￣（２００５年至今）　低，满足ＧＢ５０１８９《公共建筑节能设计标准》的规定，　幕墙未来的主要发展趋势。这个阶段的特点是低　符合国家节能设计要求，是玻璃幕墙节能首先必须解　碳和光伏电池发电及太阳能的应用。借幕墙的概念有　决的重要课题。本文就寒冷地区玻璃在节能幕墙中的　两层含义，第一是幕墙玻璃的安全系统；第二是节能　收稿日期：２０１０．１０—１９；修回日期：２０１０—１０—２１　改造。在这两方面的应用上，超白玻璃是首选。　９　２适应寒冷地区玻璃幕墙玻璃热３－性能的节　能表征分析　玻璃幕墙的主要热工性能指标有传热系数和遮　阳系数两项。传热系数是指在稳定条件下，玻璃幕墙　两侧空气温度差为１℃，１　ｈ内通过ｌ　ｍ　面积传递的　热量。遮阳系数是指玻璃的太阳能总透过率与３　ｍｍ　厚普通无色透明平板玻璃的太阳能总透过率的比值。　传热系数是玻璃幕墙材料的通用参数，玻璃的传导系　数越低，通过玻璃传递的环境热量会越少，无论是冬　季还是夏季，对于寒冷地区，玻璃的传热系数越低，越　有利于幕墙节能。遮阳系数是玻璃材料的特殊参量，　遮阳系数越低，透过玻璃传递的太阳光能量越少。对　于寒冷地区，冬季漫长，人们希望通过玻璃大量地获　得太阳光能量来降低室内采暖能耗，为此，玻璃幕墙　的玻璃遮阳系数越高透过玻璃传递的太阳光能量越　多，越有利于寒冷地区冬季采暖的节能。对于寒冷地　区，还要考虑夏季日照，建筑物制冷能耗的问题，玻璃　的遮阳系数越低，透过玻璃传递的太阳光能量越少，　越有利于建筑物制冷节能。但玻璃的遮阳系数也不能　太低，否则无法达到建筑物白天自然采光的目的。因　此，寒冷地区，玻璃的遮阳系数存在一个合理限值，过　大和过小都不利于建筑物综合节能。科学合理地选择　玻璃的传热系数和遮阳系数是玻璃幕墙节能的有效　途径。　３适应寒冷地区玻璃幕墙玻璃选用的节能性　，＼刀瓶　经调研总结，在众多的玻璃类型中，适应于寒冷　地区玻璃幕墙的节能玻璃目前备受关注。引导幕墙节　能发展趋势的有３种玻璃：Ｌｏｗ—Ｅ玻璃、超白玻璃、太　阳能玻璃。　３．１　Ｌｏｗ—Ｅ玻璃在幕墙中的节能性　“Ｌｏｗ．Ｅ”是英文“低辐射”的缩写，因此，Ｌｏｗ．Ｅ　玻璃又称低辐射玻璃。Ｅ表示辐射率，普通透明玻璃　的Ｅ值为０．８４，而离线Ｌｏｗ．Ｅ玻璃的Ｅ值低于０．１５，　最低甚至在０．０５左右。Ｅ值越低，其隔离热辐射的能　力越强，Ｌｏｗ—Ｅ玻璃实际上就是隔离热辐射能的玻　璃，是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的　复合膜系产品。根据太阳光谱能量分布可知，太阳辐　射能量的９７％集中在波长０．３－－２．５　ｍ的范围内，而　常温下物体的辐射能量集中在２．５／ｚｍ以上的长波红　外线波段。为了达到节能的目的，我们在浮法玻璃基　片上溅射特殊的膜层，使玻璃对不同波段的光辐射产　生选择性的透过和反射效果。Ｌｏｗ—Ｅ玻璃的主要特点　是高可见光透射率的高红外波段反射率。　Ｌｏｗ．Ｅ玻璃用于寒冷地区时，主要考虑最大限度　接受太阳辐射能，同时尽可能减少室内热量散失，　Ｌｏｗ—Ｅ玻璃对０．３～２．５／ｚｍ的太阳能辐射具有６０％以　上的透过率，白天来自室外的辐射能量可以大部分透　过，而夜晚和阴雨天气，来自室内物体的红外热辐射　能量有５０％以上被反射回室内，仅有少于１５％的热辐　射被吸收后通过再辐射和对流交换散失，故可有效地　阻止室内热量泄向室外，满足寒冷地区幕墙节能的要　求。如果只用单层Ｌｏｗ．Ｅ玻璃，能起到一定节能作　用，但其效果不大，用Ｌｏｗ．Ｅ玻璃制成中空玻璃后，　对辐射、传导、对流这３种方式的传热均有很强的阻　隔作用，其节能作用极佳。用传热系数ｕ值来衡量：普　通白玻璃ｆ６　ｍｍ）Ｕ值为６．５　Ｗ／（ｍ２．Ｋ），普通建筑外墙　ｕ值为２．３Ｗ／（ｍ２．Ｋ１，普通透明６　ｍｍ／１２Ａ／６　ｍｍ中空　玻璃的ｕ值为２．７　Ｗ／（ｍ２￣Ｋ），而Ｌｏｗ—Ｅ中空玻璃Ｕ　值可达１．６～】．８　Ｗ／（ｍ　－Ｋ），其保温效果已远远超过普　通建筑外墙。　同种Ｌｏｗ．Ｅ玻璃制成的同规格中空玻璃，当　Ｌｏｗ—Ｅ膜面位于第二表面和第三表面时，其Ｕ值相　同，但遮阳系数不同。Ｌｏｗ．Ｅ膜面位于第二表面时，遮　阳系数较小，即遮阳性较好，可以有效地降低夏季空　调费用，这种配片方式适用于夏季酷暑、冬季寒冷的　我国大部分北方地区和终年炎热的南方地区：Ｌｏｗ．Ｅ　膜面位于第三表面时，遮阳系数较大，即允许更多的　太阳辐射进入室内，可以更有效地节约冬季采暖费　用，这种配片方式主要适用于北方寒冷地区。　就不同品种的Ｌｏｗ．Ｅ玻璃的选用而言，低透光　率的Ｌｏｗ．Ｅ玻璃（可见光透过率＜６０％），兼具阳光控　制膜的功能，适用于我国南方和北方大部分地区，配　片时膜层应置于中空玻璃第二表面，这样可以充分发　挥其夏季遮阳、冬季保暖的优点；而高透光率的　Ｌｏｗ．Ｅ玻璃（可见光透过率＞６０％　更适用于我国寒冷　地区（ＯＨ山西大同、太原等１，配片时膜层应置于中空玻　璃第三表面，这样可以充分接受太阳辐射能，同时控　制室内热量不流向室外，最大限度节约采暖费用ｆ见　图１、２）。　金属氧偿　）化物　一过渡层　、＼Ａｇ　金属氧（氮）化物　单银Ｌｏｗ．Ｅ玻璃　金属氧化物　过渡层　Ａｇ　熬　双银Ｌｏｗ　Ｅ玻璃　图１　Ｌｏｗ—Ｅ玻璃分层构造　Ｆｉｇ．１　Ｌａｙｅｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆＬｏｗ—Ｅ　ｇｌａｓｓ　６　ｍｍＬｏｗ．Ｅ／１２　ｍｍ／６　ｍｍ中空玻璃　Ｌｏｗ—Ｅ膜位于第二表面　标准》的要求，在寒冷地区，依据不同的体型系数和窗　高比，传热系数限值为１．５～３．２　Ｗ／（ｍ２．Ｋ）。普通中空　４０％热传输损失　玻璃传热系数为２．５～３．５　Ｗ／（ｍ２￣Ｋ），只能部分满足节　能设计要求，该工程Ｌｏｗ—Ｅ中空玻璃的传热系数为　１．５～２．１　Ｗ／（ｍ２．Ｋ），可有效地减少对太阳光的照射阻　挡，使太阳光进入室内，满足节能设计标准（见图３）。　姗　６０２４％　～　—～　ｏｗ　Ｅ　Ｌ膜　３．２超白玻璃在幕墙中的节能性　超白玻璃是一种超透明低铁玻璃，也称高透明玻　璃，学术名称为低铁玻璃，也就是其铁杂质的含量极　低。在玻璃的提纯过程中，将铁原子除去，同时也把造　成钢化玻璃“自爆”的元凶——硫化镍也最大限度的　除去了。为此，超白玻璃在幕墙应用中具有“低碳节　６　ｍｍＬｏｗ—Ｅｌ１２　ｍｍ／６　１１１１１１中空玻璃　Ｌｏｗ　Ｅ膜位于第三表面　能”、“性能安全”两大优势。　ｆ１）超白玻璃的低碳节能化优势显示在广泛应用　光电幕墙。超白玻璃做成光电幕墙，不但可以节能，而　４０％热传输损失　且可以产能。财政部及住房和城乡建设部于２００９年　３月２３日联合发布财建［２００９］１２８号及１２９号文件，　具体内容为《关于加快推进太阳能光电建筑应用实施　意见》和《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂　行办法》。这个重要文件向全国提出了全新的建筑概　晡　２７％　第一Ｌｏｗ—Ｅ膜　第第第　二三四　念——太阳能光电建筑，含有两大内容，即“太阳能屋　顶”和“光电幕墙”。“光电幕墙”实质上是建筑外围护　面面面面　图２　Ｌｏｗ—Ｅ膜面位于不同位置的能量传输示意图　Ｆｉｇ．２　Ｅｎｅｒｇｙ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｏｆｔｈｅ　Ｌｏｗ—Ｅ　ｉｌｆｍ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｌｏｃａｔｉｏｎｓ　结构，还是幕墙系统，是在普通幕墙外围护结构的所　有功能上面，再加上光伏发电系统。光伏发电系统作　为建筑物上的外围护结构的一部分与建筑物同时设　计、施工和安装。光伏发电系统有发电功能，又有建筑　物构件和材料功能，与建筑物形成完美的统一体，提　升了建筑物的审美感。　光电幕墙发电是低碳和光伏电池的发电，是太阳　能的应用，需超白玻璃对太阳能较高的吸收率。普通　山西汇镪公司永磁材料研发基地研发楼位于太　原市高新区晋阳街与发展路交叉口东北角，主体结构　为框剪结构，南：ＩＬ￣＇ｆ－立面设计玻璃幕墙，其玻璃设计　选用６　ｍｍ＋１２Ａ＋６　ｍｍ中空钢化玻璃ｆ外层６　ｍｍ　Ｌｏｗ—Ｅ钢化玻璃、中间空气层为１２　ｍｍ，内层为６　ｍｍ　Ｌｏｗ—Ｅ钢化玻璃）。根据ＧＢ５０１８９《公共建筑节能设计　玻璃透光率大概在７０％、７５％，而超白玻璃在９１％左　Ｈ　Ｌｏｗ—Ｅ双钢化玻璃　图３玻璃幕墙节点构造详图　Ｆｉｇ．３　Ｊｏｉｎｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｏｆｇｌａｓｓ　ｃｕｒｔａｉｎ　ｗａｌｌ　１　右。超白玻璃发电的比例是最高的，是光伏电池的重　要材料。利用超白玻璃的高透光率，提高太阳能电池　的光电转化效率。其原理是通过阳光照射到电池板上　内部产生电子的流动，形成电流，用户可将转化成的　面玻璃组件，通过严格的力学计算而得。　超白玻璃用于幕墙的优势还显示在规避风险上。　超白玻璃能减去更换玻璃的费用，同时，在节能改造　上是原来玻璃用量的２０％左右，节约了材料用量，有　效地降低了改造后的建筑成本，具有借幕墙改造的市　场前景。　４结论　电能储存起来备用。目前，光伏电池用的封装玻璃是　在超白玻璃表现压制特制的金字塔形花纹，厚３．２　ｍｍ，　在太阳能光谱响应的波Ｋ（３２０￣１　１００　ｎｍ）范围内，透　光率近９１％以上，对大于１　２００　ｍ的红外光有较高　的反射率。　国家准备在２０１０年￣２０２０年十年时间内投资　３万亿元人民币用于太阳能屋顶和光电幕墙建设，从　而形成１８０万ｋＷ的发电能力。如果说以每平方米光　电幕墙发电能力为８０　ｗ来计算，在１０年中，光电幕　墙的完成量将达２　０００万ｍ　以上。由此可见，超白玻　璃的需求量是呈快速增长之势，而且是一种较长时间　内的可持续性增长。　（２）超白玻璃的安全性能优势显示在白爆率为零。　国家、建设部、质检总局、工商管理总局等四部　为实现国家“十二五”的节能目标，满足ＧＢ５０１８９　《公　建筑节能设计标准》，具有“节能”、“安全”、“环　保”特性的Ｌｏｗ　Ｅ低辐射镀膜玻璃、超白玻璃将成为　北方寒冷地区民用建筑玻璃幕墙的首选材料。从世界　金融危机爆发以来，中国各地正在兴建一批世界级高　层建筑，北方寒冷地区有：①天津高银：１　１７层，预期　６５０　ｍ以上，现已开始打桩；②大连中心（大连御景　：　３８０　ｍ以上，已开工；③山西大同大厦：７７层：④沈阳　御景大厦：４００１１１以上。可以预期在３～５年内，中国　将出现３０￣４０栋４００　ｍ以上的超高层建筑，中国将　是世界超高层建筑的主要集结地。科学计算和实践表　明，这样的超高层建筑的外围护结构必须采用玻璃幕　墙，否则，将无法构筑。用历史发展的眼光来观察，玻　璃的节能设计及选用是超高层玻璃幕墙不容置疑的　重要课题。　参考文献：　委在２００２年就颁发红头文件，玻璃幕墙必须采用安　全玻璃，并界定钢化玻璃为安全玻璃。但钢化玻璃有　个致命的缺点——白爆：６　ｍｍ厚钢化玻璃有３％的　自爆率；８　ｍｍ厚的钢化玻璃有６％的自爆率；１０　ｍｍ　一厚的钢化玻璃有１２％的自爆率。究其原因是玻璃纯度　不高引起的，杂质中的硫化镍受热或受应力不均后，　体积急剧增大，导致膨胀、自爆。超白玻璃含铁量非常　低，磁化率在０．１％以下，安全系数较高，同时还是最　【１】席时葭．超白玻璃在超高层建筑幕墙中的应用［Ｊ］ｌ城市环境设计　２０１０（７）．　好的结构受力玻璃。　超白玻璃在满足光伏组件基本性能要求的同时，　还满足幕墙的三性试验要求和建筑物安全性能要求。　例如：尺寸为ｌ　２００　ｍｍ￣５３０　ｍｍ的普通光伏组件一　般采用３．２　ｍｍ厚的钢化超白玻璃加铝合金边框就能　【２】辛崇飞．１氏辐射镀膜玻璃的节能优势及选用原则［Ｊ】．门窗，２ｍｏ（７）　２３—２４．　作者简介：冯美宇（１９５８），女，山西太原人，副教授，建筑设计与建筑　装饰专业，从事建筑装饰工程技术及节能方面的研究（ｆｅｎｇ．　ｒｎｅｉｙｕ０９＠１６３　ｃｏｍ）ｏ　达到使用要求，但同样尺寸的组件用于光伏方阵与建　筑的集成（ＢＩｐｖ）上，需采用光面超白钢化玻璃制作双　行蛹　今年新增５０００万元节能减排专项资金　维吾尔自治区将继续加大节能减排专项资　２００９年底，已有炼钢、玻璃、造纸、味精和焦炭等　５个行业提前完成“十一五”淘汰落后产能目标任务。　在建筑领域方面，全区设城市及县城民用建筑（居住　建筑和公共建筑）已全面执行节能５０％标准，　２０１０年已将新建建筑执行节能５０％强制性标准的范　围由县城扩大到建制镇。截至目前，全区已建成节能　建筑约１．０５亿ｍｚ，累计完成既有居住建筑供热计量　及节能改造８３５万１ＴＩ　，建筑节能量每年可达２２３．２万ｔ　标准煤。　（来源：天山网，２０１０．１２．０９）　金投入力度，在原３　０００万元的基础上，今年再增加　５　０００万元，重点支持建筑节能改造、可再生能源建设　应用示范、公共建筑合同能源管理等项目，以及节能　能力建设。据了解，“十一五”前４年，单位生产　总值能耗累计下降８．５５％，扭转了“十五”期间单位产　值能耗上升的局面。在工业领域，加强电力、钢　铁、炼铁、焦炭、造纸、水泥等重点耗能企业节能管理，　大力淘汰落后产能。２００６￣２００９年，１６家国家　“千家企业”４年累计节能２５６＿３１万ｔ标准煤。截至