近一段时间有很多的议题围绕着我们,其中有两个问题需要我们特别关注。其一是2005年新投产的发电机组在6840万至7000万千瓦之间,全社会用电量将达到24220亿千瓦时,全年电力供应的最大缺口将达到2300万千瓦,比去年明显降低。在现有的用电结构中,夏季空调用电占了三分之一。其二是政府对于全国房价增长过快现象的多项调控政策。我们看到政府已经将
建筑节能作为了国家发展的重中之重。对于房地产开发商和
门窗幕墙公司而言,一种高效隔热节能而成本适中的
门窗幕墙
隔热技术应该是最好的选择。
现在的建筑市场上,存在两种主要的隔热
铝门窗技术。一种是源于欧洲的穿条式隔热技术,另外一种是来自于北美的注胶式隔热技术。目前大家普遍说到的“断热
冷桥技术”一般是指穿条式隔热技术。而对于注胶式隔热技术,大部分人不了解该技术的特点。事实上,注胶式与穿条式都属于“断热冷桥技术”范畴。而注胶式隔热技术的技术雏形早在1937年就在美国诞生。到了七十年代,第一套注胶式隔热
铝材生产线也从香港引入了中国广东。所以说注胶式隔热技术对于我们并不陌生。
那么,是不是所有的隔热节能铝窗和幕墙产品都是具有隔热性能,但成本较高的节能产品呢?是不是随着房价的不断调整,隔热铝窗和幕墙产品就要被开发商慎重选用了呢?我们的答案是否定的。美国的“节能之星”计划和日本建设工业部牵头实施的“低息贷款
建筑门窗节能计划”都被指定采用注胶式隔热技术来完成。这充分说明了注胶式隔热技术是一种符合国际建筑节能标准,而成本适中的先进结构隔热技术。
下面,我们仅从几点来分析注胶式隔热技术和穿条式隔热技术的差异。
一.隔热性能
对于隔热铝材来讲,
隔热材料的K值对于整个铝材的隔热性能有着至关重要的影响。注胶式隔热铝材的核心-隔热胶的K值是0.12.而穿条式隔热铝材的核心-
PA66+空气(或条形填充物)的K值比隔热胶大一些。从而使得注胶隔热铝材和隔热门窗的
U值均低于穿条式隔热铝材和隔热门窗。我们在国内采用这两种不同的隔热设计结构制作同样一樘45mm内开窗(1500mm×1500mm),并采用美国的专业计算软件THERM 和WINDOW 进行隔热性能模拟分析。从这两种隔热窗型的热
力学性能红外分析图和测试结果可以看出,在门窗
型材宽度,
玻璃系统配置及隔热材料宽度均相同的前提下,注胶隔热窗的隔热性能明显优于穿条式隔热窗。
最后,我们发现在两种隔热窗隔热性能相同的情况下,穿条式隔热材料宽度至少比注胶式隔热材料的宽度大4mm。这个特点为使用者在保持门窗隔热性能不变的前提下,降低门窗成本提供了途径。
二.门窗型材成本
从刚才的隔热性能分析,我们可以发现在门窗型材宽度,玻璃系统配置及隔热材料宽度均相同的前提下,注胶隔热窗的隔热性能明显优于穿条式隔热窗。那么更好的隔热性能是不是就意味着更高的材料成本呢?答案是否定的。我们在国内选取了两种相同框宽、相同隔热材料宽度的型材设计,下面我们将对它们进行分析。
从以上两个
结构设计可以看出,由于注胶隔热结构和穿条隔热结构的设计规定尺寸有所差异,使得铝材
腔体尺寸A至少比B 小4mm。从而在相同腔体设计、相同壁厚的前提下,注胶隔热铝材的米重均小于穿条隔热铝材米重。而对于设计相同、
中空玻璃配置也相同的隔热铝窗来讲,注胶式隔热铝窗的重量大大低于穿条式隔热铝窗的重量。
对于隔热铝窗的平米单价来讲,重量是至关重要的一项。由于注胶式隔热铝窗的重量低于穿条式隔热铝窗的重量,从而它的成本价格也大大低于穿条式隔热铝窗。
我们按照1500mm×1500mm的标准样窗尺寸进行了分析性计价,结果发现注胶式隔热窗比穿条式隔热窗铝材成本每平米低20%左右。这个成本价格基本可以满足广大用户在铝窗成本增加不多的前提下,达到国家规定的隔热性能指标(K值或U值)。
三.型材
强度(复合
惯性矩)
对于隔热铝材能否作为主承重载体而用于大型和
高层建筑用窗或幕墙的关键之一,是隔热铝材的强度(或复合惯性矩)能否达到设计方的规定。那么,注胶式隔热铝材、穿条式隔热铝材与普通铝材的强度是否相等呢?我们对此也进行了计算和分析。我们参考了欧盟的相关标准(prEN 14024:2000《隔热
金属型材性能要求和测试试验》)和美国的相关标准(AAMA TIR A8:2004《隔热建筑
铝合金型材结构性能与分析》)。为了可以公平性的考量隔热铝材的强度差异,在这里我们采用了欧盟prEN 14024:2000标准作为计算分析的理论依据。以下为该标准的部分原文翻译:
隔热型材的有效惯性矩计算方法
B.1 隔热型材的
挠度可以通过常用挠度公式计算出来,但是要考虑金属型材
弹性结合的组合惯性矩。
B.2 有效惯性矩计算公式为:
Ief = Is·( 1- )/ ( 1- · C ) (1)
其中:Is = I1+ I2 + A1 12 +A2 22 (2)
v= (A1 12 + A2 22 )/ Is (3)
C = λ2/(π2+λ2 ) (4)
(5)
式中: Ief ——— 有效惯性矩(单位为cm4);
Is ———
刚性惯性矩(单位为cm4);
v——— 刚性惯性矩的组合参数;
C ——— 弹性结合作用参数;
λ——— 几何形状参数;
l——— 梁的跨度(单位为cm);
c ——— 隔热材料的弹性常数或组合弹性值(单位为N/mm2);
E——— 铝
合金弹性模量(单位为N/mm2);
A1 ——— A1区的
截面积(单位为cm2);
A2 ——— A2区的截面积(单位为cm2);
1 ——— A1区形心到隔热型材形心的距离(单位为cm)。
2 ——— A2区形心到隔热型材形心的距离(单位为cm);
I1 ——— A1区型材惯性矩(单位为cm4);
I2 ——— A2区型材惯性矩(单位为cm4)。
注: 1) 因为λ取决于梁的跨度,所以有效惯性矩是跨度的函数。对于大的跨度,其值则接近刚性值。
2) C的公式对于正弦形
荷载是严格有效的,而对于不变载荷以及三角形载荷也具有较高的精确度。
B.3 计算示例:
面积A1=253.7mm2
A2=336.3mm2
形心距a1=27.3mm
a2=25.2mm
a=52.5mm
惯性矩I1=12570.2 mm4
I2=114422.0 mm4
则IS=I1+I2+A1a12+A2a22 =12570.2+114422.0+253.7×27.32+336.3×25.22=529636.2 mm4
υ=(A1a12+A2a22)/IS =(253.7×27.32+336.3×25.22)/529636.2= 0.76
λ2 =ca2 l2/ [(EIS)υ(1 -υ)]
取梁跨l=1000mm,隔热胶弹性常数c=1600N/mm2,铝合金弹性
模量E=70000 N/mm2
λ2 = 1600×52.52×10002/[70000×529636.2×0.76×(1-0.76)]
= 652.14
C=λ2/(π2+λ2)=652.14/(3.142+652.14)=0.99
所以该型材截面的组合惯性矩:
Ief=ISo(1-υ)/(1-υoC)
=529636.2×(1-0.76)/(1-0.76×0.99)=513379.2 mm4
该
浇注式隔热型材,若将隔热胶看作铝合金,通过计算机计算得到的I值为549217.4 mm4,与上述梁跨l=1000mm的情况下的计算结果基本接近,而跨度l越大,通过该方法计算的结果越精确。
同样,对于结构尺寸一致的穿条式隔热铝材,我们也作了计算分析。由于主要参数c(隔热材料的弹性常数或组合弹性值)相差较远,且其他相关参数的微量差异,使得两种隔热铝材的复合惯性距相差较大。具体结果如图所示:
四. 隔热幕墙设计示例
Acrotower中心大厦(韩国)
Acrotower中心大厦位于韩国汉城。该建筑位于汉城最为著名的中心商务区内。整个建筑群由一栋48层和一栋64层的高楼组成。对于该建筑群的设计和要求,建筑师要求幕墙用材除能够承受高
风压载荷外,可视面的宽度不能超过80mm。对于这种近于苛刻的要求,该工程的技术咨询公司提出了如下图的AZON隔热技术方案。经过韩国工程试验中心的性能校合,该方案能够满足工程甲方的设计要求和造价标准。
我们不希望在中国的建筑上看到有安全隐患的不合格产品存在。我们建议广大用户,选择建筑门窗、幕墙用材时,始终要将质量和安全放在首位.
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