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复旦大学上海视觉艺术学院的玻璃幕墙节能改造

来源:union facade  作者:*  日期:2012-9-3
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  摘要:本文介绍了上海视觉艺术大学在既有建筑节能改造,为在校师生及建筑物内交流活动创造更舒适、健康及安全的工作环境方面所做的努力。并通过上海视觉艺术学院的标志性建筑图文信息中心大楼高透玻璃门窗改造成隔热、节能、安全、舒适型门窗的工程案例,详细全面总结了招标,评标、施工及验收整个过程,也为上海视觉艺术大学日后扩展既有建筑的节能改造成果提供了有益的经验。
  在确定了本次改造的目标及要点后,首要的任务就是将这些叙诉文字要求体现在技术指标要求上。

  3.技术标准的制定
  减少热积累的可能方案的初始评估程序包括分析热负荷产生的所有来源及相应的解决方案。由于玻璃已经构成整个建筑物外围结构的一大区域,这一基本因素导致玻璃性能的改善成为此项目第一要解决的问题。

  可能方案包括增加遮阳板到其它各朝向;更换成较高性能的窗玻璃,如着色玻璃中空玻璃;以及采用薄膜镀层提高玻璃性能。

  然而很快就发现一些解决方案不是很理想。 增加遮阳板只能解决高角度照射时的太阳热,而且它会改变建筑物的整体外观,导致它失去明亮清晰,内外和谐的设计理念。

  更换玻璃系统, 当然是可能的。但它要整体重新装修,包括除去现有的玻璃系统然后安装新的玻璃窗户。这是一个耗时费钱的工程,而且会干扰建筑物中的员工正常工作。频繁的接待任务也不允许长时的重新装修。而且这也会产生大量垃圾,把仍然可用的状态良好的现有门窗弃置。

  因此最适当的解决方案被确定为采用薄膜镀层。在工业上,这些即是太阳控制膜或窗膜。 他们是一种聚酯胶片,在其上镀有金属材料或被染色。将它们粘在玻璃上以防止眩光或起到太阳控制作用。

  在采用建筑窗膜作为此次改造的方案确定之后,重要的就是技术指标的确定。这是关系到本次改造能否达到目的,以及工程造价,施工期限等一系列相关课题的确定落实。

  3.1建筑外观与玻璃的光学特性
  玻璃建筑的外观取决于玻璃的颜色、透光率可见光反射率。为了良好遮阳,又不形成镜面效应引起光污染,研发大楼上层玻璃采用了镀膜着色玻璃。而底层大厅采用的是透明白玻。这样选用的窗膜必须为中性色。一般透明玻璃透光率在90%左右。5%以上透光率的玻璃窗仍具有良好透视效果。40%以上透光率是建筑上采光要求极限值。30%以下玻璃在北方考虑到冬季取暖及室内照明能耗增加是不被推荐使用的,在南方,也由于影响室内采光产生额外能耗而需要慎用。

  普通玻璃可见光发射率在8%左右。国标GB/T 18091-2000指出16%以上玻璃反射率会引起强烈光污染,不宜在道路两侧使用。一般建筑玻璃幕墙反射率不得超过30%。为使改造工程不改变现有建筑外观,所用窗膜反射率应低于16%。

  GB50189-2005中规定窗玻璃系统遮阳系数应小于等于0.5,可见光传输应大于40%。然而,对本项目,要求更高的可见光传输以保持原有玻璃的清晰度,可见光透射率被定为55%以上。清晰度的任何明显改变都会改变整个建筑物外观。为了保持大厅明亮通透的视觉观感,我们确定了所用窗膜的光学技术指标:透光率和反光率均高于要求指标。

  3.2隔热效率的理论值与玻璃的热工特性
  太阳辐射以三部分照射到地球上,其能量分配为3%紫外,44%可见光,53%红外热。可见光是建筑采光所必需的。本案设计改造后的玻璃透光率应为50-70%。依此,理论上无用的紫外,红外辐射全部排除,太阳辐射能将有22-31%以可见光形式进入室内。也就是说太阳能阻隔率极限值为69-78%。考虑到红外辐射不可能全部排除,部分太阳能被玻璃吸收后的二次发射总会存在,选择红外辐射阻隔率在90%以上,太阳能总阻隔率在40%以上,也就是说更低的遮阳效果必须以降低透光率为代价了。

  3.3光效系数与节能效率
  在阻挡红外辐射良好的情况下,降低可见光透过可以实现更低的遮阳系数,也即更好的遮阳效果。两者的平衡就要取决于建筑的设计与制冷照明的选择上了。原则上说,我们希望按照设计的采光要求,实现最好的遮阳。也就是说在制冷用电与照明用电上取得最好的平衡。技术上他是用光效系数来表示的。它定义为可见光透射率与遮阳系数之比。它反映了一个薄膜镀层在降低太阳热传输时牺牲了多少采光为代价。这个参数是建筑窗膜太阳特性的一个重要指标。它标志着一个薄膜镀层在阻隔热而不是光上效率有多高。由于遮阳系数无法区别光与热。一个透光低的玻璃由于它吸收了大量可见光,从而也降低了太阳能的进入,而表现出低的遮阳系数。采用这种玻璃减少的空调用电却被照明用电的增加而抵消。因此,这个综合性的节能指标参量,光效系数被引进。所谓节能玻璃光效系数应大于1。

  3.4玻璃的热吸收与安全性
  玻璃的受热不均,或短时间的大幅度温差变化会造成钢化玻璃自爆率提高。玻璃热应力的计算是个很复杂的工作。工程上要求尽可能采用低吸热率的材料。这无论从隔热效果上看,还是从安全角度上看都是必要的。玻璃行业规定,40%以上吸热率的玻璃或窗膜应该慎用。60%以上的不被推荐使用。本案面对的是22mm幕墙玻璃,这对所贴窗膜吸热性提出更高的要求。应采用低吸热窗膜。也就是说,必须采用热反射型窗膜。更低透光率的窗膜虽可实现更好的遮阳,但也带来更高的吸收。这也是本案将透光率指标提升到55%以上的另一个原因所在。

  综上所述,所需薄膜镀层的指标要求综合列于表1中:

  表 1: 窗膜技术指标要求
  参数        技术要求
  可见光透射率        大于等于55%
  可见光反射率        小于16%
  热吸收率        小于40%
  4.评估程序: 技术搜寻
  基于上述选泽标准,寻找一个满足这些指标的窗膜的程序就开始。众所周知,一般窗膜都是染色的或富有金属化镀层,或者两者混合的。这些膜都是以降低眩光和提高私密性的遮光为目的,因此不是很暗就是反光很强。阻隔热量也达不到上述设定指标。

  考察结果表明满足设定技术指标的唯一选择就是采用光谱选择性薄膜镀层的和高透光金属反射窗膜。无论从隔热效率来看,还是从安全角度决定。红外反射窗膜是本案的最佳选择。这类产品采用光学干涉多层镀膜实现在整个太阳辐射红外区段具有高的反射值,从而可达到高清晰度和高的热反射。这其中我们知道IQue73 FG和IQue58 AG建筑窗膜是符合表 1 所清楚列明指标的产品。

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