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建筑幕墙玻璃的保温与隔声性能

2019-12-24 13:02:42

一、保温性能
  按照国家标准,建筑门窗使用的玻璃厚度正常情况下应该在4mm以上。《建筑幕墙》(GB丁21086-2007)621中规定“不宜小于6mm”。由于玻璃面积在幕墙面积中所占比例较大(60%~70%),玻璃的保温性能对幕墙的传热量影响十分可观。因此,改善幕墙保温性能的一个重要途径就是合理选用玻璃。
  建筑玻璃幕墙的保温节能功效逊于传统的围护结构,要达到保温节能的目的,就要降低幕墙整体的传热系数。而传热系数由玻璃、型材以及中空玻璃边缘线性传热系数Y值三部分组成,即在结构设计中主要考虑采用断热型材和中空玻璃。由于幕墙玻璃在幕墙面积中占较大的比例,在整个围护结构中,通过玻璃传递的热量远高于其他围护结构,文章仅就幕墙玻璃来讨论。
  玻璃的热工性能是通过两个参数来表征的,即传热系数和遮阳系数。传热系数是围护结构通用参数,其传热系数越低,越有利于建筑物节能。遮阳系数是玻璃作为围护结构的特殊参量,遮阳系数越小,阻挡阳光直接辐射的性能越好。
  普通单片浮法玻璃的传热系数为5.2~6.0W/(㎡·K),普通中空玻璃的传热系数降至2.5~3.2W/(㎡·K)。可见,由两片或多片玻璃和空气层组成的中空玻璃的传热系数降低了很多。充氢气后,中空玻璃的传热系数一般可再降0.2~0.3W/(㎡·K),显而易见,中空玻璃的节能效果远比单层玻璃好。
  热的传递有三个途径:热辐射、热对流和热传导,对于玻璃而言热辐射是最大的。因此,提高中空玻璃的节能效果,首先必须减低玻璃的热辐射率,即采用低辐射玻璃,其次才考虑充惰性气体和暖边间隔条
  根据建筑效果的需要,可选用普通透明玻璃、着色玻璃、热反射镀膜玻璃、Low-E玻璃、夹层玻璃等作为中空玻璃的基片。中空玻璃内的密封空气在铝框内灌充的高效分子筛吸附剂作用下,成为导热系数很低的干燥空气,从而构成一道隔热、隔音屏障。玻璃的热传导率是空气的27倍,只要中空玻璃是密封的,就可达到最佳的隔热效果状态。若在中空层中充入惰性气体,还可进一步提高隔热、隔音性能。
  要想获得更低的传热系数,就要采用Low-E中空玻璃。Low-E玻璃与普通浮法玻璃相比,其主要特征是对远红外线不是高吸收而是高反射,因此可阻止环境热量通过玻璃进行传递。Low-E中空玻璃的传热系数一般为1.5~21W/(㎡·K),特别是双银Low-E中空玻璃,不但其传热系数低,保温性能优良,而且其遮阳系数也可降至0.30~0.60,隔热性能非常好。因此,除一些裙楼大堂高跨度全玻璃幕墙不得不采用单片玻璃外,通常都采用中空玻璃,这是幕墙保温节能的最低要求。
  外装饰幕墙采用中空玻璃的隔热效果是毋庸置疑的,即使是(3+12A+3)mm的中空玻璃,其隔热能力也不亚于100mm厚的混凝土墙,而低辐射玻璃乃至充惰性气体的中空玻璃对玻璃幕墙的保温性能会有更明显提高。就上海、江苏等夏热冬冷地区的建筑而言,根据《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)规定,普通中空玻璃的遮阳系数和传热系数都不能满足规范要求,只有采用Low-E中空玻璃才能满足。因此,从节能的角度考虑,Low-E中空玻璃是建筑幕墙面材的不二之选,同时要根据建筑的朝向、使用功能、结构形式选择高透型玻璃或遮阳型玻璃,其次可以考虑中空玻璃的暖边条系统,进一步提高其隔热性能。
  二、隔声性能
  一般建筑的幕墙空气声隔声等级为3级(35≤Rw<40dB),全玻璃幕墙采用10~19mm单片玻璃和普通的中空玻璃都能够达到要求,如果要求空气声隔声等级达到4级(40≤Rw<45dB),普通配置的中空玻璃恐怕就难以满足要求了。
  中空玻璃的隔声性能与玻璃的厚度、间隔层中气体的成分、间隔层的数量和厚度有关。但是中空玻璃间的空气层间隔有限,隔音作用不大。空气层由12mm增加到16mm,其隔音性能并没有提高。
  普通玻璃的隔音性能一般在10dB以下,所以当人们关上窗户时会感觉声音有变化,但感觉不到安静;中空玻璃的隔音性能在25dB左右,也就是说使用中空玻璃后,室外噪音可下降25dB。我们知道声音通过振动波的形式传播,因此要想提高中空玻璃的隔声性能,必须在中空玻璃的构造上想办法,具体如下。
  (1)采用软连接,避免声桥现象。中空玻璃中间的隔条通常由铝合金制成,铝合金为刚性材料,振动能量会由刚性连接传到另一层,这一“声桥”作用就使中空玻璃的隔声性能降低。我们在设计过程中可以建议采用暖边密封系统的中空玻璃,如现在较多建筑采用实唯高(Swiggle)暖边密封系统,其采用了柔性的密封材料,能够缓冲声波的传递,使中空玻璃的隔声性能比铝隔条提高1~2dB。北京的国贸大厦、沈阳的玫瑰大酒店都采用了实唯高暖边系统,虽然暖边系统是针对中空玻璃的隔热性能开发的,但其对隔声性能的提高也起到了相当大的作用。
  (2)增加玻璃的阻尼。通常的玻璃具有很小的内在阻尼,在玻璃间加入PVB胶片制作成夹层玻璃。PVB胶片对声波具有一定阻碍作用,从而有效阻挡声音的传播。如果用夹层玻璃合成中空玻璃结构,其增加玻璃阻尼的作用会更大。中空玻璃间层中若充入惰性气体可在原有基础上再降低5dB左右,隔音效果会更加理想。江苏省移动公司办公楼采用了6(T)+0.76PVB+6(T)镀膜+12A+8(T)Low-E阳光镀膜夹胶中空Low-E玻璃,不仅提高了隔声效果,也获得了极佳的外视效果。
  (3)采用非对称玻璃。由于玻璃材质、尺寸、厚度及边界约束条件相同,各层玻璃具有相同的固有频率,容易产生共振,从而激发玻璃本身低频振动而产生二次噪声辐射。因此,我们可以采取非对称配置,即内外两层玻璃厚度不同,如8mm+12A+6mm,可避免产生共振。