建筑玻璃貼膜的節(jié)能 優(yōu)勢及針對不同朝向 房屋的設(shè)計(jì)方案

    在各種能源消耗中，建筑物采暖及空調(diào)耗能占有相當(dāng)大的比重，而通過門窗散失的熱量約占整個(gè)建筑采暖及空調(diào)耗能的50%。根據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)資料顯示：在我國400多億平方米的既有建筑中，普遍存在外窗保溫隔熱和氣密性能差等問題，節(jié)能潛力巨大。如何采取有效、經(jīng)濟(jì)、便捷的方法解決建筑玻璃門窗隔熱節(jié)能并提高其安全性能呢?

    建筑玻璃貼膜是一種新型的高科技多功能復(fù)合材料，屬建設(shè)部重點(diǎn)推廣應(yīng)用項(xiàng)目。該貼膜是以特殊的聚脂薄膜(PET)作為基材，在聚脂膜中間用磁控濺射等方法，鍍上各種不同的高反射率的金屬或金屬氧化物涂層，經(jīng)特殊工藝復(fù)合壓制成一種既透光又高隔熱的功能性玻璃貼膜，具有隔熱節(jié)能、安全防爆、易裝貼、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)。它既可用于既有建筑門窗幕墻玻璃的節(jié)能改造，也可用于新建大樓普通玻璃的節(jié)能降耗處理。

    1.1 建筑玻璃貼膜的種類和性能

    建筑玻璃貼膜以節(jié)能為主要目的，附帶隔紫外線和安全防爆功能，建筑玻璃貼膜分為熱反射膜和低輻射膜。

    1.1.1 熱反射膜(又稱陽光控制膜)

    這種膜貼在玻璃表面使房內(nèi)能透過可見光和近紅外線，但不能透過遠(yuǎn)紅外線。因此，有足夠的光線進(jìn)入室內(nèi)，而將大部分的太陽能熱量反射回去，在炎熱的夏季保持室內(nèi)溫度不會升高太多，從而降低室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷，達(dá)到節(jié)省空調(diào)費(fèi)用和節(jié)能的作用。

    1.1.2 低輻射膜(又稱LOW-E膜)

    這種膜能透過一定量的短波太陽輻射能，使太陽輻射熱進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)，又能將90%以上的室內(nèi)物體熱源輻射的長波紅外線反射回室內(nèi)。LOW-E膜能充分利用室外太陽短波輻射及室內(nèi)熱源的長波輻射能量，因此，在寒冷地區(qū)和采暖建筑中使用，可起到保溫節(jié)能的明顯效果。

    1.2 建筑玻璃貼膜的國內(nèi)外發(fā)展概述

    玻璃貼膜是在平板玻璃表面上貼上一種多層的聚酯薄膜，以改善玻璃的性能和強(qiáng)度，使其具有保溫、隔熱、節(jié)能、防紫外線、美化外觀、遮蔽私密、安全等功能。早期的膜僅具有將太陽輻射反射出玻璃窗外，以阻止玻璃內(nèi)表面的熱量增加的性能。隨著制造工藝的不斷發(fā)展，新一代的本體著色隔熱膜誕生了，它豐富的色彩為建筑師提供了廣闊的設(shè)計(jì)空間。主要的顏色有：棕色、灰色、金色、琥珀色、藍(lán)色、綠色等。1970年美國的能源危機(jī)引出了膜的另一方面的性能開發(fā)——減少室內(nèi)熱能損失(即“保溫性”)。研究發(fā)現(xiàn)，聚酯膜不僅可作透明介質(zhì)，更具有吸收和反射長波紅外線的能力。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，膜的材料、結(jié)構(gòu)有了大的改變。這一改變，更提高了膜的“保溫性”，也就產(chǎn)生了“低輻射膜”——LOW-E膜。

    目前，在美國建筑玻璃貼膜普及率已超過90%，在澳大利亞、新西蘭等國，建筑玻璃貼膜普及率也都在75%以上，在亞洲地區(qū)，建筑玻璃貼膜應(yīng)用最廣泛的是日本、韓國和新加坡等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家，普及率高達(dá)85%以上。

    玻璃貼膜以商品形式出現(xiàn)于國內(nèi)市場大約始于20世紀(jì)80年代中后期，首先被用在汽車玻璃上，后來，該產(chǎn)品經(jīng)過發(fā)展又逐漸進(jìn)入建筑領(lǐng)域，并已成為鍍膜玻璃的有力競爭者，且有取而代之之勢。最近五六年，由于私家車的劇增而使玻璃膜的使用在國內(nèi)呈火熱之勢。建筑玻璃的貼膜也有一些嘗試，開始走俏北京、上海、江蘇、廣州等省市的建筑市場，國內(nèi)的一些重要建筑物，如首都機(jī)場新航站樓、中華世紀(jì)壇、西單文化廣場、上海金茂大廈、香格里拉大酒店、浙江世貿(mào)中心大酒店、浙江美術(shù)學(xué)院和廣州科學(xué)館等建筑，都先后采用了節(jié)能膜和安全防爆膜[2]。目前，北京市、江蘇省已有《建筑玻璃貼膜工程技術(shù)規(guī)程》，廣東、河南等地的規(guī)范也即將出臺，這對今后科學(xué)、規(guī)范地使用該項(xiàng)技術(shù)有極大的幫助，相信不久的將來，貼膜玻璃在我國將會得到迅速的發(fā)展。

    2.1 建筑玻璃貼膜的節(jié)能特性分析

    建筑玻璃貼膜后，利用玻璃與薄膜之間形成的空氣層來提高窗戶的熱阻，降低導(dǎo)熱系數(shù)，有效地改善窗戶的保溫性能。有資料表明，厚度為3mm的玻璃本身的熱阻為0.004(mm2·K/W)，厚度為30μm的聚脂膜本身的熱阻僅為0.0002(mm2·K/W)。而當(dāng)玻璃窗貼膜以后，若空氣層厚度為30mm，則玻璃、空氣層和塑料薄膜三者熱阻之和可高達(dá)0.176(mm2·K/W)，可見，熱阻值可提高40倍以上。采用窗上貼膜技術(shù)，可使采暖地區(qū)居住建筑室溫明顯提高，減少窗戶結(jié)露現(xiàn)象，還可使通過窗戶的傳熱耗能降低45%以上。

    2.2 建筑玻璃貼膜的節(jié)能效果分析

    據(jù)國內(nèi)一些研究部門測試，6mm普通透明玻璃可使84%的太陽能輻射透進(jìn)室內(nèi)，在我國西部一些城市和地區(qū)，夏季太陽輻射進(jìn)入室內(nèi)的輻射流大約是1.676J/(m2·h)，當(dāng)在3mm厚的普通透明玻璃上貼1層隔熱膜后，可使太陽熱輻射的透射量減少82.5%，從而使夏季由窗玻璃進(jìn)入室內(nèi)的熱輻射流降至0.293J/( m2·h)，從窗戶的傳熱系數(shù)來比較，單層窗的傳熱系數(shù)K值為5.24W(m2·K)，在單層窗的普通玻璃內(nèi)側(cè)表面貼隔熱膜后，其傳熱系數(shù)降為3.93W(m2·K)，而在雙層窗普通玻璃的內(nèi)層外側(cè)貼上隔熱膜，其傳熱系數(shù)可達(dá)到2.04W(m2·K)，在基本條件下，對2個(gè)空調(diào)房作30d總耗電量的對比測試，當(dāng)2個(gè)房間的窗戶面積相同時(shí)，已貼隔熱膜的房間建筑面積為13.76m2，耗電量為563.35(kW·L)，而未貼膜的房間建筑面積為14.78m2，耗電量為649.35(kW·L)，已貼膜的房間可省電13.24%。由此可見，在建筑門窗玻璃貼上隔熱膜后的隔熱節(jié)能效果非常明顯，如果在單框雙玻塑鋼窗的第2片玻璃的外側(cè)貼隔熱膜，其隔熱節(jié)能效果就更為顯著。

    2.3 建筑玻璃貼膜與節(jié)能玻璃的經(jīng)濟(jì)效益比較

    既有建筑中的玻璃節(jié)能改造辦法只有2種選擇：一是拆下原有的玻璃換成節(jié)能玻璃；二是給原有玻璃貼上建筑用隔熱安全膜。某展覽中心大廳點(diǎn)支式幕墻用12mm鋼化透明玻璃，若更換為12mm熱反射鍍膜鋼化玻璃，材料成本為210元/m2，舊玻璃拆裝成本為70元/m2，總的改造費(fèi)用合計(jì)為280元/m2。若更換兩塊10mm厚度中空12mm的LOW-E中空玻璃，則材料成本為375元/m2，加上拆裝成本70元/m2，則合計(jì)為445元/m2。

    采用加貼熱反射膜方法，材料成本為100~130m2，裝貼費(fèi)用30元/m2，合計(jì)為130~160元m2，貼熱反射膜成本為換熱反射玻璃成本的50%左右[2]。其余情況可類推，例如：原有普通中空玻璃貼熱反射膜或低輻射膜后，分別升級為中空熱反射鍍膜玻璃或中空低輻射鍍膜玻璃。

    此外，既有玻璃貼膜在建筑門窗及玻璃幕墻節(jié)能改造中，較之更換節(jié)能玻璃，更加輕盈、環(huán)保、安全，而且，安裝也更加快捷。

    3.1 選用原則

    (1)選用建筑玻璃貼膜時(shí)，除應(yīng)計(jì)算規(guī)定的熱應(yīng)力外，還必須計(jì)算貼膜后玻璃的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)，以保證其符合相應(yīng)節(jié)能規(guī)范的規(guī)定[3]。

    (2)膜材的選用要遵照J(rèn)C846-2007《貼膜玻璃》。該標(biāo)準(zhǔn)的5.2.5，5.2.6(抗沖擊性)，5.2.7(耐輻照)，5.2.9(耐酸性)，5.2.10(耐堿性)，5.2.13(耐燃燒性)和5.2.14(粘結(jié)強(qiáng)度耐久性)為強(qiáng)制性條款，其余為推薦性條款。5.2.4傳熱系數(shù)值由供需雙方確定，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目有尺寸及偏差外觀質(zhì)量透射比、反射比、紫外線透射比[4]。

    (3)建筑玻璃貼膜的外包裝應(yīng)標(biāo)注：貼膜種類、規(guī)格型號、厚度、主要性能指標(biāo)、顏色和生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)日期。其中，貼膜的厚度用數(shù)字表示，單位為mil或mm。

    (4)建筑玻璃貼膜的使用壽命應(yīng)≥15年。

    3.2 設(shè)計(jì)方案

    (1)朝東，由于東面太陽照射時(shí)間為早7點(diǎn)~11點(diǎn)左右，時(shí)間較短，可以選擇隔熱率適中(30%~50%)的膜，保證東面房間溫度適中。

    (2)朝南，由于南面太陽照射時(shí)間為早9點(diǎn)~16點(diǎn)左右，時(shí)間較長，可以選擇隔熱率較高(50%~70%)左右的膜，保證南面房間保持恒溫。同時(shí)，為朝南臥室客廳提高私密性，可選擇采用單向透視膜。

    (3)朝西，由于西面太陽照射時(shí)間為下午13點(diǎn)~19點(diǎn)左右，時(shí)間雖不長，但在炎熱的夏季，中午以后太陽熱能最高，西面房間最熱，可能從13點(diǎn)~20點(diǎn)左右室內(nèi)溫度保持在同一個(gè)最高溫度。所以，西面應(yīng)選擇隔熱率最高(70%~80%)左右的膜，確�？照{(diào)機(jī)在夏季的使用效率。

    (4)朝北，由于北面基本上不受到太陽照射時(shí)，室內(nèi)較陰冷潮濕，在冬季北面刮風(fēng)更為明顯。所以，北面應(yīng)選擇隔熱率較高(50%~80%)左右的膜，防止寒冷季節(jié)熱量損失，確保室內(nèi)保持恒溫。

    (5)第(2)，(4)點(diǎn)適用于板式結(jié)構(gòu)的建筑物，(1)~(4)點(diǎn)適用于點(diǎn)式結(jié)構(gòu)的建筑物。要求建筑物外圍玻璃整體安裝窗膜，這樣才能達(dá)到理想的節(jié)能效果，不同朝向可以裝貼不同顏色風(fēng)格的膜，改變居室內(nèi)視覺效果，提高生活質(zhì)量。

(6)對于6層以上的建筑物，樓層越高就應(yīng)選擇隔熱率越高的膜，保證每層可以達(dá)到同等的溫度。

    采用玻璃貼膜技術(shù)，可以解決玻璃節(jié)能、使用安全和遮陽等諸多方面的問題，應(yīng)用范圍很廣，市場潛力很大。既有建筑改造規(guī)模較大，尤其是對既有建筑幕墻的維護(hù)、改造方面，如果能科學(xué)、合理地使用貼膜技術(shù)，將給社會帶來較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前中國大約有超過150億平方米的玻璃維護(hù)市場，而且隨著每年大量新建筑物的產(chǎn)生，需要維護(hù)的玻璃面積還將以6%~10%的速度遞增。同時(shí)，受全球氣候變暖的影響，玻璃貼膜隔熱、環(huán)保的特性已經(jīng)逐漸得到人們的廣泛認(rèn)可。隨著全民節(jié)能意識的日益高漲，追求高水平的生活質(zhì)量的渴求越來越猛烈，更催生隔熱節(jié)能防爆的玻璃貼膜走進(jìn)千家萬戶，玻璃貼膜在建筑和家庭裝修領(lǐng)域，將會有著更廣泛的應(yīng)用。