探讨建筑材料建筑材料节能效率

论文导读：
摘要：本研究选择某地区同时兴建的两座工业厂房，所使用的帷幕墙框材分别为塑钢与铝，实测其透热率与节能效益。结果得知塑钢材质帷幕墙透热率为87%～110%，铝制帷幕墙透热率为101%～174%。从节能效益考量，两者相比较，使用塑钢材质帷幕墙较铝制帷幕墙每月可节省19%的电费。
关键词：建筑材料；节能效率；工业厂房；帷幕墙

温室设计概念即运用白天太阳光直射其辐射热蓄集于温室之中达到其保温的目的。现今厂房帷幕墙正是运用该理念来达到建筑室内空间保温的目的，以减少保温设备所造成的电源浪费。如何保有帷幕墙的优点又能达到节能效益也成为本文研究的焦点之一。本文采用试验方法，分析验证了塑钢与铝制帷幕墙的节能区别。

一、实验材料与方法

(一)地理位置

本研究选取某地区两座工业厂房帷幕建筑，包括塑钢帷幕外墙建筑与铝制帷幕外墙建筑，比较受光照壁体面的透光窗材差异所造成的室内温度梯度与热阻能力差异。进而与帷幕墙热传导系数计测值比对，推估壁体造成室内单位时间节能经济效益。

(二)实验材料

本研究的各项测试仪器如：热电偶线（Thermocouple），依此测量温度，本实验采用T-type模式，其测量范围为-270℃～180℃，其测量精度为2μv。湿度计的目的为测量湿度差，型号为TES-1360，测量范围为10﹪～95﹪RH，测量精度为0.1﹪RH。风速计目的是测量室内外空气流速，型号为Model-1006，测量范围为0～50m/s，测量精度为0.02m/s。照度计型号为IM-3，测量范围为0.01～199900lux，测量精度为0.01μx。可见光辐射计型号为LI-200SA，测量范围长波于0.4～1.1μm，辐射强度＜3000W/m2，测量精度于15μv。日射计型号为Model-3020，其目的在于测量光辐射强度，其测量范围于长波0.3～3μm，测量精度为15μv。其所测出的数值以DataLogger收集纪录最后再传输于电脑作统计分析。配合两座建筑的受光照方位与光照小时特征，选择东西向计测。计测包括透光帷幕墙壁体及室内墙表面至5.2公尺以内的温度与湿度环境的垂直与水平分布资料，以制作离壁距离与温度梯度（℃/m）关系，并计算室内热得速度（Kcal/hr）与壁体热阻隔效率（﹪）。为避免周围建筑影响阳光直射。

(三)实验方法

为了解空间的热量分层，在厂房配置热电偶线与资料记录器，于同一个垂直面计测地面上2.5m与1.5m两个高度于实墙与帷幕墙面分别计测资料。两条水平面计测点则包括近透光门窗与实墙部分，距帷幕墙0、5、15、30、50、75、105、140、180、225、285、375、520厘米处等，以及帷幕墙与实墙于骨架、窗框、玻璃墙面之内外测点共55个测点。使用短波日射计、净辐射计、照度计、热电偶线、风速计、湿度计、多点微电压自计仪、资料转换器等感测装置同步计测温度55个位置，外加室内外各1个照度计、短波日射计、净辐射计资料及相对湿度资料、室内外各1个风速资料等，规划同步计测61个环境资料，涵盖晴天日间纪录。制作室内计测垂直面与水平面的等温度分布曲线图，了解各楼层距离帷幕壁体的温度梯度关系。找出室内温度代表计测点，以提供日后评估类似建筑的室内温热环境之快速检测位置之依据。依外气候变化，配合厂房管制措施，在计测楼层的空间未开启空调状况下，计测夏季晴天的日间室内外光热环境及差异。按照室内外空间分布计测资料，完成夏季单位面积帷幕墙的热阻隔能力估算。分别推估出不透光壁面、透光窗等不同部位的单位面积外热阻隔能力与内热保持能力，最后提出两座厂房在夏季日间外气候环境的节能能力差异。

二、实验结果与讨论

根据上述实验方法我们分别探讨光热环境物理条件与两种帷幕墙隔热能力、热收支效能、热阻能力、节能及不同帷幕墙的耗电量比较，试图借助数据的比较获得不同帷幕墙的隔热与节能效率。本阶段计测塑钢帷幕与铝制帷幕内外物理环境计测，分别为日射量（w/m²）、可见光辐射量（w/m²）、照度（Lux）、湿度（％）、风速（m/s），实验结果有助于分析物理环境条件与室内温度变化的关系。

(一)帷幕墙隔热能力比较

上午7点开始阳光将直射至室内，8点室内外温度开始有明显变化，故以上述的室内标准温论文导读：效益。（二）塑钢与铝制帷幕墙室内外温度比较算各室内的降温能力变化，正值表示隔热佳；负值表示隔热差。实验结果显示：于开始测时两者隔热效益最佳，塑钢制与铝制帷幕墙两者分别有5.8与3.74℃的隔热效益，塑钢比铝制帷幕墙隔热效益高达64％。铝制帷幕墙模组使空间有蓄热现象，1小时后室内温度已比室外高出0.88℃。经过2小时
度测点与室外气温为基准，分析塑钢与铝制帷幕墙的室内外空间、骨架、外框、玻璃材料的隔热效益。

(二)塑钢与铝制帷幕墙室内外温度比较

算各室内的降温能力变化，正值表示隔热佳；负值表示隔热差。实验结果显示：于开始测时两者隔热效益最佳，塑钢制与铝制帷幕墙两者分别有5.8与3.74℃的隔热效益，塑钢比铝制帷幕墙隔热效益高达64％。铝制帷幕墙模组使空间有蓄热现象，1小时后室内温度已比室外高出0.88℃。经过2小时，室内温度已可高出室外达3.97℃，而塑钢制帷幕墙尚可保持在

2.9℃的隔热能力。

(三)帷幕墙骨架隔热能力比较

为更清楚理清不同材质帷幕墙对隔热效源于：毕业论文www.7ctime.com
能的差异，本文以帷幕墙骨材的内外温度差作比较。结果显示塑钢骨材于30分钟时外侧温度达最高，温度达46.77℃，室内外的隔热效果达36％；铝骨架则是在1小时后，外侧温度达50.18℃，室内外的隔热效益却只有13％。塑钢帷幕墙骨架于30分钟时隔热效益表现最佳，隔热效能达15.05℃；而铝制则是于1小时后表现最佳，达隔热效能达6.44℃。以30分钟为例，两者材料作隔热效益比较，塑钢材料较铝制材料隔热能力高出3.7倍。

(四)帷幕墙外框隔热能力比较

框材也是帷幕墙的重要组成之一，其热传特性也影响室内温度，故将两者的框材隔热效能加以整理。很明显的塑钢较铝制框材隔热能力高出许多，以30分钟时为例，塑钢框材室内外表面温度分别为35.54℃与42.04℃，隔热效能可达15％；而铝制框材室内外表面温度分别为40.34℃与40.78℃，隔热效能只有1％。而两小时中两者材料的隔热效能塑钢材料有3.49℃～6.5℃的效益；铝制材料只有0.44℃～

1.89℃之间的效益。

(五)帷幕玻璃隔热效能比较

由于塑钢帷幕墙的玻璃比铝制帷幕墙玻璃厚了2mm，其隔热性能与差异性。实验结果显示：30分钟时塑钢帷幕墙玻璃表现最佳，外内侧温度分别为46.8℃与41.83℃，两者相差有11％。而铝制模组玻璃外内侧温度分别为46.65℃与44.39℃，两者相差仅有5％，不过当铝制模组玻璃外侧于高温53.78℃与内侧为49.67℃，其隔热能力则提升至8％。玻璃较厚的确也印证有较好的隔热能力，塑钢帷幕墙玻璃其温度分布为4.64℃～4.97℃；铝制帷幕墙玻璃其温度分布为1.87℃～4.11℃，两者隔热比较最大可高达2.2倍

三、结论与建议

（一）结论
一是玻璃帷幕墙所使用的玻璃材质热阻R均为0.16㎡‧h‧℃/kacl，塑钢帷幕墙的窗框热阻为玻璃的27倍；塑钢固定窗的窗框热阻为玻璃的24倍；铝制帷幕墙的窗框热阻为玻璃的16倍，故可得知塑钢窗框材质的热阻差异不大，并优于铝制窗框。二是塑钢与铝制帷幕墙其玻璃材质相同，但由于墙面使用玻璃面积均在85﹪以上，而骨架与窗框面积所佔比例极低，因此塑钢帷幕墙的窗框材料热阻隔能力虽远高于铝制材料，但对于阻隔室内的总热量效能有限。三是塑钢帷幕墙与铝制帷幕墙节省电费比较：塑钢帷幕墙每月电费比铝制帷幕墙节省每月电费19﹪以上。
（二）建议
一是建议使用帷幕墙设计时选用较高热阻的玻璃材质。二是在帷幕墙内侧建议加装高热阻的构造设施以阻隔外来辐射及降低热传递的问题，适当的空气层热阻设计应为产品开发过程一个可深入研究的课题。三是建议在办公室内侧将空调设备规划为内、外周区，以降低电费支出。四是于帷幕墙外侧加装遮阳板或种植植栽，采用立体绿化的方式，不但可降低辐射热也可增进美观及生态等目的。五是塑钢框材热贯流率比玻璃低，若面积比增高，可降低热的透过率。六是帷幕墙采用反射玻璃易造成光害，虽然热阻隔能力尚可，但不建议使用。七是室内湿度高的地方（如锅炉房），建议采用干湿分离的方式以减少室内湿度增高，影响夏季热量提升。
参考文献：
刘蔚.工业建筑节能与可持续发展[J].科技资讯，2007年第9期.
许志中.我国工业建筑节能设计初探[J].建筑，2009年第7期.