上海科技城玻璃幕墙节能技术的应用.doc

上海科技城玻璃幕墙节能技术的应用 一、项目概况 上海科技城位于开发中的浦东世纪大道东端，浦东新区政府中心广场的南侧，项目占地面积68700m2，总建筑面积约90000m2。主体建筑呈螺旋向上的态势。建筑中央是一座椭球体的玻璃建筑，椭球体长轴为66.8m，短轴为51m。地面以上球高34.3m，下沉地下7.25m。整个建筑气势宏伟，含义深远，象征着科学技术孕育了人类社会从低级向高级社会逐步发展的历程。椭球体的主体结构为单层铝钛合金薄壳结构。结构材料全部选用6061-T6铝钛合金，主梁是“工”字形铝型材，其结构轻巧，空透性好。铝型材表面阳极氧化，解决了防腐锈问题。球体结构的外覆盖层为低发射（Low-E）中空夹胶玻璃和铝合金装饰板组成的明框幕墙，外观视感自然，反射率低，无明显的眩目光，充分体现建筑设计大师空间的意图。球体玻璃幕墙共有2351块不等边三角形的玻璃板块组成。玻璃板块占整个球体表面积的90%以上。这种组合结构在国内绝无仅有，在国际上也属罕见，在技术上已达到国际领先水平。（见图1） 图1 对椭球体空间结构设计，人们首先想到国内相当普及和成熟的大跨度双层网架或双层网壳结构体系。这种结构体系由于体积庞大，自重大，防锈维护费用高，空透性差。经计算其空透率达不到40%，显然不能满足科技城的高科技设计理念，也不能满足椭球体建筑的节能技术要求。本工程采用高科技含量大的单层铝钛合金薄壳结构体系。 这种薄壳结构体系选用250mm至300mm高的6061-T6铝钛合金工字形梁，梁与梁连接通过圆盘连接板用高强度不锈钢锁紧螺栓作固接，形成一个个三角，拼成椭球体薄壳结构。其外覆盖400吨Low-E中空夹胶玻璃层（见图二）。设计软件对52种不利工况荷载作用计算，离椭球体原点的最大绝对位移不超过75mm，相邻节点之间垂直于球体表面最大的位移不超过25mm。与实际变形测量基本相符。按比例测算，椭球体薄壳结构层比同体积的鸡蛋壳还要薄。使得结构轻巧，空透性好，艺术观赏性强。具有显著的社会效益和经济效益。 图2 三、球体节能玻璃幕墙的应用 由于椭球体的外表面90%为玻璃幕墙，其余为铝合金构件。如何考虑球体玻璃幕墙的节能问题是设计的一个关键，设计中我们首先从幕墙玻璃的节能分析着手，同时尽可能隔断铝合金构件的传热途径。 1、玻璃品种的选用 根据建筑师的要求，大球体在远处看的效果应是反射率低，减少眩目光；在近处看应有通体透明的感觉。对于跨世纪的重大工程，我们考虑建筑师的设计意图，有结合节能环保型墙体方兴未艾的气候，经多方探讨和研究、对比，决定采用低反射（Low-E）中空夹胶玻璃作为大球体的外墙装饰（见图3）。这种玻璃的最大特点是将远红外热辐射发射出去，使其不能透过玻璃从而起到节能隔热的作用，是世界上公认的环保节能型材料。 图3（1）热能的型式 自然环境中的热能主要是太阳辐射能，其能量的98%分布在0.3至3um波长之间。除了太阳直接辐射的能量外，还存在着大量的远红外线热辐射能，其能量分布在3至40um波长之间。在室外，这部分热能是由太阳照射到物体上被物体吸收后在辐射出来的，夏季成为来自室外的主要热源之一。在室内，这部分热能是由暖气、家用电器、被阳光照射后的家具及人体所产生的，冬季成为来自室内的主要热源。 需要说明的是，在通常情况下来自室内、室外的热辐射可同时存在，只不过夏季来自室外的热辐射远大于室内的热辐射，而冬季来自室内的热辐射又远大于室外的热辐射。因此，选择玻璃时必须考虑建筑物所处的地理环境，以便所选择的玻璃能有效地阻挡来自主要热源的热能。 照射到玻璃上的太阳辐射能，一部分被玻璃所吸收或反射，另一部分透过玻璃成为直接透过的能量。 当玻璃吸收太阳能后温度升高，吸收的能量通过与空气对流及时向外辐射远红外线而散失。因此，被吸收的能量最终仍有约50%透过了物体，这可归结为对流传导形式的传递。吸收率低的物体，必然反射率高（反射率+吸收率=1）。 这种物体不易吸收外来的热辐射能量，其隔热性能就好。辐射率高的物体吸收的热辐射多，它再次向外辐射的热量也多，相当于透过该物体的热量多。低辐射玻璃正是限制了这一部分的传热。 对流传导所传递的热能为Q1，这其中还包括玻璃吸收各波短的辐射后再放出的热量。太阳能直接辐射透过的热能为Q2，这部分热能仅指可见光、近红外辐射直接透过的能量。透过玻璃传递的总热能Q可有下式表示： Q=U*（T内-T外）+太阳辐射系数*Sc???? 式——1　　Q1??????????? Q2 式中：U——玻璃的传热系数，单位为W/m2?c，在相同的室内外温差下，U值越低则通过对流传导的热能越少。玻璃的U值与玻璃的辐射率E有关，辐射率E越低U值也越低。降低U值的两种有效方法是：在玻璃表面上镀低辐射膜，或将窗玻璃合成中空玻璃结构。 Sc——玻璃的遮阳系数，反映玻璃对阳光的