淺析建筑玻璃幕墻及窗的節(jié)能措施

王振強(qiáng)

摘要：隨著現(xiàn)代建筑透明度的越來(lái)越高，玻璃幕墻及窗戶面積越來(lái)越大，節(jié)能和建筑玻璃幕墻及窗的矛盾也就越來(lái)越突出，這就需要從多方面著手解決玻璃幕墻及窗的能耗問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：玻璃幕墻及窗；節(jié)能措施；窗墻面積比例；傳熱系數(shù)；遮陽(yáng)系數(shù)值；遮陽(yáng)構(gòu)造

中圖分類號(hào)：TU22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）11-0095-02

能源問(wèn)題已成為21世紀(jì)的熱門(mén)話題，建筑作為耗能的大戶已經(jīng)越來(lái)越引起人們的關(guān)注。門(mén)窗是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是建筑物外圍開(kāi)口部位，也是房屋室內(nèi)與室外能量阻隔最薄弱的環(huán)節(jié)。有關(guān)資料表明，通過(guò)門(mén)窗傳熱損失能源消耗約占建筑能耗的28%，通過(guò)門(mén)窗空氣滲透能源消耗約占建筑能耗的27%，兩者總計(jì)占建筑能耗的50%以上。可見(jiàn)，建筑節(jié)能的關(guān)鍵是門(mén)窗節(jié)能。隨著現(xiàn)代建筑透明度的越來(lái)越高，玻璃幕墻及窗戶面積越來(lái)越大，節(jié)能和建筑玻璃幕墻及窗的矛盾也就越來(lái)越突出，這就需要我們從多方面著手解決玻璃幕墻及窗的能耗問(wèn)題。

一、玻璃幕墻及窗耗能的主要原因

玻璃幕墻及窗主要由玻璃和金屬型材組成，它們的傳熱系數(shù)都相對(duì)較高，幕墻及外窗是建筑能耗散失的最薄弱部位，同時(shí)玻璃作為一種透明材料，熱透射率高，其能耗占建筑總能耗的比例較大，其中傳熱損失約為1/3，空氣滲透約為1/3。傳熱有對(duì)流、輻射、導(dǎo)熱三種基本的方式，玻璃幕墻及窗的傳熱是上述三種方式綜合作用的結(jié)果，空氣滲透是由于幕墻及窗的氣密性不高而造成。

二、玻璃幕墻及窗的節(jié)能措施

（一）控制玻璃幕墻及窗的面積比例

《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)-GB50189-2005》中對(duì)建筑中玻璃幕墻及窗的使用提出了嚴(yán)格的限制，建筑每個(gè)朝向上的窗（包括透明幕墻）墻面積比例均不得大于0.70。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同窗墻比的窗（包括透明幕墻）的傳熱系數(shù)作了明確規(guī)定，窗墻比越大的對(duì)窗（透明幕墻）的傳熱系數(shù)限值要求越高，這就要求玻璃幕墻比例越大時(shí)，越應(yīng)增加投資選擇節(jié)能系數(shù)更高的幕墻。當(dāng)然，這些規(guī)定并不是說(shuō)純玻璃幕墻的建筑不能存在，而是要求必須至少有一定面積的外墻（不少于30%）與玻璃幕墻間隙內(nèi)必須填充保溫隔熱材料，這部分外墻可以采用非透明的玻璃，如彩釉玻璃，甚至采用透明的玻璃，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意玻璃背后的保溫隔熱材料的視覺(jué)效果。

在建筑設(shè)計(jì)中窗并不是面積越小越好，在滿足自然采光通風(fēng)的條件下，冬天透過(guò)幕墻及窗的日照能夠節(jié)約一定的采暖能耗。不同地區(qū)什么數(shù)值的窗墻比能達(dá)到一個(gè)最佳平衡點(diǎn)是科研人員應(yīng)該通過(guò)大量試驗(yàn)分析的。節(jié)能規(guī)定在一定程度上給建筑師的創(chuàng)作帶來(lái)一定的制約，建筑師使建筑透明化的欲望不可避免地與建筑節(jié)能相矛盾，但建筑師的視野不應(yīng)僅僅局限于外在形式上，建筑的內(nèi)在品質(zhì)應(yīng)是更為重要的內(nèi)容。

（二）降低玻璃幕墻及窗的傳熱系數(shù)

1．提高玻璃的熱阻。選擇高性能的中空玻璃，如采用暖邊間隔條、中空層填充惰性氣體，甚至為真空的中空玻璃。

2．提高金屬型材的熱阻。窗最好采用塑鋼復(fù)合窗、塑料窗及斷橋隔熱型節(jié)能型材，這樣可避免金屬窗產(chǎn)生的冷橋。

3．提高幕墻及窗的氣密性，減少室內(nèi)外空氣對(duì)流傳熱。在保證日照、采光、通風(fēng)、觀景要求的條件下，盡量提高住宅外窗的氣密性，減少冷空氣滲透。如設(shè)置泡沫塑料密封條，使用新型的、密封性能良好的窗材料。而窗框與墻間的縫隙可用彈性松軟型材料（如毛氈）、彈性密閉型材料（如聚乙烯泡沫材料）、密封膏以及邊框設(shè)灰口等密封；框與扇的密封可用橡膠、橡塑或泡沫密封條以及高低縫、回風(fēng)槽等；扇與扇之間的密封可用密封條、高低縫及縫外壓條等;扇與玻璃之間的密封可用各種彈性壓條等。

4．采用性能更為優(yōu)異的雙層通風(fēng)幕墻系統(tǒng)。雙層通風(fēng)幕墻的基本特征是雙層幕墻和空氣流動(dòng)、交換，所以這種幕墻被稱為雙層通風(fēng)幕墻。雙層通風(fēng)幕墻對(duì)提高幕墻的保溫、隔熱、隔聲功能起到很大的作用。但雙層通風(fēng)幕墻的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用材料較多，成本較高。

（三）控制玻璃幕墻及窗遮陽(yáng)系數(shù)值

衡量外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能除了傳熱系數(shù)外，另一個(gè)指標(biāo)就是遮陽(yáng)系數(shù)。遮陽(yáng)系數(shù)就是透過(guò)實(shí)際外圍護(hù)結(jié)構(gòu)（玻璃幕墻及窗）的太陽(yáng)輻射熱量和透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)窗玻璃（我國(guó)為3mm普通平板玻璃的平均值）的太陽(yáng)輻射熱量的比值。遮陽(yáng)系數(shù)愈小，透過(guò)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)輻射熱量愈小，防熱效果愈好。遮陽(yáng)系數(shù)受遮陽(yáng)系統(tǒng)構(gòu)造形式、材料本身特性、建筑所處地區(qū)、朝向等多種因素的影響。

1．選擇遮陽(yáng)系數(shù)高的玻璃或特殊鍍膜層的Low—e玻璃以減少輻射傳熱。

2．采用各種形式的可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)系統(tǒng)控制太陽(yáng)輻射熱的傳播。

由于太陽(yáng)輻射熱和太陽(yáng)光照在特定季節(jié)和時(shí)間對(duì)建筑節(jié)能是有益的，因此在建筑中能根據(jù)季節(jié)及氣候狀況靈活控制玻璃幕墻及窗的遮陽(yáng)系數(shù)是最佳的解決方案。在玻璃幕墻及窗上設(shè)置遮陽(yáng)系統(tǒng)是最為簡(jiǎn)便，有效地降低遮陽(yáng)系數(shù)的方法，它的作用主要有：

1．阻擋漫反射直射到玻璃面上的陽(yáng)光以及玻璃反射光，防止產(chǎn)生眩光。

2．控制部分太陽(yáng)輻射熱對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響。

3．影響室內(nèi)通風(fēng)及玻璃表面換熱，在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意在遮陽(yáng)設(shè)施與玻璃表面間設(shè)置一定的距離保證氣流流通。

4．豐富建筑外觀。遮陽(yáng)構(gòu)件已成了建筑師立面設(shè)計(jì)的一種新語(yǔ)言，在玻璃幕墻外側(cè)設(shè)置不同形式的遮陽(yáng)系統(tǒng)可以在墻體上形成豐富的光影效果，體現(xiàn)出現(xiàn)代建筑的美感。僅將遮陽(yáng)設(shè)施作為一種流行的純粹裝飾的形式而不顧遮陽(yáng)構(gòu)造原理的手法是不可取的。

玻璃幕墻及窗的遮陽(yáng)系統(tǒng)按其所在的位置分主要有以下幾種模式：

1．內(nèi)部遮陽(yáng)，在玻璃幕墻內(nèi)側(cè)采用傳統(tǒng)的遮陽(yáng)百葉、遮陽(yáng)卷簾等。

2．外部遮陽(yáng)，在玻璃幕墻外采用類似于傳統(tǒng)的遮陽(yáng)體系，如百葉窗、遮陽(yáng)卷簾、格柵、遮陽(yáng)板等。這類遮陽(yáng)構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐久性的要求相對(duì)較高，能夠抵抗風(fēng)雨等外界影響。

在玻璃的內(nèi)部設(shè)置輕便的布簾、竹簾、水平或垂直百葉和在外部設(shè)置遮陽(yáng)簾、百葉、帆布篷等是最為簡(jiǎn)便的遮陽(yáng)設(shè)施。安裝在建筑內(nèi)部的遮陽(yáng)設(shè)施除了將部分太陽(yáng)輻射反射回去外，還將它所吸收的太陽(yáng)輻射熱傳遞給室內(nèi)空氣。而安裝在建筑外部的遮陽(yáng)設(shè)施可以將吸收的輻射熱散發(fā)到室外空氣中，減少了對(duì)室內(nèi)溫度的影響，由此看出外遮陽(yáng)比內(nèi)遮陽(yáng)的效果要好得多。

玻璃幕墻及窗的遮陽(yáng)系統(tǒng)從可調(diào)節(jié)性來(lái)分又有固定式遮陽(yáng)及活動(dòng)式遮陽(yáng)。活動(dòng)式的遮陽(yáng)可根據(jù)季節(jié)的變換、時(shí)間的變化和室外天氣情況，通過(guò)人工、機(jī)械甚至智能化手段控制調(diào)節(jié)遮陽(yáng)板的開(kāi)合角度以達(dá)到控制太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)的比例。這種可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)設(shè)施靈活性大、使用合理，可以結(jié)合機(jī)械、自控甚至智能裝置控制遮陽(yáng)板的角度，達(dá)到最佳的遮陽(yáng)效果，因此在越來(lái)越重視節(jié)能的今天它是最為合理的方式。相比而言，固定式外遮陽(yáng)不利于季節(jié)，氣候、時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)的不同需求，一般僅僅適合于東西向的幕墻以及以減少太陽(yáng)輻射熱為主的夏熱冬暖地區(qū)。

玻璃幕墻及窗的遮陽(yáng)系統(tǒng)從形式來(lái)分有不同材質(zhì)的遮陽(yáng)板、遮陽(yáng)百頁(yè)、遮陽(yáng)簾等。遮陽(yáng)百頁(yè)、遮陽(yáng)簾一般都是可調(diào)節(jié)的，遮陽(yáng)板一般都是固定的，根據(jù)不同形式又可分為垂直式遮陽(yáng)、水平式遮陽(yáng)、擋板式和綜合式遮陽(yáng)。各種遮陽(yáng)板的基本形式以及適用情況是不同的：

1．垂直式遮陽(yáng)是采用伸出的垂直式遮陽(yáng)板，能有效地遮擋太陽(yáng)高度角較小的，從玻璃側(cè)斜射進(jìn)來(lái)的陽(yáng)光。如果垂直遮陽(yáng)板與玻璃墻面呈一定角度，同樣可有效遮擋東西向的陽(yáng)光。

2．水平式遮陽(yáng)是采用伸出單層或幾層重疊的水平向平板遮陽(yáng)，能有效地遮擋太陽(yáng)高度角較大的陽(yáng)光，故一般適用于南向以及南稍偏東西方向的玻璃幕墻。

3．綜合式遮陽(yáng)是水平及垂直方向組合的綜合式遮陽(yáng)，能有效地遮擋太陽(yáng)高度角中等的，從玻璃窗前射下來(lái)的陽(yáng)光。遮陽(yáng)效果比較均勻，適用于東南或西南向的玻璃幕墻建筑。

4．擋板式遮陽(yáng)能有效地遮擋太陽(yáng)高度角較小的，正射窗口的陽(yáng)光，主要用于東西向的遮陽(yáng)構(gòu)造。

除了采用建筑構(gòu)件的方式外，還可以通過(guò)整體的設(shè)計(jì)采用更為生態(tài)化的方式解決。如在一二層高的玻璃幕墻前種植落葉的植物，夏季利用植物形成的陰影達(dá)到遮陽(yáng)、降低幕墻周圍溫度的目的；冬季樹(shù)葉落光，可使室內(nèi)得到更充足的日照。遮陽(yáng)構(gòu)造設(shè)計(jì)必須根據(jù)建筑所在地區(qū)、不同季節(jié)的日照情況經(jīng)過(guò)計(jì)算、綜合比較來(lái)確定遮陽(yáng)板的尺寸、方向、角度、間距等。當(dāng)然，可調(diào)節(jié)的遮陽(yáng)設(shè)施與這種固定的遮陽(yáng)設(shè)施相比無(wú)疑具有更大的靈活性及適應(yīng)性。綜合來(lái)看，在玻璃幕墻及窗的遮陽(yáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們應(yīng)該注意以下幾個(gè)大原則：

1．優(yōu)先選用效率更高的外遮陽(yáng)系統(tǒng)。

2．優(yōu)先選用適應(yīng)性強(qiáng)的，易于室內(nèi)控制調(diào)節(jié)的可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)系統(tǒng)。

3．優(yōu)先選用耐久性好的質(zhì)輕高強(qiáng)材料制成的遮陽(yáng)系統(tǒng)。

三、結(jié)語(yǔ)

對(duì)于玻璃幕墻及窗上述節(jié)能措施，我們應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)、靈活運(yùn)用，達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果。如在冬季，陽(yáng)光的照射能夠提高室內(nèi)的溫度，有利于建筑的節(jié)能，因此降低幕墻及窗的傳熱系數(shù)以減少溫差傳熱是節(jié)能的主要途徑之一；在夏季，太陽(yáng)輻射熱透過(guò)玻璃射入室內(nèi)，是造成室內(nèi)過(guò)熱、空調(diào)冷負(fù)荷大幅增加的主要原因，因此降低幕墻及窗的遮陽(yáng)系數(shù)值以減少進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射是節(jié)能的主要途徑。我國(guó)不同地區(qū)的氣候條件差異較大，在嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)，減少采暖的能耗是主要應(yīng)該解決的問(wèn)題，因此幕墻及窗的節(jié)能主要在于降低其傳熱系數(shù)；而在夏熱冬暖地區(qū)，減少空調(diào)制冷的能耗是主要應(yīng)該解決的問(wèn)題，因此對(duì)幕墻及窗的遮陽(yáng)系數(shù)要求相對(duì)較高；在夏熱冬冷地區(qū)，則需兩者并重，并通過(guò)一些能耗模擬計(jì)算模型進(jìn)行仔細(xì)分析。

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