建筑玻璃幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)探討

黎紹

摘要：近年來，我國(guó)的幕墻能源消耗量逐漸增加，進(jìn)一步加重了我國(guó)的能源壓力，使得我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的提高缺乏強(qiáng)有力的支持。因此，加強(qiáng)幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)，已經(jīng)勢(shì)在必行。本文筆者將從幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)的原則作出分析，并從幕墻的材料選用、體系設(shè)計(jì)等方面的節(jié)能設(shè)計(jì)做出深入探討。

關(guān)鍵詞：玻璃幕墻；節(jié)能設(shè)計(jì)；材料選用；體系設(shè)計(jì)

一、節(jié)能型幕墻的設(shè)計(jì)原則

建筑幕墻是現(xiàn)代建筑最外層的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不僅僅可以增強(qiáng)建筑的審美價(jià)值，更可以創(chuàng)造出舒適的室內(nèi)環(huán)境，但是，幕墻也是整個(gè)建筑體系中重要的能源消耗點(diǎn)之一，加強(qiáng)建筑幕墻的 節(jié)能設(shè)計(jì)，必須綜合考慮到建筑物周邊的氣候自然條件，人文經(jīng)濟(jì)特征，科學(xué)分析周邊的光線，溫度等因素，在此基礎(chǔ)上，要結(jié)合建筑整體的高度，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，朝向等條件，通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)手段，對(duì)建筑室內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，使得建筑內(nèi)部的溫度，濕度，光線，遮陽，采光，通風(fēng)，隔熱等多方面的條件更適合人們的居住和工作，既滿足了整個(gè)建筑的基本功能，也通過合理的設(shè)計(jì)大幅度降低了整個(gè)幕墻建筑的能源消耗。據(jù)筆者多年幕墻施工經(jīng)驗(yàn)，幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)，要遵循以下幾個(gè)方面的原則。

1.要嚴(yán)格遵守目前設(shè)計(jì)節(jié)能的各種法律法規(guī)

伴隨著幕墻在建筑工程的廣泛運(yùn)用，我國(guó)也相繼出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)，這些法律規(guī)范都是建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵守的標(biāo)準(zhǔn)之一。在進(jìn)行建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，要從保溫，隔熱等多方面進(jìn)行，嚴(yán)格遵守GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJfF151—2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》、GB/T21086—2007《建筑幕墻》等法律規(guī)范，并使得建筑幕墻的各項(xiàng)設(shè)計(jì)符合節(jié)能的基本要求。

2.幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)要具有科學(xué)性

幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極其復(fù)雜的過程，必須綜合考慮到建筑功能，性能等多方面的因素，從地理自然條件到人文經(jīng)濟(jì)因素，都做出全面分析，權(quán)衡。根據(jù)建筑的實(shí)際情況，科學(xué)選擇幕墻的結(jié)構(gòu)形式和窗墻面積比，使用節(jié)能材料，優(yōu)化建筑構(gòu)造，從而使得建筑主體和幕墻之間形成科學(xué)合理的統(tǒng)一體。

3.幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)要遵守適用性原則

在設(shè)計(jì)過程中，要從當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境因素與項(xiàng)目的具體實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)符合地方規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家法律規(guī)定，嚴(yán)格落實(shí)節(jié)能政策，嚴(yán)格處理好提高建筑舒適度和降低幕墻能源消耗的關(guān)系。

4.要遵守經(jīng)濟(jì)性原則

在建筑幕墻設(shè)計(jì)過程中，要處理好局部和整體的關(guān)系，相對(duì)于整個(gè)建筑項(xiàng)目而言，建筑幕墻只是其中一個(gè)部分，也是整體建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，要結(jié)合整體建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)，將幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)和建筑主體的節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一起來，綜合考慮，實(shí)現(xiàn)二者的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能性能和經(jīng)濟(jì)成本的優(yōu)化。

二、建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)措施

建筑幕墻的節(jié)能主要是指通過產(chǎn)品的材料選用、體系設(shè)計(jì)等措施，使建筑物在使用過程中，以盡量少的能量消耗而獲得理想的溫度環(huán)境和光線環(huán)境。

1.節(jié)能材料的選擇

1）節(jié)能玻璃。對(duì)于建筑幕墻來說，玻璃的面積占立面的比重較大，可以參與熱交換的面積較大，因此玻璃是建筑幕墻節(jié)能的關(guān)鍵。在選擇使用節(jié)能玻璃時(shí)，應(yīng)根據(jù)玻璃所在位置確定玻璃品種，日照時(shí)間長(zhǎng)且處于向陽面的玻璃應(yīng)盡量控制太陽能進(jìn)入室內(nèi)以減少空調(diào)負(fù)荷，最好選擇熱反射玻璃或吸熱玻璃及由熱反射玻璃或吸熱玻璃組成的中空玻璃；寒冷地區(qū)或背陽面的玻璃應(yīng)以控制熱傳導(dǎo)為主，盡量選擇中空玻璃或低輻射玻璃組成的中空玻璃。下面介紹幾種節(jié)能玻璃。

① 陽光控制鍍膜玻璃。陽光控制鍍膜玻璃是在玻璃表面鍍上一層金屬或金屬化合物膜，膜色不僅使玻璃呈現(xiàn)豐富的色彩，而且更重要的就是對(duì)波長(zhǎng) 350nm（0.35m）—1800nm（1.8m）的太陽光具有一定控制作用的鍍膜玻璃，其對(duì)于可見光有適當(dāng)?shù)耐干渎?，?duì)紅外線有較高的反射率，對(duì)紫外線有較高吸收率；具有單向透視性，在室內(nèi)可清晰地觀察室外景物而不影響室內(nèi)自然采光，在室外（光強(qiáng)面）只能看到周圍的景物，使建筑物絢麗多彩卻無法看清室內(nèi)，也稱為熱反射玻璃。

②低輻射玻璃（Low-E玻璃）。Low-E玻璃又稱低輻射玻璃，這種玻璃不但可見光透過率高，而且具備很強(qiáng)地阻隔紅外線的特點(diǎn)，能夠發(fā)揮自然采光和隔熱節(jié)能的雙重功效使用后可以有效地減少冬季室內(nèi)熱量的外散流失，在夏季也能阻隔室外物體受太陽照射變熱后的二次輻射，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

③中空玻璃。中空玻璃是一種以兩片或多片玻璃組合而成，玻璃與玻璃之間的空間和外界用密封膠隔絕，里面是空氣或其他特殊氣體中空玻璃具有優(yōu)良的隔熱和隔音性能，相比磚墻或混凝土墻體又輕得多，對(duì)于建筑節(jié)省能源的要求，中空玻璃以其不可替代的優(yōu)越性能而被廣泛使用。

④夾層玻璃。夾層玻璃是由兩片或兩片以上的玻璃，由中間層與玻璃牢固的韌性粘結(jié)合成的復(fù)合玻璃制品，中間層一般為透明性的有機(jī)材料，其加工工藝分干法和濕法兩種 夾層玻璃具有很高的沖擊性和抗慣性，在受到?jīng)_擊破碎時(shí)，使得無論垂直安裝還是傾斜安裝，均能抵擋意外撞擊的穿透，一般情況下，還能保持一定的可見度，從而起到安全防護(hù)作用。

⑤真空玻璃。真空玻璃是將兩片或兩片以上平板玻璃以支撐物隔開，周邊密封在玻璃間形成真空層的玻璃制品，其工作原理與玻璃保溫瓶的保溫隔熱原理相同，通過把中空玻璃空腔里的空氣抽走，消除掉空腔內(nèi)部的對(duì)流和傳導(dǎo)傳熱，可以獲得更好地隔熱效果，這種玻璃的空腔很窄，一般為0.5-2.0mm，兩層玻璃之間用一些均勻分布的支柱分開。真空玻璃相對(duì)于其他的隔熱玻璃而言生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，中間小立柱的存在也影響了它的外觀。

2）鋁合金型材。鋁合金型材在建筑幕墻系統(tǒng)中，不但起著支承龍骨的作用，而且對(duì)節(jié)能效果也有較大影響。普通鋁型材，即非隔熱型材，其熱導(dǎo)率非常大，是熱的良導(dǎo)體，由熱傳導(dǎo)方式通過型材的熱量占總熱量的 50%以上，必須采用斷橋處理；隔熱斷橋型鋁合金型材采用導(dǎo)熱系數(shù)很低的塑料進(jìn)行隔斷，隔熱的原理是基于產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的隔熱區(qū)域，利用隔熱條將鋁合金結(jié)構(gòu)分隔成明顯的兩個(gè)部分，隔熱條選用材料聚酰胺尼龍-66，其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)，而力學(xué)性能指標(biāo)與鋁合金相當(dāng)，可避免熱脹冷縮作用導(dǎo)致隔熱條與鋁型材間發(fā)生脫落，可承受風(fēng)壓，垂直沖擊力和長(zhǎng)期的壓力，能夠經(jīng)受極端熱處理，用滾壓方式與鋁型材結(jié)合后再進(jìn)行陽極氧化處理或表面處理，節(jié)能性能非常好。

2.幕墻節(jié)能體系

1）雙層幕墻技術(shù)。雙層幕墻是一種特殊的幕墻系統(tǒng)，與傳統(tǒng)建筑幕墻有本質(zhì)區(qū)別，其由外層幕墻，內(nèi)層幕墻、遮陽系統(tǒng)和通風(fēng)裝置組成，內(nèi)外層幕墻之間形成空氣緩沖區(qū)；其設(shè)計(jì)理念是體現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保，它除了具有傳統(tǒng)幕墻的全部功能以外，在防塵、通風(fēng)、保溫隔熱、合理采光、隔聲降噪、防止結(jié)露和安全性六個(gè)方面更具顯著特點(diǎn)。

2）光電幕墻。光電幕墻的基本單元為光電板，光電板是由若干個(gè)光電電池進(jìn)行串并聯(lián)組合而成的電池陣列，將電池陣列放入兩層玻璃中（上層為透明玻璃，下層顏色任意）用鑄膜樹脂熱固而成，在光電板背面接線盒和導(dǎo)線，這樣就可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能為人們所使用。

三、節(jié)能設(shè)計(jì)案例分析——外呼吸式雙層玻璃幕墻設(shè)計(jì)

某擬建項(xiàng)目由九棟超高層建筑組成，運(yùn)用玻璃幕墻一方面是為了滿足超高層建筑荷載、強(qiáng)度的要求：玻璃幕墻可以起到支撐作用，抵抗建筑主體變形，地震災(zāi)害中損害小，節(jié)省結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的費(fèi)用；另一方面是為了滿足通透性和藝術(shù)性，達(dá)到簡(jiǎn)潔、現(xiàn)代的視覺效果，吸引人氣、商機(jī)。

基于前面的分析，考慮到良好的節(jié)能效果，應(yīng)該選用新型玻璃幕墻——外呼吸式玻璃幕墻。

1、外呼吸式雙層玻璃幕墻節(jié)能技術(shù)的評(píng)析

可呼吸式玻璃幕墻是一種幕墻技術(shù)的新發(fā)展，它由內(nèi)外兩層玻璃幕墻組成，或稱為雙層幕墻、熱通道玻璃幕墻。按空氣流動(dòng)方式的不同，可將其分為“內(nèi)呼吸式玻璃幕墻”和可自然通風(fēng)的“外呼吸式玻璃幕墻”兩種類型。

“外呼吸式玻璃幕墻”除具有“內(nèi)呼吸式玻璃幕墻”在遮陽、隔音等方面的優(yōu)點(diǎn)之外，在舒適節(jié)能方面更為突出。主要因?yàn)?，“外呼吸式玻璃幕墻”采用外循環(huán)自然通風(fēng)降低房間的溫度，從而節(jié)約空調(diào)能耗。該技術(shù)在運(yùn)行過程中，無須機(jī)械設(shè)備，完全依靠自然通風(fēng)，節(jié)能效率較高，適用于夏季氣候炎熱且過渡季需要自然通風(fēng)的氣候地區(qū)。雖然一次性投資造價(jià)高，但其運(yùn)行費(fèi)用較低，施工維護(hù)方便。因此，該技術(shù)目前正在廣泛應(yīng)用于高層建筑中。

2、外呼吸式雙層玻璃幕墻的設(shè)計(jì)

基于外呼吸玻璃幕墻的良好節(jié)能特點(diǎn)和能夠創(chuàng)造更加舒適健康的室內(nèi)環(huán)境，我們對(duì)呼吸式雙層玻璃幕墻設(shè)計(jì)展開詳析闡述。

（1）玻璃材料的選擇

節(jié)能材料主要是節(jié)能玻璃的運(yùn)用。如中空Low-E 鍍 膜 玻 璃（6mmLow-E 鋼 化（外）+12+6mm鋼化），用于雙層裝配體系的內(nèi)層皮，防止夏季熱量進(jìn)入和冬季室內(nèi)熱量散失，另外在夏季還可遮蔽太陽的直接輻射。

（2）玻璃的裝配

可采用外層為單層裝配系統(tǒng)、內(nèi)層為雙層系統(tǒng)的裝配方式，兼顧冬季保溫與夏季防熱。具體來說，外層幕墻采用10mm單層鋼化玻璃幕墻，內(nèi)層幕墻為6+12+6mm 中空玻璃（外層 LOW-E膜），對(duì)阻止夏季熱量進(jìn)入和冬季室內(nèi)熱量散失都具有顯著作用。

（3）太陽輻射的控制及遮陽體系的建立

層間遮陽可采用了輪軸式織物卷簾。夏天織物卷簾放下時(shí)能完全遮擋太陽輻射，既實(shí)現(xiàn)了良好防熱效果，同時(shí)兼顧了經(jīng)濟(jì)效益。

（4）自然通風(fēng)的組織

在自然通風(fēng)組織方面，可考慮在玻璃幕墻外層皮設(shè)有上下通風(fēng)口，內(nèi)層皮設(shè)有可開啟的門窗。玻璃幕墻以三層為橫向單元，采用錯(cuò)位通風(fēng)模式，可有效避免氣流短路和串火串煙?？涨婚g距凈寬為700 mm，既兼顧了夏季通風(fēng)換熱和冬季蓄熱保溫，又有利于施工檢修。同時(shí)，可使用通風(fēng)格柵代替穿孔鋁板，以保證較高的通風(fēng)率。

（5）正確的操作模式及原理

在冬季白天，輪軸式織物卷簾收起，外層手動(dòng)式通風(fēng)窗關(guān)閉，在緩沖區(qū)形成蓄熱空腔，內(nèi)層門窗開啟，加強(qiáng)室內(nèi)和空腔溫差對(duì)流。冬季夜晚外層通風(fēng)窗和內(nèi)層門窗關(guān)閉，輪軸式織物卷簾平行于幕墻打開，反射室內(nèi)熱輻射，實(shí)現(xiàn)保溫。

在夏季白天，外層手動(dòng)式通風(fēng)窗開啟，輪軸式織物卷簾打開，內(nèi)層門窗閉合，實(shí)現(xiàn)室外和空腔的溫差對(duì)流。夏季夜晚，外層通風(fēng)窗和內(nèi)層門窗開啟，輪軸式織物卷簾收起，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外自然通風(fēng)散熱。若夜間室外氣溫高于室內(nèi)，則要閉合外層通風(fēng)窗和內(nèi)層門窗，打開輪軸式織物卷簾，增加隔熱效果。

在春秋過渡季節(jié)，正常天氣條件下，所有外層通風(fēng)窗敞開，內(nèi)層門窗可開啟換氣。

四. 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，幕墻節(jié)能材料和節(jié)能體系的不斷完善，通過對(duì)建筑幕墻構(gòu)成材料節(jié)能體系的合理選擇，采用并加強(qiáng)新技術(shù)新材料在玻璃幕墻上的應(yīng)用，相信節(jié)能幕墻產(chǎn)品將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。為了達(dá)到節(jié)能目的，某擬建項(xiàng)目設(shè)計(jì)了合理的外呼吸式雙層玻璃幕墻構(gòu)造體系，選擇了實(shí)用的建筑材料和技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)。目前該項(xiàng)目正在進(jìn)一步完善中，經(jīng)過相關(guān)驗(yàn)證是可行的，但具體的效果需要等到建成后再進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。

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