玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)分析

徐輝

摘要：建筑節(jié)能是國家能源節(jié)約的重要手段之一。據(jù)資料顯示，我國社會總能耗的30%以上為建筑能耗。在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗中，建筑玻璃幕墻的能耗約占其能耗的49%左右，通過玻璃幕墻損失的能量是其中的主要部分。因此，在工程設(shè)計(jì)中注重和加強(qiáng)建筑物玻璃幕墻構(gòu)造形式的深化設(shè)計(jì)，是改善建筑物熱工性能，提高建筑節(jié)能的重要途徑，而改善建筑玻璃幕墻的節(jié)能性能又是其中的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì);選擇;幕墻玻璃

1幕墻節(jié)能環(huán)保概念的提出

早在2009年，國務(wù)院首次提出發(fā)展“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”時，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)就作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，納入政府視野。在2010年國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)作為七個戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之首，被視為拉動經(jīng)濟(jì)增長的新引擎。“十二五”期間，國務(wù)院連續(xù)發(fā)布了《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等多個文件，推動節(jié)能產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展?！笆濉睍r期，《“十三五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的發(fā)布，進(jìn)一步向全社會闡明了國家加快推動節(jié)能環(huán)保的戰(zhàn)略意圖。為響應(yīng)國家的號召，幕墻行業(yè)提出了節(jié)能環(huán)保的新概念。

2玻璃幕墻的熱工性能和節(jié)能設(shè)計(jì)要求

2.1注重門窗的遮擋

對于炎熱的夏季，玻璃幕墻的隔熱遮擋應(yīng)引起高度重視。設(shè)計(jì)過程中要特別重視建筑物東、西側(cè)開窗的隔熱遮擋設(shè)計(jì)，以最大程度的減少夏季透過窗戶直接進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱對室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷的損耗。因此，除了考慮玻璃幕墻自身的保溫隔熱性能（即傳熱系數(shù)?。┩猓O(shè)計(jì)中還應(yīng)充分考慮玻璃幕墻的隔熱遮陽問題，最大限度的減少通過窗戶（或玻璃幕墻）直接進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱。玻璃幕墻有隔熱遮擋時，可以減少通過窗戶射入的太陽輻射熱能，從而最大限度的減少傳至室內(nèi)的熱能量以降低室內(nèi)溫度。遮擋物相對于玻璃的位置將決定減緩熱能的程度。設(shè)計(jì)在室內(nèi)還是設(shè)計(jì)在室外效果明顯不同，就節(jié)能而言，窗戶的外部遮陽是效率最高的一種遮陽措施。東向和西向外窗的太陽輻射負(fù)荷，對夏季空調(diào)能耗影響很大，要特別重視對東、西向外窗的遮陽設(shè)計(jì)。有條件時可選擇電動可調(diào)節(jié)的遮陽設(shè)施，使之隨太陽角度變換而自動調(diào)節(jié)。如果設(shè)計(jì)為固定式遮陽，要考慮其幾何外形、朝向及每日、每年與太陽運(yùn)動軌跡之間的關(guān)系，在遮陽的細(xì)部設(shè)計(jì)時，對于上述各項(xiàng)因素進(jìn)行全面考慮。有資料顯示，采取室外安裝遮陽系統(tǒng)可使室內(nèi)溫度降低8-10度，節(jié)省30%-40%的空調(diào)能耗，北京某建筑安裝了遮陽簾后，空調(diào)能耗降低了約30%左右。從中可以看到建筑遮陽作為建筑節(jié)能的一種途徑，有著巨大的實(shí)用潛力。

2.2細(xì)部設(shè)計(jì)要求

為提高建筑節(jié)能，特別要注重玻璃幕墻細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)。在外保溫體系中，出挑構(gòu)件和門窗框外側(cè)四周與墻體之間的部位易形成“熱橋”，此處熱損失相當(dāng)可觀，在門窗框與外墻保溫層的交接處的設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意。設(shè)計(jì)時應(yīng)將附墻挑件減少到最小程度，以減少“熱橋”面積。外窗盡可能與外墻面平，減少窗框（或玻璃幕墻框）四周的“熱橋”面積。玻璃幕墻的熱橋部位應(yīng)進(jìn)行保溫驗(yàn)算并做好保溫處理。在實(shí)際工程質(zhì)量驗(yàn)收過程中發(fā)現(xiàn)，這部分是最易被忽視的地方，也是保溫質(zhì)量最無保障的地方。從設(shè)計(jì)上分析，主要是窗框與墻體的間隔太大，填充的保溫材料不易填實(shí)，從而形成“熱橋“。外門窗框或副框與洞口之間的間隙應(yīng)設(shè)計(jì)為彈性閉孔材料填充。此外，對推拉門窗的密封性能和構(gòu)造形式也要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2.3控制窗墻面積比

窗墻面積比是指窗洞口面積與所在房間立面單元面積的比值，是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。各類門窗特別是鋁合金門窗的傳熱性較之墻體的熱阻要小得多。鋁合金單玻門窗的傳熱系數(shù)K值為6w/（m2·K）左右，約為24cm厚磚墻的3倍。因此，建筑中玻璃幕墻面積的大小及其保溫隔熱性能的優(yōu)劣，對建筑的采暖和空調(diào)能耗都有很大的影響。研究表明，窗、墻比為50%的房間與30%的房間相比，空調(diào)運(yùn)行負(fù)荷要增加17%～25%。大面積窗特別是東、西向大面積玻璃窗對建筑節(jié)能極為不利。

3選擇幕墻玻璃的基本思路

3.1需要考慮建筑所在地理位置的緯度情況

眾所周知，緯度越高太陽高度角越小;緯度越低，太陽高度角越大。太陽高度角越大，太陽能直接進(jìn)人室內(nèi)環(huán)境的比例就小，建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)水平遮陽措施作用明顯但幕墻玻璃上半部分物理遮陽措施所起到的作用就小;太陽高度角小，太陽能直接進(jìn)人室內(nèi)環(huán)境的總量就大，建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)水平遮陽措施作用微小但幕墻玻璃上半部分物理遮陽措施所起到的作用就大。同時，緯度越高，夏季日照時間越長;緯度越低，夏季日照時間越短，反之亦然。這些由于地理位置變化導(dǎo)致太陽能對建筑的影響，在設(shè)計(jì)玻璃幕墻時，選擇合適幕墻玻璃，對建筑節(jié)能又是一種非常有效的措施。例如高緯度地區(qū)，多為寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)，日照資源豐富，在這些區(qū)域，選擇幕墻玻璃時，每層可視部分的玻璃上部采用彩釉或其他遮掩措施，建筑幕墻結(jié)構(gòu)采用水平遮陽材料，既能夠有效遮擋夏季強(qiáng)烈的陽光，又能夠確保冬季足夠的太陽光能進(jìn)入室內(nèi)，且設(shè)計(jì)合理時，還賦予建筑裝飾美學(xué)效果。而對于低緯度地區(qū)或陽光資源不足區(qū)域，這些措施意義就不大了，有時還適得其反。而劃分緯度高低的界限，建議以37°為界。

3.2考慮建筑朝向和設(shè)計(jì)參數(shù)

首要原則是建筑窗墻比和幕墻玻璃的可見光透過率，國家的建筑節(jié)能規(guī)范規(guī)定了窗墻比和SHGC的關(guān)系，這些是基本要求。其次應(yīng)該增加可見光透過率相關(guān)規(guī)定，不應(yīng)直接忽略可見光的能量對建筑節(jié)能的影響，因此，應(yīng)該以氣候區(qū)域劃分的為依據(jù)，增加對可見光透過率的規(guī)定。例如寒冷地區(qū)，窗墻比低于0.4的，可見光透過率就必須高于0.6;而夏熱冬冷地區(qū)必須髙于0.55;溫暖地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)則必須髙于0.50。這樣既保證一定的自然采光，避免室內(nèi)照明的能耗，又阻止因?yàn)榇罅靠梢姽膺M(jìn)人室內(nèi)導(dǎo)致的額外能耗。而針對建筑朝向，建筑師和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)師需要明確一點(diǎn)，建筑幕墻玻璃的反射顏色色系基本一致的情況下，可見光透過率和可見光反射率相差0.05不會導(dǎo)致明顯的視覺上的差異。因此可以在玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)上，選擇在不同朝向上使用一個色系，對玻璃的可見光透過率和反射率不同的玻璃，既顯示建筑的個性，又對建筑整體節(jié)能做貢獻(xiàn)。原則是：北向的可見光透過率最高、反射率最高;東向可見光透過率比北向略低，反射率也略低;以此類推是南向和西向。調(diào)整的幅度不超過0.05，若希望各朝向明顯有差異則另當(dāng)別論，從節(jié)能角度調(diào)節(jié)的方向順序應(yīng)保持不變，這是考慮了太陽的亮度和高度角后給出的建議。

結(jié)束語

隨著建筑設(shè)計(jì)和建材制造技術(shù)的不斷發(fā)展，無論是公建還是住宅，大面積使用玻璃作為外圍護(hù)材料，已成為一種趨勢。這是由于玻璃生產(chǎn)加工技術(shù)的發(fā)展，逐步解決了玻璃這種材料的安全性、耐候穩(wěn)定性、節(jié)能性和保護(hù)隱私性等問題，又賦予建筑獨(dú)特的外觀效果，減輕了建筑自重，具備更強(qiáng)的抗震穩(wěn)定性，并且能更好地獲得自然光，引景入室、融建筑入環(huán)境、開放室內(nèi)封閑空間，改善建筑的使用居住功能。然而，建筑幕墻玻璃這種經(jīng)過特殊加工的光學(xué)建筑材料，卻也成為建筑設(shè)計(jì)師和幕墻工程師們非常困惑并難于把控的一種建筑材料，為建筑師和幕墻工程師能夠容易做出選擇，從節(jié)能角度，針對玻璃幕墻設(shè)計(jì)中如何選擇幕墻玻璃提供一些意見和建議。

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（作者單位：沈陽遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司）