新型單元幕墻節能構造分析

黃歡迎

摘要：本文以天津泰達A、B區新型單元幕墻節能設計為例，介紹幕墻節能設計構造及詳細分析本項目單元幕墻細部構造設計對幕墻節能性能的影響。

關鍵詞：新型單元幕墻 節能措施 節能構造

現階段，國內大多數提高玻璃幕墻節能保溫性能的設計主要措施是采用鍍膜玻璃、Low-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃及隔熱斷橋鋁型材、減少開啟窗扇面積、設置室內外遮陽系統、采用雙層幕墻等。這些都是建筑幕墻節能的宏觀范疇，往往在幕墻企業介入之前的建筑設計階段已經確定。而目前國內大部分幕墻設計師的節能觀念也停留于此，處于被動設計思想階段，往往忽略幕墻節點節能構造設計對幕墻節能的影響，經常因為構造設計的不合理，使得采用大量節能材料的幕墻節能性能大打折扣。所以接下來結合天津泰達項目單元系統，對幕墻的節能構造設計進行詳細對比分析。

建筑幕墻的節能技術主要兩項指標為：傳熱系數和遮陽系數，其中遮陽系數主要與玻璃參數及輔助遮陽措施有關。而在此重點介紹降低幕墻透明部分傳熱系數的節能構造措施。

圖1 單元系統細部節能構造措施

圖2 外呼吸式雙層幕墻內層門細部節能構造措施

從圖3可看出整窗的傳熱系數主要與玻璃傳熱系數、框的傳熱系數、中空玻璃邊緣線性傳熱系數及各部分的面積、長度有關系。而此項目單元幕墻降低其傳熱系數的構造措施也是基于以上三要素（玻璃、玻璃邊緣、框）進行設計。為了更好的展示節能構造措施對節能效果的影響，我們采用美國勞倫斯-伯克萊國家實驗室（LBNL）開發的二維熱傳導計算軟件 THERM對系統構造措施進行模擬對比分析。

1 框構造設計分析

圖4 本項目膠條插接單元幕墻系統分析結果

通過以上分析知：框傳熱系數Uf=4.45W/m2.k

中空玻璃邊緣傳熱系數 ：1.88 W/m2.k

1.1 采用膠條插接單元系統，相對于傳統公母插接單元系統，降低了框的傳熱系數，同時其氣密性能也高于傳統單元系統。（圖5、圖6、圖7）

圖5 傳統公母插接單元幕墻系統

圖6 膠條插接單元幕墻系統

通過分析：框傳熱系數Uf=4.54 W/m2.k

中空玻璃邊緣傳熱系數：1.88 W/m2.k

框傳熱系數差值為：0.09W/m2.k

1.2 因玻璃邊部與框之間的縫隙進深大于16mm，存在空氣對流造成的熱量傳遞，所以采用帶舌邊EPDM膠條進行阻截，提高了框的傳熱系數，同時也有效防止角部結露。（圖8、圖9、圖10）

圖8 普通膠條 圖9 帶舌型擋邊膠條

圖10 普通膠條分析結果

通過分析：框傳熱系數Uf =4.72W/m2.k

中空玻璃邊緣傳熱系數：1.88W/m2.k

框傳熱系數差值為：0.27W/m2.k

1.3 為了將單元邊框膠條與隔熱條和玻璃處于同一保溫面上，開模設計了一個22mm帶膠條槽口的C型隔熱條，這樣保證了保溫線處于同一平面，等溫線與熱流方向垂直，同時膠條采用多腔設計，有效降低了整個幕墻的傳熱系數。

圖11 膠條前移 圖12 膠條位于保溫面上

圖13 膠條前移分析結果

通過分析：框傳熱系數Uf=4.82W/m2.k

中空玻璃邊緣傳熱系數：1.88 W/m2.k

框傳熱系數差值為：0.37W/m2.k

2 玻璃邊緣分析

玻璃采用暖邊技術，提高中空內側玻璃溫度，有效防止中空玻璃角部結露，同時也減少中空玻璃邊部熱散失，降低整窗的U值。

圖14 玻璃不帶暖邊技術分析結果

通過分析：框傳熱系數Uf=4.67W/m2.k

中空玻璃邊緣傳熱系數：1.96W/m2.k

框傳熱系數差值為：0.22W/m2.k

中空玻璃邊緣傳熱系數差值為：0.08W/m2.k

3 雙層幕墻內側門分析

外呼吸式雙層幕墻內側門采用隱框做法，采用三道膠條密封，同時設置了玻璃封邊，采用PA66材料，玻璃封邊設計時考慮了第二道膠條密封的需要，設置了檔邊，不僅保證了保溫面的連續，而且提高了幕墻的氣密性能。

圖15 本項目雙層幕墻內側門系統分析結果

通過分析：框傳熱系數Uf=3.26W/m2.k

中空玻璃邊緣傳熱系數：1.71W/m2.k

圖16 門扇不帶PA66護邊，采用隱框做法分析結果

通過分析：框傳熱系數Uf=3.1W/m2.k

框傳熱系數差值為：-0.16W/m2.k

中空玻璃邊緣傳熱系數：1.67W/m2.k

圖17 門框不帶中間膠條做法分析結果

通過分析：框傳熱系數Uf=3.64W/m2.k

框傳熱系數差值為：0.38W/m2.k

中空玻璃邊緣傳熱系數：1.74W/m2.k

通過以上分析可知，單元邊框膠條位置對框的傳熱系數影響最大，為8%，主要因為膠條前移后，在單元體邊框之間形成一個對流空腔，對流及輻射作用造成了傳熱系數的增大。其次為玻璃與邊框之間的擋邊膠條影響為6%，帶舌邊EPDM膠條可以對空腔對流及玻璃和外側鋁框的輻射進行阻截。前三種情況對玻璃邊緣幾乎沒有影響，暖邊對玻璃邊緣影響最大，為5%左右，同時暖邊技術也對框的傳熱系數降低有幫助。雙層幕墻內側門中間一道膠條對框的傳熱系數影響最大，達到12%，所以門窗設計中此道膠條非常重要，而且它需設置在隔熱條位置，這樣可以延續保溫面，提高氣密性能。以上幕墻細部節能構造措施對幕墻成本影響非常小，但對整個幕墻節能效果明顯，是幕墻節能設計中不可忽視的環節。

4 結語

天津泰達A、B區幕墻項目作為建筑節能設計的典范，不僅建筑上采用了大量的節能措施，同時在幕墻細部節能構造上也做了深入的研究和實踐，是幕墻節能設計的典型案例。

在國內建設低碳、節能型社會的大趨勢下，作為建筑外維護結構的門窗幕墻節能尤為重要。我們在進行門窗幕墻設計時，節能意識應貫徹始終，要突破被動設計思想階段，主動積極去挖掘幕墻設計階段的節能構造對幕墻節能的貢獻。我們不應再簡單地把如何節省材料看成僅是為企業省成本，而應視為對整個自然資源環境的節省，對社會的貢獻。

參考文獻：

[1]公共建筑節能設計標準（GB50189-2005）.

[2]EN ISO 10077《窗、門和百葉窗的熱工性能》.

[3]王積剛，黃日勇.鋁合金門窗幕墻節能技術概述.