玻璃幕墻節能設計分析

徐輝

摘要：建筑節能是國家能源節約的重要手段之一。據資料顯示，我國社會總能耗的30%以上為建筑能耗。在建筑外圍護結構總能耗中，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，在工程設計中注重和加強建筑物玻璃幕墻構造形式的深化設計，是改善建筑物熱工性能，提高建筑節能的重要途徑，而改善建筑玻璃幕墻的節能性能又是其中的重點。

關鍵詞：玻璃幕墻節能設計;選擇;幕墻玻璃

1幕墻節能環保概念的提出

早在2009年，國務院首次提出發展“戰略性新興產業”時，節能環保產業就作為戰略性新興產業之一，納入政府視野。在2010年國務院發布的《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》中，節能環保產業作為七個戰略性新興產業之首，被視為拉動經濟增長的新引擎?！笆濉逼陂g，國務院連續發布了《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》、《“十二五”節能環保產業發展規劃》等多個文件，推動節能產業加快發展?！笆濉睍r期，《“十三五”節能環保產業發展規劃》的發布，進一步向全社會闡明了國家加快推動節能環保的戰略意圖。為響應國家的號召，幕墻行業提出了節能環保的新概念。

2玻璃幕墻的熱工性能和節能設計要求

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引起高度重視。設計過程中要特別重視建筑物東、西側開窗的隔熱遮擋設計，以最大程度的減少夏季透過窗戶直接進入室內的太陽輻射熱對室內空調負荷的損耗。因此，除了考慮玻璃幕墻自身的保溫隔熱性能（即傳熱系數小）外，設計中還應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）直接進入室內的太陽輻射熱。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的熱能量以降低室內溫度。遮擋物相對于玻璃的位置將決定減緩熱能的程度。設計在室內還是設計在室外效果明顯不同，就節能而言，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荷，對夏季空調能耗影響很大，要特別重視對東、西向外窗的遮陽設計。有條件時可選擇電動可調節的遮陽設施，使之隨太陽角度變換而自動調節。如果設計為固定式遮陽，要考慮其幾何外形、朝向及每日、每年與太陽運動軌跡之間的關系，在遮陽的細部設計時，對于上述各項因素進行全面考慮。有資料顯示，采取室外安裝遮陽系統可使室內溫度降低8-10度，節省30%-40%的空調能耗，北京某建筑安裝了遮陽簾后，空調能耗降低了約30%左右。從中可以看到建筑遮陽作為建筑節能的一種途徑，有著巨大的實用潛力。

2.2細部設計要求

為提高建筑節能，特別要注重玻璃幕墻細部構造的設計。在外保溫體系中，出挑構件和門窗框外側四周與墻體之間的部位易形成“熱橋”，此處熱損失相當可觀，在門窗框與外墻保溫層的交接處的設計中應特別注意。設計時應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進行保溫驗算并做好保溫處理。在實際工程質量驗收過程中發現，這部分是最易被忽視的地方，也是保溫質量最無保障的地方。從設計上分析，主要是窗框與墻體的間隔太大，填充的保溫材料不易填實，從而形成“熱橋“。外門窗框或副框與洞口之間的間隙應設計為彈性閉孔材料填充。此外，對推拉門窗的密封性能和構造形式也要嚴格按標準執行。

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，是建筑節能設計標準的一項重要指標。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劣，對建筑的采暖和空調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，空調運行負荷要增加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，太陽能直接進人室內環境的比例就小，建筑設計中結構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，太陽能直接進人室內環境的總量就大，建筑設計中結構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致太陽能對建筑的影響，在設計玻璃幕墻時，選擇合適幕墻玻璃，對建筑節能又是一種非常有效的措施。例如高緯度地區，多為寒冷和嚴寒地區，日照資源豐富，在這些區域，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，建筑幕墻結構采用水平遮陽材料，既能夠有效遮擋夏季強烈的陽光，又能夠確保冬季足夠的太陽光能進入室內，且設計合理時，還賦予建筑裝飾美學效果。而對于低緯度地區或陽光資源不足區域，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考慮建筑朝向和設計參數

首要原則是建筑窗墻比和幕墻玻璃的可見光透過率，國家的建筑節能規范規定了窗墻比和SHGC的關系，這些是基本要求。其次應該增加可見光透過率相關規定，不應直接忽略可見光的能量對建筑節能的影響，因此，應該以氣候區域劃分的為依據，增加對可見光透過率的規定。例如寒冷地區，窗墻比低于0.4的，可見光透過率就必須高于0.6;而夏熱冬冷地區必須髙于0.55;溫暖地區和夏熱冬暖地區則必須髙于0.50。這樣既保證一定的自然采光，避免室內照明的能耗，又阻止因為大量可見光進人室內導致的額外能耗。而針對建筑朝向，建筑師和建筑節能設計師需要明確一點，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不會導致明顯的視覺上的差異。因此可以在玻璃幕墻節能設計上，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，又對建筑整體節能做貢獻。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。調整的幅度不超過0.05，若希望各朝向明顯有差異則另當別論，從節能角度調節的方向順序應保持不變，這是考慮了太陽的亮度和高度角后給出的建議。

結束語

隨著建筑設計和建材制造技術的不斷發展，無論是公建還是住宅，大面積使用玻璃作為外圍護材料，已成為一種趨勢。這是由于玻璃生產加工技術的發展，逐步解決了玻璃這種材料的安全性、耐候穩定性、節能性和保護隱私性等問題，又賦予建筑獨特的外觀效果，減輕了建筑自重，具備更強的抗震穩定性，并且能更好地獲得自然光，引景入室、融建筑入環境、開放室內封閑空間，改善建筑的使用居住功能。然而，建筑幕墻玻璃這種經過特殊加工的光學建筑材料，卻也成為建筑設計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，從節能角度，針對玻璃幕墻設計中如何選擇幕墻玻璃提供一些意見和建議。

參考文獻

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（作者單位：沈陽遠大鋁業工程有限公司）