基于《綠色建筑評價標準》的玻璃幕墻設計對策

何金春， 王利亞， 寇高峰， 程 迪

(新疆農業大學水利與土木工程學院， 新疆烏魯木齊 830052)

建筑幕墻因其能恰當地實現建筑美學、建筑特色、建筑藝術和建筑功能的特點，已經成為現代建筑的重要標志[1]。GB 50189-2015《公共建筑節能設計標準》首次將建筑幕墻劃分為非透光幕墻和透光幕墻。石材幕墻，金屬板幕墻以及位于窗檻墻和梁板處后面貼有保溫棉和保溫板的玻璃幕墻都是屬于非透光幕墻。透光幕墻指可見光可直接透射入室內的幕墻[2-3]。隨著國家和地方政府紛紛出臺相關政策，鼓勵綠色建筑建設，中國進入綠色建筑快速發展時期，綠色建筑標識數量呈現爆發性增長。基于GB/T 50378-2014《綠色建筑評價標準》的綠色建筑評價案例中，玻璃幕墻建筑在大型公共建筑中的比例越來越高，在評價實踐過程中玻璃幕墻建筑在設計、光污染以及熱工性能等方面存在一些問題[4]，可以通過設計階段優化設計解決。

1 建筑設計與建筑幕墻的一體化設計

1.1 玻璃幕墻設計工作相對滯后問題

玻璃幕墻的設計原則上應與主體結構設計同步進行，但是實際工程中建筑施工圖設計將幕墻設計分化出去，由幕墻設計師進行幕墻的深入和細致的設計[5]。一般要等到主體結構施工開始后或主體結構完工后才開始把玻璃幕墻的設計工作提上議程。在評價案例中，經常會遇到建筑設計說明中僅對建筑幕墻氣密性和傳熱系數等提出設計要求，無幕墻設計圖紙的情況。我國目前不少工程的綠建評價工作都是在建筑工程施工圖審查通過后，由綠建評價人員進行統計、計算以及模擬等，再結合GB/T 50378-2014《綠色建筑評價標準》計算出綠色建筑得分。因此，關于玻璃幕墻的評分項的得分受到影響：窗墻比優化設計，玻璃幕墻的光污染分析，玻璃幕墻可開啟面積比例等報告無法完成。

1.2 設計方面的應對措施

玻璃幕墻工程的設計工作應與主體結構的設計同步協作展開，避免建筑師與幕墻設計師相對獨立的工作模式，缺乏對幕墻的整體和建筑效果的控制。而我國的建筑設計的話語權掌握在各個建筑設計院(機構)手里，那么要想幕墻設計參與建筑設計的全過程，建筑設計院擁有自己的幕墻專業設計團隊就是必然的選擇。因此在近幾年，國內很多大型建筑設計院相繼成立了專業的幕墻設計團隊，建筑設計機構先后成立專門的幕墻設計研究機構，開創了符合國情的幕墻設計發展模式[6]。

2 綠色建筑團隊參與建筑設計全過程

2.1 建筑設計與綠色建筑評價脫節

目前我國的綠色建筑仍處于粗放發展階段，建筑設計師以方案和施工圖為主要工作，對綠色建筑普遍缺乏深入地了解與透徹的認知；綠建分析與評價人員僅對設計成果(施工圖)進行評估，這更多地是一個獨立的工作過程，與設計脫節，并未真正融入設計過程中。不少工程，為了達到既定的綠建標準，后期變更施工圖，雖然可以提高綠建評分，但實際上并不是節約和環保的綠色建筑。

2.2 設計方面的應對措施

中發(2016)6號《中共中央、國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》提出了“適用、經濟、綠色、美觀” 的建筑方針，突出建筑使用功能以及節能、節水、節地、節材和環保。綠色建筑應成為各專業設計師的基本理念，大型設計院可以成立綠色設計團隊，中小型設計院可以聘請綠色建筑咨詢機構參與。天津大學李紀偉等制定了一套程序化的設計方法，幫助設計人員快速完成綠色建筑設計。將評價標準中的評價條款進行分解，通過網絡關系分析評價條款與不同設計專業和不同設計階段的關系，分析出在不同設計階段不同專業應該主要負責完成的條款，將結果融入到傳統設計模式中[7]。

3 有關玻璃幕墻建筑的綠色評價指標

GB/T 50378-2014《綠色建筑評價標準》中要求玻璃幕墻避免產生光污染，玻璃幕墻透明部分可開啟比例以及熱工性能指標優于國家現行相關建筑節能設計標準等作出了要求。

3.1 玻璃幕墻避免產生光污染

玻璃幕墻光反射指的是建筑幕墻上采用了涂膜玻璃或鍍膜玻璃，當直射日光照射到玻璃表面上時由于玻璃的鏡面反射而產生的反射眩光[8]。強烈的反射光反射到周圍道路上可使行人和司機產生眩目，影響交通安全，反射到居民室內，光亮刺眼，對居民的正常生活造成嚴重影響[9]。

設計方法及對策如下。

(1)確定敏感目標。考慮建筑周邊環境因素，分析玻璃幕墻眩光影響范圍內的居住、學校、醫院等眩光敏感建筑，及城市快速路、主干道、立交橋、高架橋兩側，T形路口正對直線路段等敏感點位。

(2)建筑玻璃幕墻光反射影響評價。玻璃幕墻建筑的反射眩光受到多因素的共同影響，在設計時可以輔以計算機軟件等工具。Ecotect 軟件能準確地確定建筑玻璃幕墻反射光的影響范圍，還可準確地分析出受影響的敏感目標或敏感目標受照反射光的來源，設計者可以對建筑玻璃幕墻立面采取預防控制措施，來降低或者消除光反射，從而從源頭上減少或消除幕墻反射光對周圍環境敏感目標的影響[10]。

(3)玻璃幕墻建筑單體設計時應從平面形態、立面分隔、玻璃幕墻的傾斜、幕墻高度和面積等多方面考慮，采取不同的建筑形體控制手段，以改變反射眩光的影響范圍、形態和方位，將眩光污染控制在要求的范圍之內[11]。

(4)建筑玻璃幕墻應盡量采用反射率較低的材料，以降低反射眩光的亮度。

3.2 玻璃幕墻節能設計

非透光幕墻的熱工性能指標按按普通外墻要求進行設計，透光幕墻與節能設計有關的性能參數有：熱工性能和氣密性。

3.2.1 玻璃幕墻熱工性能評價要求

GB/T 50378-2014《綠色建筑評價標準》節能與能源利用控制項：5.5.1建筑設計應符合國家現行有關建筑節能設計標準中強制性條文的規定。根據建筑熱工設計的氣候分區，對于甲類公共建筑的圍護結構性能應分別符合GB 50189-2015《公共建筑節能設計標準》中表3.3.1-1～表3.3.1-6的規定。評分項5.2.3圍護結構熱工性能指標優于國家現行相關建筑節能設計標準的規定，提高幅度達到5 %，得5分；提高幅度達到10 %，得10分。當前大部分玻璃幕墻為外圍護結構的建筑，很難滿足限定性指標要求，通過權衡判斷簡單追求達標，對優化建筑圍護設計的工作做得不夠。在綠建評價中控制項達標，但評分項不得分。

3.2.2 設計方法及對策

3.2.2.1 控制窗墻面積比

由于人們希望公共建筑更加通透明亮，建筑立面更加美觀，建筑形態更為豐富，窗墻面積比有越來越大的趨勢。窗和透光玻璃幕墻的保溫隔熱性能比外墻差很多，窗墻面積比越大，供暖和空調能耗也越大，從節約能源角度出發必須限制窗墻面積比。GB 50189-2015《公共建筑節能設計標準》規定窗墻面積比越大，幕墻門窗保溫性能要求越高，嚴寒地區窗墻面積比大于0.6時，傳熱系數不大于2.2 W/(m2·K)方可進行權衡判斷。因此不提倡在建筑立面上大面積應用透光玻璃幕墻，可以使用非透光玻璃幕墻(比如在工作面以下設窗檻墻)，既能保持立面的玻璃質感又提高圍護結構保溫隔熱性能。

3.2.2.2 玻璃幕墻的熱工性能指標

在進行玻璃幕墻設計時，為了保證達到其相應的綠色節能的效果，需要以保溫的情況作為其衡量指標，對綠色節能方面的效果進行評定。玻璃幕墻的傳熱系數在實驗室測試的數據是不完全正確的。根據GB 50176-2016《民用建筑熱工設計規范》規定要求，幕墻傳熱系數計算，應采用建筑工程所在地的冬季計算參數，按照現行標準JGJ/T 151-2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》的規定計算確定[12-13]。單幅幕墻的傳熱系數UCW計算公式：

式中：UCW為單幅幕墻的傳熱系數[W/(m2·K)]；Ug為玻璃或透明面板的傳熱系數[W/(m2·K)]；Ag為玻璃或透明面板面積(m2)；Up為非透明面板的傳熱系數[W/(m2·K)]；Ap為非透明面板面積(m2)；ψg為玻璃或透明面板的線傳熱系數[W/(m·K)]；lg為玻璃或透明面板邊緣長度(m)；ψp為非透明面板的線傳熱系數[W/(m·K)]；lp為非透明面板邊緣長度(m)；Af為框面積(m2)；Uf為框的傳熱系數[W/(m2·K)]。

由上式可知，對于單幅玻璃幕墻的傳熱系數，考慮金屬框及周邊的影響，并進行加權計算。在設計幕墻時，按照少框架多玻璃，小開啟，大固定的原則進行，可提升采光效果，而且降低能耗[14]；對有保溫要求的玻璃幕墻，可選用中空玻璃、Low-E中空玻璃和充惰性氣體Low-E中空玻璃；采用暖邊間隔條可有效降低玻璃線傳熱系數，從而降低整體傳熱系數。不同形式的玻璃幕墻傳熱情況也不一樣，明框或半隱框玻璃幕墻，邊框的傳熱作用不可忽視；全隱框玻璃幕墻和全玻璃幕墻無邊框傳熱，密封膠的傳熱系數小于玻璃，可忽略密封膠的影響，Ucw=Ug；點支式玻璃幕墻需要考慮金屬爪件的傳熱。公式中幾個參數的計算過程，從多個方面體現了影響玻璃幕墻結構的熱工性能應考慮多方面因素，未來幕墻設計可結合計算機模擬直觀準確地對玻璃幕墻的方案進行優化。

3.2.2.3 玻璃幕墻氣密性

GB 50189-2015《公共建筑節能設計標準》規定建筑幕墻的氣密性應符合國家標準GB/T 21086-2007《建筑幕墻》中第5.1.3的規定且不應低于3級[3]。建筑幕墻的氣密性用單位縫長的空氣滲透量來表征，通常由實驗測量，主要與安裝材料有關：采用密封膠安裝，幕墻的氣密性一般較好；采用密封條安裝，幕墻的氣密性一般較差。

4 結論

建筑幕墻是為建筑而生的，它終歸要為建筑服務。幕墻設計關系到建筑工程的安全、功能、美觀、節能、環保等各個方面，建筑師與幕墻設計師必須在設計全過程共同對玻璃幕 墻的設計進行研究和探討。隨著我國綠色建筑的綠色性能再升級，在建筑幕墻的設計過程中必須采用綠色環保的設計理念。