建筑設計中幕墻工程的節能與排煙做法初探

王超 蔣敏

摘 要 在現代建筑設計中，幕墻的節能設計與防排煙設計是對建筑外立面影響最大的重要方面，本文從建筑要求出發，總結節能設計的原則、目標及要求，同時總結幕墻設計中針對不同要求的較常用的做法。

關鍵詞 幕墻;高層建筑;節能;排煙

概述

近幾年，國家連續發布了幾部節能及防排煙方面的設計規范，如《民用建筑熱工設計規范GB50176-2016》《公共建筑節能設計標準GB50189-2015》《建筑防煙排煙系統技術標準GB51251-2019[3]》，對建筑幕墻的設計細節產生了巨大的影響。在新的要求下，如何使幕墻的設計滿足節能與防排煙要求顯得尤為重要。

1節能與防排煙對幕墻的要求

節能要求：對于建筑經常使用玻璃幕墻、金屬幕墻、石材幕墻而言，玻璃幕墻主要考察采光、遮陽、通風及保溫性能，金屬幕墻、石材幕墻主要是考察保溫性能。

排煙要求：主要考慮使用空間的防排煙要求，如果是機械排煙，則不要求立面開啟，如果采用自然排煙，則需要考慮窗扇開啟[1]。

2建筑幕墻對自然光相關的要求

（1）采光。處于減少白天的照明能耗要求，希望對自然光加以利用。規范規定了，在不同窗墻比的情況下，透光材料（主要是玻璃）的可見光透射比，以保證白天室內的可見光的強度。對于我們常見的全玻璃幕墻建筑，玻璃的可見光透射比不應小于 0.40。

（2）遮陽。有光就有熱，為了保證白天室內的可見光的強度，而加大太陽光的獲得，也就意味著室內溫度會升高，對于無采暖要求的季節，過多的太陽光會造成空調制冷的壓力，因此太陽光不是越多越好，我們要有選擇的接受太陽光。由于太陽光中可見光部分的能量和不可見的太陽輻射熱的能量約各占一半，遮陽的作用就盡量較多的過濾不可見的太陽輻射熱，保證適度的可見光。遮陽的主要措施有兩個：一是在透明材料上做文章，一是在附加遮陽構件上做文章;在實際的工程案例中，通常是兩種措施并舉，主要有以下幾種：

1）玻璃的遮陽性能。在玻璃幕墻中，玻璃的面積通常是較大的，因此，通過改變玻璃的光學特性來實現對太陽能輻射的選擇性屏蔽，從而達到環保節能效果，是一種常用的手段，市場上較常用的主要有反射/鏡面玻璃、有色玻璃、光譜選擇透過性玻璃、透過率可調玻璃幾類：

反射/鏡面玻璃（單向玻璃）、有色玻璃：在20世紀末，市場上出現了大量的單向玻璃、有色玻璃的建筑物，其通過反射和吸收太陽光的方式，實現了遮陽效果，但由于光污染、偏色等原因，逐漸被淘汰了。

光譜選擇透過性玻璃：這種技術實際上包含Low-E玻璃、熱反射玻璃等技術，是通過在玻璃表面鍍膜，使得可見光透過玻璃進入室內，不可見的太陽輻射被過濾。這種玻璃是現在市場上主流的產品。

透過率可調玻璃：這種可調玻璃可以在熱、光和電流變化的情況下，致玻璃變色，實現對太陽輻射能量的有效控制，從而滿足節能要求。由于價格原因，透過率可調玻璃現在市場上的使用案例并不多。

2）外遮陽。建筑外遮陽，就是使用不同的室外構件，擋住了光線的直射，同時又保證室內的采光，達到良好的節能效果。關于建筑外遮陽的種類是比較多的，主要有遮陽膜結構、遮陽篷、室外軟/硬卷簾、格柵、金屬百葉/翻板。

3）玻璃復合遮陽。玻璃與百頁復合的遮陽系統是對傳統百葉遮陽的綜合改進。利用中空玻璃的空腔設置遮陽簾，并且能實現變化控制。

3建筑幕墻空氣調節與排煙要求

本文主要考慮自然通風和自然排煙。按規范要求，自然通風的房間設可開啟窗扇的有效通風換氣面積，不宜小于所在房間幕墻面積的10%，自然排煙的房間設可開啟窗扇的有效排煙面積不應小于所在房間面積的2%。

（1）通風開啟扇。不同的開啟窗扇的形式，其有效的通風的計算方式不一樣，大致可參考《建筑設計防火規范 GB50016-2014》 （2018年版）規定的排煙計算方式。

（2）幕墻通風器。近年來，為了便于管理，有部分的高層建筑幕墻被設計成為無開窗的空間，與之匹配的，出現了相關的幕墻通風器產品。有電動的和自然的兩類，本文主要說自然通風器，常見的便于隱藏，有水平、豎向通風器等，均需內設風壓自平衡裝置，可以在極端天氣自動關閉，主要要便于利用幕墻構件實現隱藏的效果。

（3）通風雙層幕墻。雙層幕墻利用氣壓差、熱壓差和煙囪效應的原理。雙層幕墻之間的空氣可有序流動和交換。雙層幕墻包括幕墻外層、幕墻中部空間和幕墻內層表面外層抵制天氣的變化并提高隔聲能力。

（4）排煙開啟扇。與通風不同，通風窗可以開在建筑的任何高度，但排煙窗要求應設置在儲煙倉以內，且高于最小清晰高度要求。有效的開窗種類有平開窗、下懸窗、推拉窗、平推窗等，其有效的通風的計算方式，參考《建筑設計防火規范 GB50016-2014》 （2018年版）規定的排煙方式即可。對于不能方便開啟的，還需設置電動開啟裝置[2]。

4建筑幕墻的熱工設計要求

（1）框架材料。通常情況下，采用鋁合金材料及鋼結構，由于金屬材料的導熱系數均比較大，因此會有熱橋現象。對于室內外溫差較大的區域，可以選用斷熱式鋁型材，降低空調能耗損失，提高節能效果。

（2）中空玻璃。由于單片6mm厚的玻璃其k值約在5.7左右，作為幕墻玻璃，其節能效果不是太理想。使用兩片（或三片）復合成中空玻璃，其保溫性能將大大優越于普通單層玻璃，常見的雙層中空玻璃的K值約為1.8～2.7之間。

（3）封堵材料。幕墻體系門窗與墻體間豎向縫隙、金屬幕墻與砌體基墻的空腔一般用封堵保溫巖棉或玻璃棉封堵，有防火要求的還要求使用防火巖棉。

5結束語

通過對建筑節能的要求、常用建筑做法、幕墻材料的性能、進行資料收集和研究，并對建筑幕墻構造及節能做法進行總結，得到初步的系統的建筑幕墻節能做法，有利于未來的項目實踐。

參考文獻

[1]《建筑設計防火規范》圖示18J811-1（2019修正版）[EB/OL].http：//gf.1190119.cn/list-1013.htm.

[2] 建筑設計防火規范：GB50016-2014（2018年版）[S].北京：中國標準出版社，2018.

[3] 建筑防煙排煙系統技術標準：GB51251-2019[S].北京：中國標準出版社，2019.