綠色節能技術在門窗幕墻設計中應用研究

邵男男

摘要：當前大型公共建筑中幕墻結構的應用比較常見，而窗又與我們生活息息相關，其結構不僅帶有裝飾作用，在綠色節能設計方面有著較高的應用價值。基于此，本文以門窗幕墻設計作為研究對象，闡述了綠色節能設計的原則，分析了門窗U值影響因素以及提高門窗熱工性能的優化措施。通過保溫隔熱材料、遮陽系統以及雙層玻璃幕墻的應用，論述了如何將綠色節能技術與門窗幕墻設計進行有效結合。

關鍵詞：綠色節能技術;設計原則;門窗U值影響因素

現代化城市發展進程中，建筑整體結構設計應遵循綠色節能的設計原則，而幕墻結構屬于一種圍護結構，在提升公共建筑美觀性的同時，使公共建筑的外形設計和視覺感受具有現代感。公共建筑幕墻設計可以突出綠色節能效果，無論是保溫隔熱材料的應用還是智能玻璃材料的利用都能有效減少城市光污染問題。

1 公共建筑幕墻綠色節能設計的原則

分析公共建筑幕墻綠色節能設計應遵循的原則，具體如下：

1.以當地氣候條件作為幕墻結構設計的重要參考依據。氣候條件不同，對建筑綠色節能效果也會產生不同的影響，在幕墻結構設計時需要考慮建筑朝向、高度、傾角等內容，按照外界自然條件變化優化幕墻結構的采光、通風與遮陽效果，從而盡可能的提升幕墻結構的綠色節能效益。

2.根據公共建筑的自身結構特點，保證幕墻結構與建筑主體結構相互協調，保障幕墻結構安全可靠，防止二者之間發生沖突與矛盾。設計師需要重視對公共建筑的整體結構設計，在了解主體結構的基礎上完成幕墻結構設計，提升該環節的綠色節能水平。

3.兼顧美觀性的原則。也就是說，幕墻結構綠色節能設計也要重視公共建筑的外部美觀性，不能過于追求節能而導致幕墻結構缺乏藝術性。要求設計人員在幕墻結構設計時兼顧藝術性和實用性，努力在綠色節能與美觀中之間找到平衡點。

2 綠色節能技術在公共建筑幕墻設計中的應用

2.1 保溫隔熱材料的應用

公共建筑幕墻結構設計，應優化對材料的選擇，盡可能使用具有保溫隔熱性能的材料，規避后續公共建筑出現的能耗損失問題，突出建筑物的節能效益。從選擇幕墻結構框架材料開始，應用鋁合金材料或其他帶有隔熱性能的骨架材料，防止材料連接處出現熱量損失。優選玻璃材料，比如熱反射鍍膜玻璃，這一材料應用后可以反射太陽光，避免建筑物內部受到強烈太陽光的影響。選擇低輻射玻璃可以形成對建筑物的保護，同時防范紅外線。使用封閉式內循環雙重玻璃幕墻系統，或者使用敞開式外循環雙層玻璃幕墻系統，提升玻璃幕墻節能保溫性能。

在各類現代化公共建筑中，大范圍使用玻璃幕墻已成為建筑設計的流行趨勢，由于玻璃幕墻具有美觀效應和藝術效果，且玻璃幕墻所消耗的能源只占普通材料的五成，因此選擇節能保溫材料有利于提升玻璃幕墻結構的節能效果。當前國家相關標準對于窗戶的隔熱與保溫性能設計在指標從以往的23%提升到37.5%。設計師應重視對玻璃能量傳遞參數，了解不同玻璃材質的光輻射導熱效果。斷熱材料的應用可以起到隔絕噪音、提升節能性能的作用，比如帶有尼龍結構的斷熱鋁型材料，基于該材料研發出隔熱斷橋穿條設施，經過穿條斷橋連接方式，將經過氧化處理的銀白料、著色料、彩色噴涂料、砂面料連接，全方位提升斷熱材料的美觀度。

2.2 玻璃幕墻的應用

2.2.1 中空玻璃

中空玻璃是建筑中使用最廣泛的玻璃之一。其具有良好的的保溫、隔聲等性能，并且成本不是很高，是設計師最青睞的選擇。具體而言，中空玻璃是指由兩片及兩片以上玻璃組成，使用粘結劑粘結的玻璃。中空玻璃熱傳導效果高于空氣27倍，但是對于當代大多數建筑而言，中空玻璃性能仍需進一步提高。高性能中空玻璃由此產生，它不僅可以滿足采光、保溫需要，還能夠確保室內溫度舒適，且具有較高節能價值。

2.2.2 遮陽性玻璃幕墻

對于公共建筑的幕墻結構設計，為了進一步提升建筑節能效果，還應充分提升幕墻的遮陽作用。應用具有自動遮陽效果的玻璃能夠幫助建筑阻擋太陽光對室內的輻射，維持室內擁有舒適的空間，防止溫度失控給建筑帶來能源浪費問題。夏季天氣炎熱，為了達到對公共建筑的遮陽，應做好室內溫度調控，降低空調使用率，可以在建筑幕墻結構融入遮陽系統，根據當地氣候條件將幕墻結構設計為垂直式或者水平式，合理利用遮擋材料提升對太陽光的遮擋效果。圖1中的建筑位于奧地利，它開辟了公共建筑智能遮陽的新模式，這是由Ernst Giselbrecht和美國知名社交媒體Mashable共同設計的一座Kiefer Technic Showroom。

以該公共建筑外墻為例，其使用了實心磚材料設置外部保溫系統，墻立面安裝了電動多孔鋁遮光板。整個建筑幕墻結構的外遮陽系統由56個電機一同控制，從而達到建筑采光、遮陽以及節能目的。外立面采用了單元式設計，遮陽板能夠像折紙一樣獨立展開或者合攏，整個遮陽系統從閉合狀態到通透展開狀態的轉化只需30s，可以根據每天不同時間與溫度智能移動，雨天時遮陽系統關閉，通風系統打開;正午陽光較強，遮陽板完全關閉，隨著陽光的減弱，遮陽板開合角度自動改變，讓室外自然風進入室內，實現對室內溫度與亮度的個性化調節。

2.2.3 雙層幕墻

雙層玻璃幕墻是根據公共建筑的通風層具體情況構成的，主要分為敞開式外循環雙層玻璃幕墻與封閉式內循環雙層玻璃幕墻兩種，這種玻璃幕墻外部表層是全方位封閉的，中空鋼化玻璃和斷熱型材料構成了整個結構，內部還包含鋼化玻璃結構的開啟窗。在雙層玻璃內層和外層之間具有一定的通風區域，該區域厚度為120mm-200mm，通風區域與吊頂處的暖通系統、排風管道相連，使整個公共建筑擁有自上而下的空氣循環系統。公共建筑內部空氣可以經過內部玻璃通風裝置到達通風各層，夏季白天時建筑內的熱空氣可以被排放到外部，冬季時因溫室效應而產生的熱量會依靠管道回路作用被重新傳遞到公共建筑內部，提升公共建筑節能效率。應用雙層幕墻，給人舒適的體驗感受，但是其存在技術復雜、造價高等不足，有待實踐中不斷優化。

3 影響U值元素分析

3.1 隔熱條寬度

隔熱條截面高度從14.8mm增加至24.0mm時，型材節點的傳熱系數從3.28W/m?K降低至2.64W/m?K，降低幅度為0.64W/m?K;若按框窗比30%計算，整窗的傳熱系數可降低約0.2W/m?K。所以增加隔熱條截面寬度可有效改善鋁合金窗節能效果。

3.2 多道密封

采用三道密封時，即框扇空腔內部多了鴨嘴膠條，而扇下側隔熱條設計為T形，使用雙道密封時模擬計算結果為2.923W/m?K;使用三道密封時模擬結果為2.729W/m?K，降低幅度0.194W/m?K。經熱工計算，整窗傳熱系數降低約0.058W/m?K。

3.3 長尾膠條

使用普通膠條時模擬結果為2.923W/m?K;使用長尾膠條時模擬結果為2.877W/m?K，降低幅度0.046W/m?K。經熱工計算，整窗傳熱系數降低約0.014W/m?K。

3.4 泡沫填充

未使用泡沫填充時模擬結果為2.923W/m?K，使用泡沫填充時模擬結果為2.843W/m?K，降低幅度0.08W/m?K。經熱工計算，整窗傳熱系數降低約0.024W/m?K。

3.5 玻璃墊塊

未使用玻璃墊塊時模擬結果為2.923W/m?K，使用玻璃墊塊時模擬結果為2.777W/m?K，降低幅度0.146W/m?K。經熱工計算，整窗傳熱系數降低約0.044W/m?K。

4 針對江蘇省門窗節能趨勢探討

4.1 門窗U值公式及江蘇省節能變化趨勢

門窗熱工的計算公式為：U=Ug*Ag+Uf*Af+ *L/Aw

從公式來看整窗的傳熱系數也就是我們經常說的U值，主要是通過幾個數據來計算的，門窗的總面積、窗框的面積、玻璃的面積、玻璃區域的邊緣長度以及窗框的傳熱系數、玻璃的傳熱系數、窗框和玻璃鑲嵌位置的傳熱系數。

江蘇目前的居住建筑節能要求的門窗U值為2.4 W/m?·K，未來的要求估計為2.1W/m?·K。

4.1.1 改變玻璃配置

可以將5+9A+5雙銀Low-E的玻璃配置（不充氬氣），優化為5+12Ar+5雙銀Low-E充氬氣的玻璃配置，這樣我們其他的配置都不要進行更換，就可以將整體優化為2.1W/m?·K。

4.1.2 改變隔熱條寬度

可以將24mm系列的的隔熱條加寬為29mm系列的隔熱條，這樣我們其他的配置都不要進行更換，就可以將整體優化為2.1W/m?·K。

4.1.3 改變玻璃中空層

24mm系列不變，而在隔熱條型材內以及玻璃周圍均添加泡沫;并且在玻璃配置略微提升的條件下（如：將中空層9A優化為12A），也可以使達到整體2.1W/m?·K。

如果我們采用了24mm系列隔熱條，5+12Ar+5雙銀Low-E充氬氣的玻璃配置，再將普鋁間隔條換成暖邊間隔條，整體的門窗U值會是多少呢？2.0W/m?·K！可以適用于更多的區域現在和未來的要求。不需要更改型材的模具和加工工藝！也不需要更改玻璃配置！只需要更換中空玻璃的間隔條便能一步到位。

5 綜上所述

門窗幕墻行業發展趨勢必定越來越快，新技術、新材料及新的幕墻種類應運而生，可以滿足不同環境和需求的建筑要求。前玻璃幕墻已經大范圍用于公共建筑的幕墻結構，在提升建筑物美觀度的同時，也加大了建筑物的整體能耗。設計師在選擇幕墻結構材料時應優選具有節能效果和環保性能的玻璃幕墻，同時優選耗能較小、安全可靠的系統設計。更多的門窗幕墻應注重節能環保要求，綠色建筑門窗幕墻的發展很重要，它對整個建筑都有深遠意義。

參考文獻：

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[3] 張朝霞.綠色節能技術在公共建筑幕墻設計中的應用[J].城市建設理論研究 （電子版），2019（01）.

（作者單位：泰諾風保泰（蘇州）隔熱材料有限公司上海分公司）