建筑外墻透明部分節能保溫設計

摘 要：我國在聯合國宣布的2030年碳達峰，2060年前碳中和目標的提出，給我國低碳發展提出明確的目標和時間表，建筑作為能源消耗的重要領域，建筑節能要求也越來越高，建筑外墻透明部分，承載著整體建筑的采光，通風，人員疏散，消防救援等多種功能，其節能設計為整體建筑中的重要環節;本文對外墻透明部分的門窗及幕墻節能設計做簡要闡述;

關鍵詞：外墻;門窗幕墻;節能設計

一，前言

全球氣候變暖是一種和自然有關的現象，是由于溫室效應不斷積累，導致地氣系統吸收與發射的能量不平衡，能量不斷在地氣系統累積，從而導致溫度上升。全球變暖也在改變（影響）著人們的+生活方式，自然災害到生物鏈斷裂，涉及人類生存的各個方面，科學觀測紀錄說明，大氣二氧化碳濃度隨著全球人口、經濟發展與碳排放量提高而持續增長，全世界平均氣溫也隨著慢慢上升，“碳”就是石油、煤炭、木材等由碳元素構成的自然資源。“碳”耗用得多，導致地球暖化的元兇“二氧化碳”也制造得多。

二，建筑碳排放

建筑是供人們生活活動的主要場所，建筑的碳排放貫穿整個建筑的全生命周期。包括以下階段：

1、建材材料生產和運輸階段：包括鋼筋、混凝土、玻璃等建材生產過程中的碳排放及從生產地到施工現場的運輸過程中產生的碳排放。

2、建筑施工建造階段：包括完成各分部分項工程施工產生的碳排放和各項措施實施過程中產生的碳排放。

3、建筑運行階段：包括暖通空調、生活熱水、照明及電梯、可再生能源、建筑碳匯系統在建筑運行期間的碳排放量。

4、建造拆除階段：包括人工拆除和使用小型機具機械拆除使用的機械設備消耗的各種能源動力產生的碳排放。

5、建筑拆除后的廢料回收處理階段：包括廢料回收運輸產生的碳排放和廢料填埋、焚燒產生的碳排放。

以上5個階段構成建筑碳排放的全生命周期，其中建筑外維護結構節能設計直接決定建筑運行階段的碳排放量;而建筑透明部分是外墻節能部分的最薄弱部分，占整體建筑的熱損失的30%左右，理應成為重點研究對象;

二，建筑外墻透明部分

通俗講建筑外墻的透明部分含2部分，即建筑立面的門窗幕墻以及建筑屋面的采光天窗或采光頂部分;

門窗按其所處的位置不同分為圍護構件或分隔構件，按不同的設計要求分別具有保溫、隔熱、隔聲、防水、防火等功能，窗戶是建筑必不可少的組成部分，其長期使用能耗約占整個建筑長期使用能耗的50%，十分可觀，因此窗戶的節能是建筑節能的重要突破口。

建筑幕墻是由面板與支承結構體系組成的、可相對主體結構有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔主體結構所受作用的建筑外圍護墻。20世紀80年代，隨著幕墻技術的發展和玻璃生產工藝的進步，玻璃幕墻得到更廣泛的應用，點支式幕墻、光伏幕墻、單層索網玻璃幕墻、雙層幕墻等新式幕墻不斷涌現;當前，我國幕墻工程總值逐年增長，年產能遠遠超過1億平方米，我國已成為世界第一幕墻生產大國和使用大國。

采光頂是由透光面板與支承體系組成，不分擔主體結構所受作用且與水平方向夾角小于75°的建筑圍護結構，即與水平方向夾角小于75°的幕墻在規范上均采用采光頂規范;

三，外墻透明部分的保溫設計

1，面板材料

外墻透明部分承擔著建筑的采光功能，常用的面板材料為玻璃制品，及樹脂采光板等;玻璃有著優良的透光性能和特殊的質感在建筑上的運用其它材料無法替代。

玻璃是以石英砂、純堿、石灰石等為主要原料，加助熔脫色、著色、乳濁等輔助原料，在1550～1600℃熔融、成型、冷卻而成的一種硅酸鹽材料;

玻璃的分類比較復雜，按照制造工藝可分為普通平板玻璃和浮法玻璃;按照玻璃表面處理方式可分為普通透明玻璃、鍍膜玻璃、磨砂玻璃、彩釉玻璃、陶瓷玻璃等;按照安全性可分為普通玻璃和安全玻璃;按照玻璃層數可分為單層玻璃、復合玻璃（包括中空玻璃、夾層玻璃、夾絲玻璃等）;

Low-E玻璃也稱低輻射玻璃，Low-E是英文Low-Emissivity的簡稱。Low-E玻璃即采用真空磁控濺射方法在玻璃表面上鍍上含有一層或兩層甚至三層銀層的膜系，來降低能量吸收或控制室內外能量交換，保障生活、工作vity的舒適性，并以此達到環保節能的目的。

在建筑應用中，Low-E玻璃的使用可以達到“冬暖夏涼”的效果，具有優異的隔熱、保溫性能效果。

建筑材料的主要熱工性能指標為傳熱系數，玻璃制品的傳熱系數性能依次為透明玻璃（5.8），熱反射玻璃（4.6～5.7），單片LOW-E玻璃（3.5），普通中空玻璃（2.8），LOW-E中空玻璃（1.9以下），真空LOW-E玻璃制品（1.9以下）;

2，支撐材料

門窗幕墻常用的支撐材料為鋼型材，鋁型材，塑鋼型材，木型材，以及木塑，鋁木等復合材料;

鋁合金門窗幕墻是指采用鋁合金擠壓型材為框、梃、扇料制作的門窗幕墻。經過近30年的發展，鋁合金門窗已經逐步取代了塑鋼門窗，成為門窗幕墻的主導產品;其優點為：

1） 質量輕、強度高，鋁合金的密度僅為鋼材的1/3，是薄壁、空腹擠壓成形的型材，質量輕。而強度卻接近普通低碳鋼，可達30MPa以上;

2）耐久性好、使用維修方便

鋁合金經久耐用，不存在老化問題。門窗表面有一層極薄但十分堅固的氧化鋁薄膜，故其不銹蝕、不褪色、不脫落，幾乎不需要維修。

3）可以進行工業化生產

鋁合金門窗幕墻（單元式）從框料型材加工，密封件、配套零件的制作，到門窗裝配試驗，都可以在工廠內組織，進行大批量的工業化生產

斷橋鋁合金是繼木窗、鐵窗、塑鋼門窗和普通鋁合金門窗之后的第五代新型保溫節能性門窗。“斷橋鋁”這個名字中的“橋”是指材料學上表示冷熱傳遞的作用，而“斷”是動詞“打斷”的意思，就是將這種冷熱傳遞過程阻隔，將鋁合金型材分成兩部分，通過隔熱條將斷開的鋁合金連成一體，因此材料的隔熱性能也就有了大幅度的提升。

3，構造措施

透明圍護結構的保溫隔熱，除提高玻璃和框扇本身的熱工性能和保證中空玻璃的密閉性之外，還與玻璃和邊框接縫，以及框扇搭接縫的嚴密程度有密切的關系。只有各部分接縫足夠嚴密，才能保證盡量減少空氣的滲透，而空氣滲透是能量損失的重要途徑之一;提高氣密性一般是采用各種密封條或密封膠來解決。最理想是設計窗或幕墻時，同時設計配套的密封條，必要時需多道密封。而且必須選用彈性好、耐老化的材料，一般以三元乙丙為宜，劣質的密封條將過早老化失效，會給用戶帶來極大的不便和 經濟 上的損失。

4，透明部分的節能計算

要在建筑門窗和幕墻工程中貫徹執行國家的建筑節能標準，只有測試方法是不夠的。而且，隨著南方建筑節能標準的出臺，遮陽系數成為非常重要的指標，而遮陽系數很難在實驗室進行測試，從而實驗室的測試更加無法滿足廣大建筑工程的節能設計需要。門窗，幕墻的熱工性能計算在歐盟，美國，日本等已廣泛應用。我國采用《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》給定的方法計算門窗和玻璃幕墻的傳熱系數、遮陽系數、可見光透射比等熱工參數;

在計算中，一般把透明部分三個部分：玻璃，邊緣玻璃和窗框。對于窗戶的中心玻璃部分，一維傳熱模型與實際情況已很接近，而窗戶的玻璃邊緣，尤其是雙層窗兩層玻璃邊緣之間的墊片材料的導熱能力比玻璃間氣體層的導熱能力要大很多，產生“熱橋”效應，必須采用二維傳熱模型，窗框的傳熱也可近似為一維傳熱。在求得各個部分的傳熱系數和已知各部分面積的基礎上，對這三個部分的傳熱系數進行面積的加權平均，就得到整體的傳熱系數;

結束語：

通過在外墻透明部分節能保溫設計中的各項材料選擇，配合熱工性能計算，滿足并提高整體建筑的節能標準，將會涌現更多的節能建筑，實現建筑的零碳目標;

作者簡介：

許昌得，1979年11月，男，漢，山東省東平人，本科學歷，工程師，? 研究方向：門窗幕墻節能設計。