淺談玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì).doc

淺談玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)摘要：在綜述玻璃幕墻熱工性能的基拙上，探討如何合理選擇玻璃材料以達(dá)到節(jié)能的目的；如何在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)（尤其是玻璃幕墻的設(shè)計(jì)）中根據(jù)不同的氣候區(qū)域采用有效的隔熱或保溫措施，并強(qiáng)調(diào)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的意義。關(guān)鍵詞：玻屬幕墻；建筑節(jié)能；保溫；隔熱 1前言 玻璃幕墻作為建筑物的外裝飾是現(xiàn)代化城市建筑的重要標(biāo)志之一，它打破了傳統(tǒng)的實(shí)體墻與門窗的界限，巧妙地將建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的使用功能與裝飾功能有機(jī)地融為一體，使建筑物更具時(shí)代感和藝術(shù)性。當(dāng)前，建筑節(jié)能成為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一部分，社會(huì)對(duì)建筑節(jié)能的意識(shí)也在逐漸增強(qiáng)。建筑節(jié)能主要是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能，而玻璃墻是現(xiàn)代建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分。充分考慮玻璃幕墻使用的靈活性和最大限度地減少能耗，是建筑師和采暖空調(diào)工程師巫需解決的問(wèn)題。 2玻璃幕墻的保溫隔熱性能及節(jié)能設(shè)計(jì)原則 玻璃幕墻保溫隔熱性能較差，通風(fēng)效果不好，直接影響到建筑物的設(shè)備配置及能源消耗，有悖于我國(guó)的國(guó)情。保溫隔熱性能是指幕墻兩側(cè)存在空氣溫差條件下，幕墻阻抗從高溫一側(cè)傳向低溫一側(cè)傳熱的能力，不包括從縫隙中滲透空氣的傳熱。幕墻保溫性能用傳熱系數(shù)k表示。玻璃幕墻的保溫隔熱性能分級(jí)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定（表中k值為幕墻中固定部分和開啟部分所占面積的加權(quán)平均值）。 幕墻的保溫性能應(yīng)通過(guò)控制總熱阻值和選取相應(yīng)的材料來(lái)解決。為了減少熱損失，可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行改善：第一是改善采光窗玻璃的保溫隔熱性能，盡量選用中空玻璃，并減少開啟扇；第二是對(duì)非采光部分采用隔熱效果好的材料作后襯墻（如浮石、輕混凝土）或設(shè)置保溫芯材；第三是做密閉處理和減少透風(fēng)。 各地氣候條件不同，對(duì)幕墻的性能也有不同的要求。在夏熱冬暖地區(qū)，隔熱是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的主要問(wèn)題。玻璃幕墻的隔熱性能主要是針對(duì)輻射、傳導(dǎo)與對(duì)流。在談及反射玻璃時(shí)，人們往往只強(qiáng)調(diào)它的輻射性能。固然，輻射是上面各種方式中最主要的部分，可占全部熱量的2/3左右，空調(diào)的主要負(fù)荷也來(lái)源于太陽(yáng)輻射，因此，應(yīng)有效阻擋太陽(yáng)輻射。但在實(shí)際使用中，如幕墻在持久的曝曬下，反射玻璃由于散熱較其它玻璃慢，盡管它的反射能力大，但熱量的累積使它不可避免地成為一個(gè)新熱源，所以，玻璃幕墻對(duì)太陽(yáng)能的透射能力是值得關(guān)注的問(wèn)題。溫差傳熱、空氣流動(dòng)熱交換也是夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能應(yīng)考慮的問(wèn)題，這兩個(gè)方面的傳熱均是由室內(nèi)外溫差造成的，不同的是前者是通過(guò)傳熱，后者是通過(guò)室內(nèi)外空氣滲透。在進(jìn)行幕墻熱工設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行具體分析和研究，如：幕墻外表面與周圍空氣和外界環(huán)境間的對(duì)流換熱、幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣和室內(nèi)環(huán)境間的換熱、幕墻和金屬框格的傳熱、通過(guò)玻璃的鍍膜層減少的輻射換熱等。 建筑節(jié)能是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個(gè)重要方面，是執(zhí)行節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境基本國(guó)策和中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法的必要組成部分。我國(guó)各地區(qū)的氣候條件不同，不可能采取同一種模式，而應(yīng)該針對(duì)不同地域采取不同的措施，處理好建筑的節(jié)能問(wèn)題。各建筑氣候分區(qū)均有或即將有相應(yīng)的節(jié)能設(shè)計(jì)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，如嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、溫和地區(qū)的幕墻要進(jìn)行冬季的保溫設(shè)計(jì)。幕墻熱工設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行的民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50176一93),采暖居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)( JGJ26-95)和夏熱冬冷地區(qū)居住律筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ134一2001)等來(lái)執(zhí)行。這些標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施，無(wú)疑將有力推動(dòng)我國(guó)建筑節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用。 3合理選擇幕墻玻璃材料，降低建筑能耗 對(duì)于玻璃幕墻來(lái)說(shuō)，由于玻璃的面積占據(jù)立面的大部分，可以參與熱交換的面積較大，能耗也大，決定了玻璃材料是其節(jié)能的關(guān)鍵。如果使用普通透明玻璃，它的傳熱系數(shù)偏高，且對(duì)太陽(yáng)輻射和遠(yuǎn)紅外熱輻射沒(méi)有有效限制，因此其面積越大夏季進(jìn)入室內(nèi)的熱量越多，冬季室內(nèi)散失的熱量也越多。不同的玻璃具有不同的性能，一種玻璃不能適用于所有氣候區(qū)域和建筑朝向。為阻擋太陽(yáng)熱輻射，必須對(duì)玻璃進(jìn)行一定的處理。在玻璃原片中添加一些元素可以制成吸熱玻璃，在玻璃的一面鍍膜可制成熱反射玻璃、Low一E玻璃及Solar一E玻璃等。比如，吸熱玻璃吸收的熱量越多，隔熱的效果就越好。但吸熱和透光經(jīng)常是矛盾的，所以吸熱玻璃的隔熱能力也受到一定的限制，況且吸熱玻璃吸收的一部分熱量仍然有相當(dāng)數(shù)量會(huì)傳入室內(nèi)。再比如，熱反射玻璃在反射紅外線的同時(shí)，對(duì)可見(jiàn)光的透射也有很大的衰減和反射，造成采光不好，反射光則造成眩光污染。由于熱反射玻璃反射太陽(yáng)能，因而不適用于北方寒冷地區(qū)。低輻射鍍膜玻璃是在20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的新型保溫玻璃，其輻射率一般為0.1左右，最低可以降至0.05，是普通玻璃輻射率的十分之一左右，提高了節(jié)能效果。而遮陽(yáng)型Low一E玻璃采用獨(dú)特的熱噴射鍍膜技術(shù)制作而成，除本身具有低輻射性能外，它還具有控制陽(yáng)光的性能。 一般而言，采用單片吸熱玻璃或熱反射玻璃、Low一E玻璃、Solar一E玻璃能取得一定的節(jié)能作用，但效果是有限的，在玻璃面積太大時(shí)仍不能滿足要求。采用這些玻璃組成的中空玻璃是較好的選擇。對(duì)于中空玻璃，外片玻璃一般采用吸熱玻璃、熱反射玻璃、吸熱的Low一E玻璃。內(nèi)片采用透明玻璃、Low一E玻璃等。這樣，外片玻璃吸收絕大部分太陽(yáng)輻射熱，而空氣層將外片玻璃的熱輻射阻擋在外面而不對(duì)室內(nèi)產(chǎn)生二次輻射傳熱。中空玻璃的采用不僅能降低太陽(yáng)輻射，也能有效地阻止溫差傳熱。南方首先是減少太陽(yáng)輻射，這與北方的保溫存在原則上的差異。在北方，中空玻璃一般是盡量減少對(duì)太陽(yáng)短波輻射的阻擋，而使得大量的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)。而在南方，中空玻璃首先是吸收或反射太陽(yáng)短波輻射，再利用中空玻璃的空氣層有效隔絕溫差傳熱和長(zhǎng)波輻射，而使得大量的太陽(yáng)輻射不能進(jìn)入室內(nèi)。中空玻璃的隔熱性能主要因其內(nèi)部氣體處于一個(gè)封閉的空間，氣體不產(chǎn)生對(duì)流，而且空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.028W/(m2K )，是玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)0.77W/(m2K )的1/27，除中空玻璃四邊的密封膠導(dǎo)熱，對(duì)流和傳導(dǎo)在中空玻璃的能量傳遞中占較小的比例。要提高中空玻璃的隔熱性能，一般是增大空間的厚度和使用導(dǎo)熱系數(shù)低的氣體置換中空玻璃內(nèi)部的空氣，這樣可減少傳導(dǎo)，但中空層不宜過(guò)大，合理的間隙是512mm左右。要降低輻射傳熱，一般是通過(guò)使用鍍膜玻璃或低輻射玻璃來(lái)控制各種射線透過(guò)，達(dá)到降低輻射傳熱的目的。通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，通常單片玻璃的傳熱系數(shù)k = 6W/(m2K )，中空玻璃（普通）k =2.33.2W/(m2K )，而采用離線低輻射鍍膜中空玻璃（中空層充惰性氣體）k=1.262.0W/(m2K )。需要注意的是，中空玻璃和Low一E中空玻璃，以及陽(yáng)光鍍膜玻璃都有不同程度的節(jié)能效果。如何選用，要根據(jù)建筑整體設(shè)計(jì)要求，用于哪個(gè)部位，要達(dá)到什么樣的效果，選用不同類型的節(jié)能玻璃，并非“u”值越低越好。要綜合考慮，要考慮質(zhì)量、使用壽命、裝飾效果、成本和要求的節(jié)能效果。 4綜合采取各種相關(guān)的建筑節(jié)能措施 玻璃幕墻的節(jié)能，一方面是減少其使用面積，特別是東、西墻面的使用面積，這主要在建筑設(shè)計(jì)時(shí)確定。在建筑設(shè)計(jì)中，將需要采光、通風(fēng)和設(shè)置玻璃幕墻的墻面安排在南、北面，盡量減少其朝東或朝西的面積；另一方面是遮陽(yáng)。由于空調(diào)負(fù)荷很多都是來(lái)自太陽(yáng)輻射，而玻璃又是太陽(yáng)輻射得熱的主要來(lái)源，因而遮陽(yáng)對(duì)玻璃幕墻節(jié)能是很有效的，可以使室內(nèi)長(zhǎng)期處于陰涼的地方，從而實(shí)現(xiàn)最大限度的降溫。在設(shè)計(jì)遮陽(yáng)構(gòu)造時(shí)要結(jié)合幕墻建筑的整體藝術(shù)效果、材料與顏色進(jìn)行考慮，而且形式要簡(jiǎn)單、美觀，便于清洗、安裝。不同形式的遮陽(yáng)板有時(shí)會(huì)影響建筑的立面造型，但如果處理得好，會(huì)使建筑更加協(xié)調(diào)。比如，豎向與橫向結(jié)合的綜合式遮陽(yáng)板既提高了遮陽(yáng)效果，又可作為立面從實(shí)到虛（實(shí)墻到玻璃）二者的過(guò)渡部分，這種強(qiáng)烈的虛實(shí)對(duì)比使建筑的個(gè)性十足，充分展示出的結(jié)構(gòu)美而讓建筑栩栩如生。遮陽(yáng)最有效的是外遮陽(yáng)。在外遮陽(yáng)措施不太可行的情況下，內(nèi)遮陽(yáng)、玻璃內(nèi)部遮陽(yáng)等均是有效的節(jié)能措施。另外，良好的自然通風(fēng)不僅能保持室內(nèi)空氣的清新，也可以最大限度地減少使用空調(diào)的時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)能的效果，在寒冷地區(qū)采用大面積玻璃幕墻時(shí)應(yīng)用保溫措施，防止“熱橋”產(chǎn)生，由于幕墻框多為金屬材料，金屬比玻璃導(dǎo)熱系數(shù)大，當(dāng)室內(nèi)外溫差大時(shí)，應(yīng)注意防止結(jié)露、掛霜，如在幕墻豎框內(nèi)外均用熱絕緣橡膠密封條分隔形成“熱斷橋”后，幕墻就不產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象了，而且視野清晰。 在設(shè)計(jì)玻璃幕墻建筑時(shí)，應(yīng)科學(xué)合理地規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工，避免玻璃幕墻帶來(lái)的弊病。玻璃幕墻可將陽(yáng)光的熱量反射到周邊建筑物、人行道或廣場(chǎng)上，使人有灼熱感，甚至損壞其他建筑物上的建筑材料（如密封膠、瀝青材料等）。因此，不要將玻璃幕墻建筑物安排得過(guò)于集中，不要面向居民樓設(shè)置玻璃幕墻，限制在并列的和相對(duì)的建筑物上采用全部玻璃幕墻。在“丁”字路口和居民區(qū)20m以下高度不使用大面積、高反射率的鍍膜玻璃。玻璃的陽(yáng)光控制膜有低反射、吸熱等不同數(shù)值可供選擇，如反射率在5%70之間變化，可根據(jù)使用要求作出調(diào)整。設(shè)計(jì)落地幕墻時(shí)可采用在墻腳布置綠化遮擋熱量，也可改用反射率低的鋁板、石板等。 5探索先進(jìn)的節(jié)能技術(shù) 上世紀(jì)70年代能源危機(jī)后，人們逐漸意識(shí)到玻璃幕墻在能源消耗方面的缺陷，發(fā)展了不同的系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)玻璃幕墻的熱工性能。幕墻節(jié)能包括兩個(gè)內(nèi)容：一是減少冬季采暖的熱損失；二是減少夏季空調(diào)制冷的熱量進(jìn)入。未來(lái)幕墻熱工設(shè)計(jì)追求功能的主動(dòng)性和積極性，變被動(dòng)設(shè)計(jì)為主動(dòng)利用能源的理念。幕墻熱工設(shè)計(jì)發(fā)展趨向是對(duì)于采暖供熱為主的幕墻追求達(dá)到溫室效應(yīng)，對(duì)于空調(diào)制冷為主的幕墻追求達(dá)到冷房效果，無(wú)論哪種幕墻都將力圖合理利用綠色能源之最太陽(yáng)能。未來(lái)的節(jié)能型幕墻的結(jié)構(gòu)特征是采用光熱效應(yīng)優(yōu)化組合的雙層或多層中空玻璃、斷熱復(fù)合型金屬框格，非采光部位采用仿真復(fù)合型輕質(zhì)隔熱低發(fā)泡化學(xué)材料、開啟部位采用高性能（氣密、水密、隔熱、隔音）復(fù)式密封窗。幕墻飾面材料的光敏、熱敏特性與室內(nèi)供熱、制冷系統(tǒng)形成計(jì)算機(jī)自控網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到幕墻熱工效應(yīng)智能化。幕墻結(jié)構(gòu)體系和太陽(yáng)能利用體系的結(jié)合形成一體化，達(dá)到幕墻熱工效應(yīng)多元化。 新型幕墻追求保溫隔熱、降低消耗、消除噪聲、可控陽(yáng)光等效果，且標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，要滿足大廈全天候人工空調(diào)系統(tǒng)的環(huán)境和節(jié)能設(shè)計(jì)要求。因此，幕墻的金屬結(jié)構(gòu)、玻璃、壁板及其他飾面材料，必須同時(shí)達(dá)到新型高檔建筑對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)要求。最近，在國(guó)外開始使用的一種光電幕墻，為利用太陽(yáng)輻射熱開辟了一條新路。光電幕墻是在玻璃中間復(fù)合光電池板塊，然后在裝配時(shí)將其連接在一起，從而形成一套發(fā)電系統(tǒng)。這套發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)一定的儲(chǔ)存設(shè)備和轉(zhuǎn)換設(shè)備將電能轉(zhuǎn)化為可以直接應(yīng)用的電源，供照明及輔助設(shè)施之用。另外，作為智能幕墻的一種，通風(fēng)性幕墻是一個(gè)雙層玻璃外層再加一層單片玻璃幕墻，在兩個(gè)玻璃幕墻中間形成一個(gè)通道，在夏天太陽(yáng)直射外層玻璃幕墻，通道起到煙囪效應(yīng)，可使熱空氣自下而上流動(dòng)，帶走單層玻璃幕墻內(nèi)的熱空氣，由上方排除，降低內(nèi)側(cè)幕墻的表面溫度，冬季則把通道上下關(guān)閉，陽(yáng)光照射形成溫室，這樣等于提高了內(nèi)側(cè)幕墻外表面溫度，減少取暖費(fèi)用。當(dāng)然，不一定整個(gè)幕墻作為一個(gè)通風(fēng)通道，可以二層、三層一組，高層幕墻可以分組通風(fēng)。目前，上海幾家玻璃公司（廠），已能夠按照玻璃幕墻使用環(huán)境的要求，生產(chǎn)出各種不同控制陽(yáng)光反射和光通透值的幕墻玻璃。根據(jù)我國(guó)的氣候和緯度，江南地區(qū)夏季長(zhǎng)、氣候炎熱，宜采用高光通透、低輻射的鍍膜玻璃，避免采用透光度太低而反射率高的銀灰色玻璃。一般可用透光度14%、光反射在3334%，或透光度18%、光反射為27的鍍膜玻璃，即可降低光污染。而我國(guó)北方地區(qū)夏季短、氣溫不高，選用幕墻玻璃的原則應(yīng)與南方相反。 6結(jié)語(yǔ) 節(jié)能是人類社會(huì)目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展所面臨的共同課題。伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)理念的不斷