建筑玻璃幕墙的节能设计研究

吕天瑞

摘要：近年，建筑节能已发展成为一个世界性高度关注的问题。但是，尽管建筑玻璃幕墙能够为人们提供较好采光，但是在采暖和制冷等方面的耗能是非常高的。因此，当前建筑玻璃幕墙成为建筑耗能的一非常薄弱的环节。所以，当前对建筑玻璃幕墙节能设计对今后建筑节能顺利开展具有十分重要的意义。本文作者结合自身多年的实践经验，重点对建筑玻璃幕墙节能设计进行深入的探究和分析。希望能够为今后建筑节能设计提供更多有价值的经验。

关键词：建筑，玻璃幕墙，节能设计

1.节能型玻璃幕墙的设计原则

建筑幕墙的节能是在对建筑周边的自然环境，如光线、温度、风压、气候状况等充分分析和了解的基础上，针对建筑本身的朝向、高度、室内功能等特点，通过有效地系统技术和产品对室内环境起到适应和调整的过程。这个过程需要综合多种因素考虑，需要处理多种关系，如隔热和得热、采光和遮阳、通风和热交换的关系，气密性、水密和传热、隔声的关系等等。因此，节能玻璃幕墙的设计应遵循如下原则：

（1）科学性：需综合、全面权衡各因素，充分考虑其功能、性能等诸多方面，合理选型（幕墙的型式和窗墙面积比）、选材和构造。幕墙的传热系数由建筑物的外形和所处地区的气候条件、型材的传热系数和玻璃的传热系数等综合确定。

（2）适用性：对不同地区的环境和项目实际情况进行全面考虑，再结合与之相关的规定，贯彻和落实国家节能政策。另外，还要把建筑耗能和舒适度二者关系处理好。

（3）经济节能性

建筑的玻璃幕墙在设计时需综合考虑到节能及经济性两方面问题：一方面，玻璃幕墙的设计在很大程度上将影响到建筑内部的能耗；另一方面，如若采取相应的节能手段又可能带来成本的增加。因此应综合考虑节能与经济，进行集约化的设计，力求经济效益的最大化，满足可持续的当代设计要求。

2建筑节能玻璃的材料

（1）吸热玻璃。

吸热玻璃是一种能够吸收太阳辐射的平板玻璃，包括本体着色和表面镀膜两类：本体着色吸热玻璃是在无色透明平板玻璃中加入特殊着色剂，采用浮法、垂直引上法、平拉法等工艺生产；表面镀膜吸热玻璃是在玻璃表面喷镀吸热的氧化物薄膜形成的吸热玻璃。吸热玻璃能把太阳能吸收转化为热能，然后通过导热、对流和辐射的形式把热能散发出去，从而减少了进入室内的太阳能，降低了空调制冷费用。

（2）镀膜玻璃。

镀膜玻璃通常是在玻璃表面镀上一层金属薄膜，改变玻璃的投射系数和反射系数，它可以与中空玻璃、真空玻璃结合起来使用。近年来发展起来的镀膜低辐射玻璃，对380—780mm的可见光具有较高的透射率，可以保证室内的能见度，同时对红外光具有较高的反射率，达到保温节能的效果。

（3）中空玻璃。

中空玻璃中间充灌氪、氩或者空气，其中导热系数很低，具有良好的保温性能。然而，我国目前中空玻璃的使用普及率不足百分之一。中空玻璃是实现玻璃幕墙节能的重要途径。

（4）真空玻璃。

真空玻璃玻璃材料从单片玻璃、中空玻璃，发展到真空玻璃已是第三代产品。真空玻璃当中是普通空气或氩，其隔音性能、透光折减系数均优于中空玻璃。

3.幕墙密封材料

（1）橡胶密封胶条。减少幕墙玻璃板与框架之间间隙可采用隐框玻璃幕墙。减少明框玻璃幕墙玻璃与玻璃框的间隙，可在内外两侧均采用橡胶密封胶条，依靠胶条自身的弹性在槽内起密封作用。密封胶条与玻璃接触的一侧设计成波浪型，能有效地阻止空气渗漏。要求胶条具有耐紫外线、耐老化、耐永久变形，耐污染等特征。（2）硅酮耐候胶硅酮耐候胶，又称为硅酮耐候密封胶。主要用于各类幕墙表面的密封嵌缝。具有优良的耐水性和耐候性，耐紫外线照射，且在低温时弹性好，高温时不流淌，耐污染和低透气率等特征。

4玻璃幕墙的节能设计措施

4.1隔热幕墙的节点设计

隔热幕墙的节能原理是采用中空玻璃和隔热断桥铝型材来实现节能的。隔热断桥铝型材的隔热原理是基于产生一个连续的隔热区域，利用隔热条将铝合金型材分隔成两个部分。隔热条“冷桥”选用材料为聚酰胺尼龙66，其导热系数为0.3W/（m2K），远小于铝合金的导热系数210W/（m2K），而力学性能指标与铝合金相当。20世纪70年代末，隔热断桥铝型材在国外问世，主要用于高寒地区的铝合金门窗，到20世纪80年代末开始用于高寒地区的有框玻璃幕墙。我国目前在保温隔热性能要求很高的建筑中，也开始把它用于明框隔热玻璃幕墙、隐框隔热玻璃幕墙及点支式隔热玻璃幕墙。此外，在隔热幕墙中，更重要的是要注意中空玻璃的应用与设计（因为在幕墙中，玻璃所占的面积比铝合金框要大的多）。如果采用10+12A+10中空玻璃，那么其传热系数K达3.0W/（m2K）左右，传热系数比单层玻璃低了近1/2，可以大大地降低能耗，因此，在保温性能要求比较高的情况下，应采用中空玻璃，如果中空玻璃内充入惰性气体，其K值还以可降至1.3W/（m2K）。

4.2开窗加强自然通风

近来有些建筑为了追求外窗的视觉效果和建筑立面的设计风格,外窗的开启率有逐渐下降的趋势,有的甚至使外窗完全封闭,导致房间自然通风不足,不利于室内空气流通和散热,不利于节能。例如在我国南方地区通过实测调查与计算机模拟:当室外干球温度不高于28℃,相对湿度80%以下,室外风速在1.5m/s左右时,如果外窗的可开启面积不小于所在房间地面面积的8%,室内大部分区域基本能达到热舒适水平;而当室内通风不畅或关闭外窗,室内干球温度26℃,相对湿度80%左右时,室内人员仍然感到有些闷热。人们曾对夏热冬暖地区典型城市的气象数据进行分析,从5月到10月,室外平均温度不高于28℃的天数占每月总天数,有的地区高达60%～70%,最热月也能达到10%左右,对应时间段的室外风速大多能达到1.5m/s左右。所以做好自然通风气流组织设计,保证一定的外窗可开启面积,可以减少房间空调设备的运行时间,节约能源,提高舒适性。

4.3采取双层幕墙设计。

双层玻璃幕墙与传统幕墙相比，其最大的特点是，它在内外两层幕墙之间形成一个通风换气层，比传统的幕墙采暖时节约能源30%-40%，制冷时节约能源的比例最高可超过50%，同时，对室外环境的隔音效果可以达到50-60dB。其中目前较为先进的也被人称为"敞开式外循环呼吸式幕墙"，由位于空气层上下两端的进风和排风设备带动自然空气经过沙尘滤网引入空气层，进而送至室内，可以看作是室外自然环境的延伸。采用这种分隔方法的双层玻璃幕墙除具备保温、隔声的作用。

4.4遮阳幕墙构造设计

3.1遮阳板面的组合与构造

在满足阻挡直线阳光的前提下，可以有不同板面组合的形式，应该选择对通风，采光，视野，构造和立面处理等要求更为有利的形式。为了使于热空气的散逸，并减少对通风，采光的影响，常将板面做成百页的或部分做成百页的，或中间层做成百页的。遮阳板可用铝板，轻金属或混泥土制做。

3.2遮阳板的安装位置

遮阳板安装的位置对防热和通风的影响很大。例如将板面紧靠墙面布置时，受热表面加热而上升的热空气将受室外风压作用导入室内。这种情况对综合式遮阳更为严重，为了克服这个缺点，板面应该离开玻璃墙面一定的距离安装，以使大部分热空气沿着墙面排走，且应使遮阳板尽可能减少挡风，最好还能兼起导风入室作用。

3.3外遮阳和内遮阳

一般来讲，室外南向仰角45°的水平遮阳板，可轻易遮去68%的太阳辐射热。装在窗口内侧的布帘，软百页等遮阳设施，其所吸收的太阳辐射热，大部分散发给室内空气。装在外侧的遮阳板，吸收的辐射热，大部分散发给室外的空气，从而减轻了对室内温度的影响。因此采用外遮阳（遮阳板）是最好的建筑节能之道。

参考文献：

[1]高萍.对建筑玻璃幕墙节能的几点认识[J].科技致富向导，2012（17）.

[2]包浪华.对建筑玻璃幕墙节能设计的探讨[J].建材与装饰，2012（21）.