摘要：本文論述建筑節(jié)能的設計就是考慮對外圍護結(jié)構進行隔熱保溫，提出我國當前建筑幕墻保溫性能的現(xiàn)狀和提高建筑幕墻保溫性能的途徑。
關鍵詞：幕墻 節(jié)能
建筑幕墻是建筑外圍護結(jié)構，其保溫性能較為薄弱。我國建筑能耗已占全總能耗的25%，而建筑幕墻使用能耗約占整個建筑物使用能耗的50%，十分可觀。建筑節(jié)能已引起政府和社會的普遍關注。依據(jù)國家《節(jié)約能源法》，1999年10月建設已頒發(fā)了《民用建筑節(jié)能管理暫行規(guī)定》，“十五”我國建筑節(jié)能的第三階段再節(jié)能30%的工作目標已開始實施，對建筑幕墻保溫性能提出了更高要求。雖然我國在幕墻的節(jié)能研究開發(fā)的技術引進方面作了大量工作,總體上說幕墻保溫性能有較大提高，基本上能滿足我國當前建筑節(jié)能的需要。但與先進國家相比，仍有較大差距。
一、當前建筑幕墻保溫性能的現(xiàn)狀：
隨著《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB20189-2005）的貫徹執(zhí)行，研究開發(fā)保溫性能好的新型節(jié)能幕墻是當前的主攻方向。我國是一個南北氣候差很大，各地經(jīng)濟資源的技術水平發(fā)展不平衡的國家，應以研究開發(fā)適合我國國情的不同類型的節(jié)能幕墻來滿足不同需求。為了滿足不同地區(qū)和不同檔次要求，我國相繼開發(fā)出各種形式的玻璃、鋁板、石材及不銹鋼幕墻。經(jīng)科研、設計和生產(chǎn)部門的努力，各種形式的具備節(jié)能措施的幕墻相繼投入使用，從而打破了過去明框幕墻一統(tǒng)天下的局面。為了提高幕墻的保溫性能，幕墻廠家先后引進斷熱鋁型材和低輻射膜（LOW-E）中空玻璃生產(chǎn)線，生產(chǎn)出檔次更高的節(jié)能保溫幕墻。而在幕墻外加設遮陽板，以及引進國外比較先進的雙層通風幕墻則是當今各設計單位的主要科研課題。
二、提高建筑幕墻保溫性能的途徑：
幕墻是由各種不同材性的材料拼裝而成，它的保溫性能受型材斷面設計、玻璃層數(shù)，鍍膜與否，兩玻之間空氣層厚度，斷熱橋長度、立面設計等多種因素影響，彼此差別很大。下面從傳熱系數(shù)(K值)對比幕墻的保溫性能：
1、隱框玻璃幕墻保溫性能優(yōu)于無斷熱鋁型材的明框玻璃幕墻；
2、中空玻璃的保溫性能明顯優(yōu)于同類結(jié)構的單片玻璃；
3、單層鋁板幕墻是保溫性能最差的一類幕墻；在寒冷的北方必需加設保溫棉才能達到設計要求；
4、明框幕墻采用鋁合金斷熱型材保溫性能明顯優(yōu)于不斷熱的幕墻，鋁合金斷熱LOW-E中空玻璃幕墻的保溫性能比鋁合金斷熱中空白玻璃幕墻更好。
中空玻璃幕墻節(jié)能明顯優(yōu)于單片玻璃幕墻，尤其是斷熱鋁型材的節(jié)能效果更好。斷熱鋁型材LOW-E中空玻璃幕墻節(jié)能效果達59～66%，雙層通風LOW-E中空玻璃幕墻節(jié)能達75%，效果更佳。
要提高建筑幕墻保溫性能，首先應弄清楚影響它的主要因素，有針對性地加以解決，才能收到較好的效果。下面談幾點看法。
1、鋁型材斷面設計
型材斷面形式是影響幕墻保溫性能的因素之一。金屬與非金屬的熱工特性差別很大，傳熱系數(shù)K（W/m2・K）愈大傳熱能力愈強。與幕墻密切相關的材料傳熱系數(shù)，玻璃為1.0，鋁為203，PVC塑料為0.14。鋁合金龍骨是幕墻的支撐體系，明框玻璃幕墻鋁合金型材貫穿室內(nèi)外，在表面積中占有一定比例，由于鋁材的導熱系數(shù)比玻璃大得多，于是在明框處形成一道“冷橋”。從保溫角度，型材斷面最好設計為多腔型材，腔壁垂直于熱流方向分布。因為型材內(nèi)的多道腔壁對通過的熱流起到多重阻隔作用，腔內(nèi)傳熱（對流、輻射和導熱）相應被削弱。特別是輻射傳熱強度隨腔數(shù)量增加而成倍減少。但對于金屬型材（如鋁型材），雖然也是多腔，保溫性能的提高并不理想，其原因是鋁材導熱性能太好，通過腔壁傳導的熱量遠遠大于腔內(nèi)空氣的導熱、對流和壁面輻射傳熱量之和。為了減少金屬框的傳熱，可用PVC塑料作斷熱橋?qū)饘傩筒淖鲾酂崽幚�，這里需要指出的是斷熱橋應有足夠長度（指金屬斷開的距離），才能保證斷熱橋有足夠大的熱阻R （m2・K/W），否則金屬斷熱型材傳熱能力降低效果不明顯。我國目前采用的鋁合金斷熱橋長度一般為5mm，長度偏小是導致鋁合金斷熱幕墻保溫性能不理想的原因之一，斷熱橋一般不宜小于15mm。
2、提高玻璃的質(zhì)量
玻璃是非金屬材料，雖然它的傳熱系數(shù)K僅為0.8～1.0W/m2・K，遠遠低于金屬，但單片玻璃厚度一般為6mm，自身熱阻R非常小，幾乎可以忽略不計。對于玻璃幕墻的傳熱量十分可觀。因此提高幕墻玻璃質(zhì)量是改善幕墻保溫性能的重要途徑之一。
（1）改變玻璃結(jié)構
采用中空玻璃保溫性能會明顯提高。玻璃保溫性能的提高并不是玻璃厚度增加的緣故，而是兩片玻璃之間形成的密閉空氣層具有良好的保溫性能。密閉的空氣層具有一定的熱阻R（m2・K/W），它隨空氣層厚度改變而變化：δ=0～10mm，R隨δ增加幾乎成直線變化；δ=10～30mm，R隨δ增加成拋物線變化；δ>30mm R隨δ增加幾乎不變。合理選擇兩玻之間的空氣厚度δ，可以獲得良好的保溫性能和經(jīng)濟效果。δ一般不宜小于9 mm。如果型材斷面尺寸允許，δ盡可能作大些。δ偏小會降低保溫性能，δ太大既不經(jīng)濟，保溫效果增加也不明顯。
（2）玻璃鍍膜
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熱反射鍍膜玻璃又稱陽光控制膜玻璃，是在優(yōu)質(zhì)浮法玻璃表面用真空磁控陰極濺射的方法鍍一至多層金屬或化合物薄膜而成。薄膜的主要功能是按需要的比例控制太陽直接輻射的反射、透過和吸收，并產(chǎn)生需要的反射顏色。采用熱反射鍍膜玻璃的一大優(yōu)點就是能夠保證透過適量的自然光，同時又能夠阻隔太陽熱進入室內(nèi)，從而節(jié)約照明費用及空調(diào)電費等。產(chǎn)品顏色可選擇范圍寬，其反射率絕大多數(shù)都在30％以下。
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低輻射鍍膜玻璃（又稱LOW-E玻璃）的節(jié)能體現(xiàn)在其對陽光熱輻射的遮蔽性――即隔熱性，對暖氣外泄的阻擋性――即保溫性兩個方面。因使用地域和設計要求的不同，LOW―E玻璃劃分為遮陽型、高透型兩大系列。
高透型LOW―E玻璃的特點是具有較高的可見光透過率，較高的太陽能透過率及極高的遠紅外線反射率。其保溫性特點使其適用于北方寒冷地區(qū)，冬季允許太陽熱輻射進入室內(nèi)以增加室內(nèi)的熱能，并將室內(nèi)暖氣、家用電器及人體發(fā)出的遠紅外熱暖氣反射回室內(nèi)，有效降低暖氣的能耗。其高透光率特點使其適用于不分地域的高通透性外觀設計的建筑，使建筑物透明、通透，突出自然光采。
實驗證明，中空玻璃鍍低輻射膜（其中一塊玻璃鍍膜）后，中空玻璃的熱工性能明顯改善。傳熱系數(shù)K（W/m2・K）由普通中空玻璃的3.0～3.1降為1.7～2.3；在熱箱、冷箱溫度分別為18℃和-20℃左右試驗條件下，里層玻璃內(nèi)表面溫度由4℃左右上升為9℃左右。用空氣層厚度為12mm的低輻射中空玻璃作成鋁合金斷熱幕墻，傳熱系數(shù)K降到1.7W/m2・K，基本上能滿足我國北方嚴寒地區(qū)保溫要求。
遮陽型LOW―E玻璃的特點是具有適中的可見光透過率，較低的太陽能透過率及極高的遠紅外線反射率。其隔熱性、保溫性特點使其不僅適用于南方地區(qū)，也適用于北方地區(qū)，夏季可有效地阻擋太陽照射的熱能進入室內(nèi)（85～90%），并反射來自室外的背景遠紅外熱輻射。盡管冬季它限制了部分太陽熱能的進入，但夏季它將限制更多的太陽熱能進入，因為冬季的太陽能強度僅為夏季的1/3左右，此外其保溫性能也未受到影響。事實上,對我國沈陽以北地域冬、夏兩季節(jié)能效果的綜合模擬計算顯示，其節(jié)能效率優(yōu)于高透型LOW-E玻璃。
對于南方地區(qū)，如果在中空玻璃的外層玻璃鍍熱反射膜，內(nèi)層玻璃鍍低輻射膜，不但將照射在玻璃上的太陽輻射熱的85～90%被反射回去，而且中空玻璃的傳熱能力明顯降低，對降低夏季建筑物內(nèi)的空調(diào)負荷有重要作用。
3、采用遮陽措施
采用遮陽措施對南方炎熱地區(qū)是最有效的節(jié)能辦法。在夏季，陽光透過玻璃射入室內(nèi)，是造成室內(nèi)過熱的主要原因。特別在南方炎熱地區(qū)，如果人體再受到陽光的直接照射，將會感到炎熱難受。在玻璃幕墻上設置遮陽系統(tǒng)，可以最大限度減少陽光的直接照射，從而避免室內(nèi)過熱。設置遮陽后，會有以下作用及效果：
（1）遮陽對太陽輻射的作用。外圍護結(jié)構的保溫隔熱性能受許多因素的影響，其中影響最大的指標就是遮陽系數(shù)。一般來說，遮陽系數(shù)受到材料本身特性和環(huán)境的控制。遮陽系數(shù)就是透過有遮陽措施的圍護結(jié)構和沒有遮陽措施的圍護結(jié)構的太陽輻射熱量的比值。遮陽系數(shù)愈小，透過外圍護結(jié)構的太陽輻射熱量愈小，防熱效果愈好。在廣州地區(qū)進行實測得到的各主要朝向窗口的遮陽系數(shù)分別為：西向17%，南向45%，北向60%。由此可見，遮陽對遮擋太陽輻射熱的效果是相當大的，玻璃幕墻建筑設置遮陽措施更是效果明顯。
（2）遮陽對室內(nèi)溫度作用。遮陽防止室內(nèi)溫度上升有明顯作用，在廣州某西向房間試驗觀測表明：在閉窗的情況下，有、無遮陽 ，室溫最大差值達20 C,平均差值1.4 0 C。而且有遮陽時，房間溫度波幅值較小，室溫出現(xiàn)最大值的時間延遲，室內(nèi)溫度場均勻。因此，遮陽對空調(diào)房間可減少冷負荷，所以對空調(diào)建筑來說，遮陽更是節(jié)約電能的主要措施之一。
（3）遮陽對采光的作用。從天然采光的觀點來看，遮陽措施會阻擋直射陽光，防止眩光，使室內(nèi)照度分布比較均勻，有助于視覺的正常工作。對周圍環(huán)境來說，遮陽可分散玻璃幕墻的玻璃（尤其是鍍膜玻璃）的反射光，避免了大面積玻璃反光造成光污染。但是，由于遮陽措施有擋光作用，從而會降低室內(nèi)照度，在陰雨天更為不利。因此，在遮陽系統(tǒng)設計時要有充分的考慮，盡量滿足室內(nèi)自然采光的要求。
（4）遮陽對建筑外觀的作用。一般人都認為玻璃幕墻設計只能平板化，無法設計外遮陽等遮陽設施，但是由國外的許多案例我們可以發(fā)現(xiàn)金屬玻璃幕墻能以輕巧的金屬板設計成優(yōu)美的遮陽形式并成為建筑造型有趣的一部份。遮陽系統(tǒng)在玻璃幕墻外觀的玻璃墻體上形成光影效果，體現(xiàn)出現(xiàn)代建筑藝術美學效果。因此，在歐洲建筑界，已經(jīng)把外遮陽系統(tǒng)作為一種活躍的立面元素，加以利用，甚至稱之為雙層立面形式。一層是建筑物本身的立面，另一層則是動態(tài)的遮陽狀態(tài)的立面形式。這種具有“動感”的建筑物形象不是因為建筑立面的時尚需要，而是現(xiàn)代技術解決人類對建筑節(jié)能和享受自然需求而產(chǎn)生的一種新的現(xiàn)代建筑形態(tài)。
（5）遮陽對房間通風的影響。遮陽設施對房間通風有一定的阻擋作用，在開啟窗通風的情況下，室內(nèi)的風速會減弱22-47%，具體視遮陽設施的構造情況而定。而對玻璃表面上升的熱空氣有阻擋作用，不利散熱，因此在遮陽的構造設計時應加以注意。
4、采用雙層通風幕墻
雙層幕墻是由內(nèi)外兩層幕墻有機地組成，能產(chǎn)生較普通幕墻更優(yōu)越的功能作用的幕墻系統(tǒng)。雙層幕墻的類型按空氣流在幕墻中的循環(huán)方式分有封閉式內(nèi)循環(huán)和開放式外循環(huán)雙層幕墻。目前應用最廣泛的形式是開放式外循環(huán)雙層幕墻，開敞式外通風幕墻的內(nèi)幕墻是封閉的，采用中空玻璃；外幕墻采用單層玻璃，設有進風口和排風口。它的工作原理如下：在炎熱的夏天，強烈的太陽透過外層幕墻加熱通道中的空氣，產(chǎn)生“煙囪效應”，熱空氣從外層幕墻頂部流出，外界相對較“冷”的空氣從外層幕墻的底部進入補充，實現(xiàn)雙層幕墻“通風。”由于通風作用，流動的空氣帶走內(nèi)層幕墻外表面的熱量，使從內(nèi)層幕墻外表傳入內(nèi)表面（即室內(nèi)）的熱量大大減少，這就可以降低室內(nèi)的空調(diào)負載，實現(xiàn)節(jié)能；在寒冷的冬天，將外層幕墻頂部的出風口關閉，室外的太陽光加熱通道中的空氣，通道中的熱空氣不能流出，使內(nèi)層幕墻外表面的溫度提高，減少內(nèi)層幕墻內(nèi)外表面間的溫差，即可減少室內(nèi)熱量向外界傳播，從而降低室內(nèi)采暖負荷，實現(xiàn)節(jié)能，此即所謂“溫室效應”。
雙層幕墻無須專用機械設備，完全靠自然通風，維護和運行費用低，能有效地起到隔熱和保溫作用。但同時雙層幕墻技術較復雜，又多了一道外幕墻，造價較高。我國雙層通風幕墻尚處在發(fā)展、研究初期，國外應用時間也不長，仍需要各幕墻設計和施工單位多作研究及實踐。
三、節(jié)能幕墻發(fā)展的探討
當前，我國建筑幕墻的保溫性能總體水平與國外有較大差距，北歐和北美國家幕墻傳熱系數(shù)K值已達到1.0（W/m2・K）以下。我國是能耗大國，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，能耗的增量和增速愈來愈快，環(huán)保節(jié)能問題已被越來越多的人所認識和重視，甚至把它提高到有關建筑幕墻的可持續(xù)發(fā)展和國家經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度來認識，節(jié)能勢在必行，節(jié)能工作已是我國的重要產(chǎn)業(yè)政策，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，對建筑幕墻的質(zhì)量使用功能和裝飾效果要求會更高，研究開發(fā)新型節(jié)能幕墻是今后的主攻方向。當前要以政策為指導，以市場為導向，以技術為依托，協(xié)調(diào)發(fā)展、完善多層多品種節(jié)能幕墻，滿足當前建筑市場的需要。同時要有超前的意識，吸收國外先進技術，研究開發(fā)適合我國未來建筑市場所需的新型節(jié)能幕墻，重點應放在提高北方嚴寒地區(qū)幕墻保溫性能。
參考文獻
[1] 《建筑玻璃應用技術規(guī)程》JGJ113-2003.中華人民共和國建設部，北京：中國工業(yè)出版社，2003年3月28日
[2] 《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2005.中華人民共和國建設部，北京：中國工業(yè)出版社，2005年4月4日
[3] 建筑玻璃的節(jié)能特性許武毅著
