摘要：近些年來(lái)，我國(guó)城市建設(shè)得到了快速的發(fā)展，在社會(huì)商品能源總消耗量中建筑能耗比例在逐漸增加，這種現(xiàn)實(shí)情況下直接制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，影響著人們的日常生活。玻璃幕墻作為建筑建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，是適應(yīng)節(jié)能環(huán)保的大趨勢(shì)。本文在此分別從隔熱及遮陽(yáng)兩個(gè)方面對(duì)于玻璃幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)做了一定的研究。
關(guān)鍵詞：玻璃幕墻；節(jié)能設(shè)計(jì)；隔熱；遮陽(yáng)
中圖分類號(hào)：TU201.5
玻璃幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)分析
1、設(shè)計(jì)總思想
在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)對(duì)玻璃幕墻的隔熱、保溫、通風(fēng)和密封性能進(jìn)行充分的考慮，合理選用剛度、強(qiáng)度高的材料，以防止受地震、臺(tái)風(fēng)和自重等因素造成的玻璃幕墻損壞或變形失效，同時(shí)更要考慮節(jié)能要求。
2、材料選擇第一，盡可能采用Low-E鍍鏌玻璃
其膜層對(duì)于太陽(yáng)能造成的熱輻射有著有效的阻礙作用，同時(shí)又有著比一般鍍鏌玻璃更高的透光率，這樣，既能保持室溫節(jié)約空調(diào)用電的同時(shí)，又讓室內(nèi)更多地采用自然光以節(jié)約照明用電。在隔熱要求不太嚴(yán)格的情況下，單片Low-E鍍鏌玻璃是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又有效的選擇。而中空Low-E玻璃則可以滿足更嚴(yán)格的節(jié)能要求。第二，采用隔熱型材，因?yàn)榻饘賯鳠岜绕渌馁|(zhì)快，所以采用傳熱慢的高強(qiáng)度非金屬材料作為隔熱條，把室內(nèi)和室外兩邊的鋁材熱橋斷開。很多廠家都開發(fā)出成熟的隔熱幕墻鋁型材系列供客戶選擇。第三，在間墻與層間，采用保溫隔熱材料填充幕墻與建筑主體之間的空隙，可使房間的獨(dú)立控溫得到保證。在節(jié)能方面，保溫隔熱材料扮演者十分重要的角色。玻璃幕墻采用礦棉、巖棉、玻璃棉等來(lái)充當(dāng)保溫隔熱材料，其具有良好的保溫隔熱性、較低的導(dǎo)熱系數(shù)及650攝氏度的最高使用溫度等優(yōu)點(diǎn)。
3、專業(yè)深化設(shè)計(jì)
在專業(yè)深化設(shè)計(jì)上，不但要注重滿足業(yè)主和建筑設(shè)計(jì)師對(duì)幕墻外觀和強(qiáng)度方面的要求，也要顧及實(shí)際施工方便快捷，保證施工質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能要求。第一，一般幕墻的設(shè)計(jì)，先通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算和熱工計(jì)算，做到不保守，不浪費(fèi)，合理選用滿足規(guī)范要求的型材作為骨架。第二，在條件及預(yù)算許可的情況下，可建議使用雙層幕墻。幕墻外層圍護(hù)結(jié)構(gòu)可防風(fēng)雨，內(nèi)層防人員墜落，兩層幕墻分開施工外，基本構(gòu)造與一般構(gòu)件式幕墻沒什么區(qū)別，只是幕墻外層離墻體的空間較大，而且上下設(shè)置百葉，室內(nèi)熱空氣進(jìn)入幕墻中腔，上升后經(jīng)幕墻頂部百葉排到室外，而室外較冷的空氣從幕墻底部的百葉進(jìn)入幕墻中腔，再進(jìn)入室內(nèi)，通過(guò)熱空氣對(duì)流不斷循環(huán)，使室內(nèi)空氣保持清新，有自然風(fēng)冷的效果，從而節(jié)約空調(diào)用電，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。所以雙層幕墻又被稱為呼吸幕墻。第三，按排風(fēng)量要求選擇百葉。越來(lái)越多的辦公樓采用分體空調(diào)，幕墻上對(duì)應(yīng)空調(diào)室外機(jī)位置設(shè)置排風(fēng)百葉是最常見的做法，但必須計(jì)算百葉排風(fēng)量，不能只求美觀和防水而盲目加密百葉片，以免造成空調(diào)機(jī)組熱交換困難而長(zhǎng)期工作，浪費(fèi)電能。在滿足空調(diào)排風(fēng)量的前提下，再用鋁塑板做百葉周邊的收口，內(nèi)填隔熱綿，這樣既可防水排水，也可隔熱保溫。第四，開啟窗的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)房間分布情況而確定，在室外溫度和濕度等環(huán)境令人更舒適時(shí)，可開啟窗扇。這樣一來(lái)可增加室內(nèi)空氣的流動(dòng)性，通過(guò)流動(dòng)的自然風(fēng)，可以使人感到更加自然舒適，二來(lái)可以不開空調(diào)，節(jié)約電能。但到了使用空調(diào)時(shí)候，開啟窗的氣密性則決定了節(jié)能的成敗。因此必需計(jì)算窗扇型材的強(qiáng)度和剛度，保證其在受風(fēng)壓和自重等荷載時(shí)不會(huì)出現(xiàn)影響氣密性能的變形和破壞，對(duì)于窗的密封膠條和配件必須采用彈性好，耐老化的優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，另外加工時(shí)必須保證窗框窗扇的平整度。以免窗扇關(guān)閉時(shí)出現(xiàn)間隙。
二、隔熱幕墻的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
隔熱幕墻的節(jié)能原理是采用中空玻璃和隔熱斷橋鋁型材來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的。隔熱斷橋鋁型材的隔熱原理是基于產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的隔熱區(qū)域，利用隔熱條將鋁合金型材分隔成兩個(gè)部分。隔熱條“冷橋”選用材料為聚酰胺尼龍66，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.3W/（m2K），遠(yuǎn)小于鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)210W/（m2K），而力學(xué)性能指標(biāo)與鋁合金相當(dāng)。20世紀(jì)70年代末，隔熱斷橋鋁型材在國(guó)外問(wèn)世，主要用于高寒地區(qū)的鋁合金門窗，到20世紀(jì)80年代末開始用于高寒地區(qū)的有框玻璃幕墻。我國(guó)目前在保溫隔熱性能要求很高的建筑中，也開始把它用于明框隔熱玻璃幕墻、隱框隔熱玻璃幕墻及點(diǎn)支式隔熱玻璃幕墻。
此外，在隔熱幕墻中，更重要的是要注意中空玻璃的應(yīng)用與設(shè)計(jì)（因?yàn)樵谀粔χ�，玻璃所占的面積比鋁合金框要大的多）。如果采用10+12A+10中空玻璃，那么其傳熱系數(shù)K達(dá)3.0W/（m2K）左右，傳熱系數(shù)比單層玻璃低了近1/2，可以大大地降低能耗，因此，在保溫性能要求比較高的情況下，應(yīng)采用中空玻璃，如果中空玻璃內(nèi)充入惰性氣體，其K值還以可降至1.3W/（m2K）。
鋁型材節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的總體思路是：在鋁合金型材截面不變的情況下，通過(guò)改變隔熱條和膠條的尺寸，分別裝配不同厚度的中空玻璃，從而達(dá)到不同的隔熱設(shè)計(jì)要求，以供不同地區(qū)、不同類型的建筑、不同要求的業(yè)主選擇。采用隔熱幕墻能起到很好的節(jié)能和降噪效果。與普通的單層玻璃相比，節(jié)省能耗約25%~50%，降噪約達(dá)30db~40db.動(dòng)態(tài)幕墻的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)幕墻是一種新型的節(jié)能幕墻，是幕墻技術(shù)的新發(fā)展。根據(jù)其結(jié)構(gòu)，可以分為“封閉式內(nèi)循環(huán)體系”和自然通風(fēng)的“敞開式外循環(huán)體系”兩種類型。前者需要通過(guò)電機(jī)強(qiáng)制抽風(fēng)，因而總體節(jié)能水平不高；后者通過(guò)自然通風(fēng)，所以節(jié)能效果更為明顯。
自然通風(fēng)式動(dòng)態(tài)幕墻的構(gòu)造，其外層由單層玻璃及非絕熱桿件組成的敞開結(jié)構(gòu)玻璃幕墻，內(nèi)層由絕熱桿件和中空玻璃組成的推拉門（或推拉窗）幕墻體系。兩層幕墻之間的熱通道一般裝有可自動(dòng)調(diào)控的百葉。在熱通道的上下兩端裝有排風(fēng)和進(jìn)風(fēng)裝置。
其運(yùn)行原理可以按照不同的季節(jié)說(shuō)明。夏天：內(nèi)外兩層幕墻中間熱通道的溫度很高時(shí)，可打開熱通道上下兩端的排氣口裝置，在熱通道內(nèi)由于熱煙囪效應(yīng)產(chǎn)生自下而上的氣流運(yùn)動(dòng)，帶走了通道內(nèi)的熱量，這樣可以降低內(nèi)側(cè)幕墻的外表面溫度，減少空調(diào)制冷的負(fù)荷，節(jié)約能源，降低能耗。通過(guò)對(duì)通道上下兩端排氣、進(jìn)氣裝置的調(diào)控，在通道內(nèi)形成負(fù)壓，利用內(nèi)側(cè)幕墻兩邊的壓差和開啟扇，可以隨時(shí)向室內(nèi)輸入新鮮空氣。冬天：通道上下兩端的排氣口裝置關(guān)閉，內(nèi)外兩層玻璃幕墻間的熱通道由于陽(yáng)光的照射，溫度升高，像一個(gè)溫室，這樣等于提高了內(nèi)側(cè)幕墻外表面的溫度，減少了建筑物采暖的運(yùn)行費(fèi)用。春、秋兩季溫度適中之時(shí)，不存在采暖和制冷，可以打開推拉門和室外自然氣溫交流而達(dá)到平衡。
三、遮陽(yáng)幕墻構(gòu)造設(shè)計(jì)
根據(jù)地區(qū)的氣候特點(diǎn)和房間的使用要求，可以把遮陽(yáng)作為永久性的或臨時(shí)性的。永久性的就是在玻璃幕墻內(nèi)外設(shè)置各種形式的遮陽(yáng)板和遮陽(yáng)簾，臨時(shí)性的就是在玻璃的內(nèi)外設(shè)置輕便的布簾，竹簾，軟百頁(yè)，帆布蓬等。在永久性的遮陽(yáng)設(shè)施中，按其構(gòu)件能否活動(dòng)，有可分為固定式或活動(dòng)式兩種�；顒�(dòng)式的遮陽(yáng)可視一年中季節(jié)的變換，一天的時(shí)間變化和天空的陰晴情況，任意調(diào)節(jié)遮陽(yáng)板的角度；在寒冷的季節(jié)，可以避免遮擋陽(yáng)光，爭(zhēng)取日照。
1、遮陽(yáng)板面的組合與構(gòu)造
在滿足阻擋直線陽(yáng)光的前提下，可以有不同板面組合的形式，應(yīng)該選擇對(duì)通風(fēng)，采光，視野，構(gòu)造和立面處理等要求更為有利的形式。為了使于熱空氣的散逸，并減少對(duì)通風(fēng)，采光的影響，常將板面做成百頁(yè)的或部分做成百頁(yè)的，或中間層做成百頁(yè)的。遮陽(yáng)板可用鋁板，輕金屬或混泥土制做。
2、遮陽(yáng)板的安裝位置
遮陽(yáng)板安裝的位置對(duì)防熱和通風(fēng)的影響很大。例如將板面緊靠墻面布置時(shí)，受熱表面加熱而上升的熱空氣將受室外風(fēng)壓作用導(dǎo)入室內(nèi)。這種情況對(duì)綜合式遮陽(yáng)更為嚴(yán)重，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，板面應(yīng)該離開玻璃墻面一定的距離安裝，以使大部分熱空氣沿著墻面排走，且應(yīng)使遮陽(yáng)板盡可能減少擋風(fēng)，最好還能兼起導(dǎo)風(fēng)入室作用。
3、材料與顏色
為了減輕自重，遮陽(yáng)構(gòu)件以采用輕質(zhì)量為宜。遮陽(yáng)構(gòu)件經(jīng)常暴露在室外，受日曬雨淋，容易損壞，因此要材料堅(jiān)固耐久。如果遮陽(yáng)室活動(dòng)式的，又要求輕便靈活，以便調(diào)節(jié)或拆除。材料的外表面對(duì)太陽(yáng)輻射熱的吸收系數(shù)要小，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)上述的要求并結(jié)合實(shí)際情況來(lái)選擇適宜的遮陽(yáng)材料。
遮陽(yáng)的構(gòu)件的顏色對(duì)隔熱效果也有影響。以安裝在玻璃幕墻內(nèi)側(cè)的百葉簾為例，暗色、中間色和白色的遮陽(yáng)系數(shù)分別為：86%、74%和62%.白色的比暗色的要減少24%.為了加強(qiáng)表面的反射，減少吸收，遮陽(yáng)簾朝向陽(yáng)光的一面，應(yīng)為淺色發(fā)亮的顏色，而在背陽(yáng)光的一面，應(yīng)為較暗的無(wú)光澤顏色，以免引起眩光。
4、外遮陽(yáng)和內(nèi)遮陽(yáng)
一般來(lái)講，室外南向仰角45°的水平遮陽(yáng)板，可輕易遮去68％的太陽(yáng)輻射熱。裝在窗口內(nèi)側(cè)的布簾，軟百頁(yè)等遮陽(yáng)設(shè)施，其所吸收的太陽(yáng)輻射熱，大部分散發(fā)給室內(nèi)空氣。裝在外側(cè)的遮陽(yáng)板，吸收的輻射熱，大部分散發(fā)給室外的空氣，從而減輕了對(duì)室內(nèi)溫度的影響。因此采用外遮陽(yáng)（遮陽(yáng)板）是最好的建筑節(jié)能之道。
