摘要:幕墻主要是指懸掛或支承在主體結(jié)構(gòu)上的外墻。廣義的幕墻可以包括由任何建筑材料構(gòu)成的建筑物圍護(hù)墻,狹義的幕墻專指現(xiàn)代化高層建筑的輕金屬或玻璃圍護(hù)墻。幕墻由鑲嵌或懸掛在建筑物鋼質(zhì)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)外的無(wú)數(shù)輕金屬或玻璃預(yù)制單元組成,因其不承受荷載、大片連接又質(zhì)輕如幕,故名＂幕墻＂。也有的幕墻采用不銹鋼、搪瓷、塑料、輕混凝土等材料制成。幕墻構(gòu)件在建筑物結(jié)構(gòu)中主要起到圍護(hù)的作用,不作為主要抵抗外荷載作用的受力構(gòu)件。本文結(jié)合工作實(shí)踐針對(duì)現(xiàn)代建筑幕墻節(jié)能中的節(jié)能體系、節(jié)能新技術(shù)、節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一系列的探討。
關(guān)鍵詞:現(xiàn)代建筑幕墻節(jié)能體系節(jié)能新技術(shù)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例分析
中圖分類號(hào)： TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，玻璃幕墻在建筑上的應(yīng)用越來(lái)越多，在一些公共建筑特別是高層辦公樓中，玻璃幕墻幾乎成了建筑立面的代言。現(xiàn)代建筑幕墻已不再僅僅是一種簡(jiǎn)單的裝飾性外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其對(duì)于大廈的環(huán)保節(jié)能性能的影響，已經(jīng)達(dá)到了至關(guān)重要的地步。幕墻的環(huán)保節(jié)能程度也已成為人們衡量幕墻品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，而節(jié)能計(jì)算是建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。
一、幕墻建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)原則
建筑幕墻的節(jié)能是在對(duì)建筑周邊的自然環(huán)境，如光線、溫度、風(fēng)壓、氣候狀況等充分分析和了解的基礎(chǔ)上，針對(duì)建筑本身的朝向、高度、室內(nèi)功能等特點(diǎn)，通過(guò)有效地系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)室內(nèi)環(huán)境起到適應(yīng)和調(diào)整的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程需要綜合多種因素考慮，需要處理多種關(guān)系，如隔熱和得熱、采光和遮陽(yáng)、通風(fēng)和熱交換的關(guān)系，氣密性、水密性和傳熱、隔聲的關(guān)系等等。這個(gè)過(guò)程不應(yīng)僅僅依據(jù)于單一的狀態(tài)指標(biāo)，如傳統(tǒng)的傳熱系數(shù)K值就能夠說(shuō)明和解決的。因此，節(jié)能幕墻的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下原則：
科學(xué)性：需綜合、全面權(quán)衡各因素，充分考慮其功能、性能等諸多方面，合理選型（幕墻的型式和窗墻面積比）、選材和構(gòu)造。
適用性：結(jié)合環(huán)境因素與項(xiàng)目的具體情況，參照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定與地方要求，認(rèn)真落實(shí)國(guó)家有關(guān)節(jié)能政策，同時(shí)要處理好建筑低能耗與高舒適度的關(guān)系。
經(jīng)濟(jì)性：建筑幕墻只是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，只是建筑節(jié)能的一個(gè)方面，節(jié)能的考慮需全盤考慮，只有達(dá)到節(jié)能與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一才能體現(xiàn)節(jié)能的作用與價(jià)值。
二、幕墻節(jié)能體系的選用
2.1 雙層幕墻技術(shù)
以節(jié)能環(huán)保為目的，近年來(lái)幕墻行業(yè)在開(kāi)發(fā)新型幕墻結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了很多有益探索，取得了一些成果。這其中雙層幕墻技術(shù)尤其引人注意。其節(jié)能原理是，循環(huán)幕墻由雙層玻幕或一層玻幕及一層普通開(kāi)窗墻體組成，內(nèi)外兩層均上下設(shè)置通風(fēng)口，夏季時(shí)打開(kāi)外層上下通風(fēng)口，在陽(yáng)光的照射下，中間空氣層溫度升高而自然上浮，形成自下而上的空氣流，由于煙囪效應(yīng)帶走通道的熱量，降低內(nèi)層表面溫度。冬季時(shí)，關(guān)閉外層通風(fēng)口，打開(kāi)內(nèi)層通風(fēng)口，夾層中的空氣在陽(yáng)光的照射下溫度升高，形成一個(gè)小溫室有效提高內(nèi)層玻璃及空氣溫度，氣體自然上浮，與室內(nèi)形成微量氣體循環(huán)，提高室內(nèi)溫度，減少熱負(fù)荷的需求。這種雙層玻璃幕墻與傳統(tǒng)的單層玻璃幕墻相比，采暖時(shí)可以節(jié)約能據(jù)42%-52%，制冷時(shí)可以節(jié)約能源38%-60%。
2.2 節(jié)能百頁(yè)技術(shù)
節(jié)能百頁(yè)是對(duì)傳統(tǒng)百葉遮陽(yáng)的綜合改進(jìn)。由于太陽(yáng)直射對(duì)建筑的冷熱負(fù)荷有直接影響，冬季的陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，夏季遮陽(yáng)能有效地控制負(fù)荷總值。但傳統(tǒng)建筑中的百葉或掛于室內(nèi)，難以高效控制己人室內(nèi)的熱量；或懸于室外，不能形成循環(huán)通風(fēng)道，或多或少地對(duì)建筑節(jié)能有一定的負(fù)面影響。中掛百葉是幕墻改革的一個(gè)較好方案，這種百葉幕墻解決了適時(shí)調(diào)節(jié)百葉的角度，以最佳狀態(tài)達(dá)到節(jié)能的目的。
三、現(xiàn)代建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的重要技術(shù)參數(shù)
3.1 窗墻比：
《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189中將窗墻比的上限定為0.7，一般來(lái)說(shuō)，某個(gè)立面即使是采用全玻璃幕墻，扣除各層樓板及樓板下面梁的面積(因?yàn)闃前寮皹前逑旅媪号c幕墻之間的間隙必須設(shè)置保溫隔熱材料)，其窗墻比也不超過(guò)0.7。
3.2 傳熱系數(shù)(K)：
K值是門窗傳熱系數(shù)的指標(biāo)，表示門窗內(nèi)外溫差是10K時(shí)，每平方米面積門窗上所流失的能量值，其定義是：
K=Q1/(TO一Ti)
TO⋯ 室內(nèi)溫度
Ti⋯ 室外溫度
Q1⋯ 1小時(shí)內(nèi)通過(guò)1m2由室外傳入室內(nèi)的熱量
3.3 遮陽(yáng)系數(shù)SC
遮陽(yáng)系數(shù)SC，它是玻璃的太陽(yáng)能總透過(guò)率與3mm無(wú)色透明玻璃太陽(yáng)能總透過(guò)率的比值，即玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)是義為
SC= Q2/0.889
Q2--包括太陽(yáng)光的直接透射率和玻璃吸收太陽(yáng)光后以熱輻射的形式向室內(nèi)的二次透射率。
除嚴(yán)寒地區(qū)未對(duì)Sc做明確量化控制以外，其它三類地區(qū)均對(duì)門窗的遮陽(yáng)系數(shù)有明確要求。對(duì)于寒冷地區(qū)而言外遮陽(yáng)可以不做重點(diǎn)考慮，因?yàn)橹锌詹ＡУ腟C一般在0.8左右，加至窗框的所占整窗比例經(jīng)綜合平均，達(dá)到相應(yīng)要求難度不大，但對(duì)夏熱冬冷及夏熱冬暖地區(qū)，SC的要求應(yīng)予重視。
3.4 體形系數(shù)
體形系數(shù)是指建筑物外表面積對(duì)比整體建筑物的建筑面積的比例。在本標(biāo)準(zhǔn)中，體形系數(shù)是嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)對(duì)外門窗K值要求的第二分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。由于外表面積比例越大，就會(huì)導(dǎo)致建筑傳熱損失越大，而傳熱損失對(duì)室內(nèi)外溫差最為敏感，所以就冬季室內(nèi)外溫差較大的取暖地區(qū)而言，體形系數(shù)越大則對(duì)外窗保溫要求就越高。
四、現(xiàn)代建筑幕墻節(jié)能在主要材料中熱工分析
建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)考慮的主要構(gòu)件為玻璃及鋁合金型材，以下對(duì)這兩大材料的熱工性能進(jìn)行分析：
4.1 建筑幕墻玻璃
近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了以下有利于節(jié)能的新型玻璃。陽(yáng)光輻射控制玻璃（a.光譜選擇透過(guò)性玻璃、b.透過(guò)率可調(diào)玻璃)和隔熱玻璃（a.惰性氣體隔熱玻璃b.氣凝膠隔熱玻璃c.真空隔熱玻璃）等。
另外依據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189的要求，對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)，根據(jù)不同的體型系數(shù)和窗墻比，傳熱系數(shù)的限值為1.5―3.2W／(m2•K)可滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。普通中空玻璃的傳熱系數(shù)2.5―3.2W／(m2•K)，只能部分滿足節(jié)能設(shè)計(jì)要求，而LOW―E中空玻璃,其傳熱系數(shù)為1.5―2.1W／(m2•K)，可滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
LOW―E中空玻璃，特別是雙銀L0W―E中空玻璃，不但其傳熱導(dǎo)數(shù)低，保溫性能良好，其遮陽(yáng)系數(shù)也可降至0.3～0.6，隔熱性非常好，可滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》在任何地區(qū)對(duì)玻璃傳熱系數(shù)和遮陽(yáng)系數(shù)的要求，因此建議設(shè)計(jì)上采用此種玻璃，以滿足建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)的需要。
4.2 建筑幕墻鋁合金型材
除玻璃為熱傳導(dǎo)的主要部件外，構(gòu)成幕墻系統(tǒng)的另外一個(gè)重要構(gòu)件--鋁合金型材對(duì)能量的傳導(dǎo)也起到比較大的影響作用，鋁合金型材的框邊與玻璃面積的比例達(dá)到8％一18％，并且鋁合金的熱傳導(dǎo)能力是玻璃的上百倍，傳熱系數(shù)達(dá)到203W／(m2•K)，普通的鋁合金框架將形成熱橋產(chǎn)生能耗及結(jié)露的影響。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用鋁合金斷橋處理做法，斷橋的材料也不同，如聚酷膠(PA)斷熱條，聚氨酷(PU)等。
斷熱鋁型材亦稱隔熱鋁型材或絕熱鋁型材，由鋁與塑料復(fù)合而成，其中間塑料隔熱層主要生產(chǎn)工藝有嵌入式、擠壓式和填充式等。
五、現(xiàn)代建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算
本項(xiàng)目總建筑面積5.8萬(wàn)m2，地下1層，地上25層，高92m，大樓采用半隱框L0W―E中空玻璃幕墻5100m2，鋁合金L0W―E玻璃窗3900m2，石材幕墻2lO00m2。
在節(jié)能設(shè)計(jì)上，由于項(xiàng)目所處地區(qū)處于夏熱冬暖地區(qū)，夏季時(shí)間長(zhǎng)，陽(yáng)光照射強(qiáng)烈，節(jié)能的主要方向?yàn)樘岣邍o(hù)系統(tǒng)的隔熱效果，盡量降低陽(yáng)光照射的面積，提高外窗的遮陽(yáng)效果，減少室外的熱量傳入室內(nèi)，本工程采取下列節(jié)能措施：首先對(duì)大廈東西向日照時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度高的立面上采用具有高隔熱性的25mm厚非透明石材幕墻，石材后置20mm保溫棉，80mm空氣層，后置鋼筋混凝土架，上砌粘土磚砌體，墻厚200mm，所有鋁合金窗與非透明石材幕墻的窗墻比只有0.22，這與國(guó)家節(jié)能規(guī)定上限0.7少了近3倍，并且所有窗采用具有外遮陽(yáng)性的凸出300mm的窗套，具有很強(qiáng)的遮陽(yáng)性。幕墻不透光部分的熱阻為：
RO= Ri+ 尺+ 尺棉+ 尺空+ 尺e= 0.11+0.134+O.O2／O.05+0.18+0.148+0.05=0.89(m2•K)／W，K=1／RO=1.12W／(m2•K)
滿足節(jié)能要求。對(duì)采光要求高的南北面，主要設(shè)計(jì)為L(zhǎng)OW―E中空玻璃幕墻，有透光率大，通風(fēng)量好的特點(diǎn)。
南北面用的LOW―E中空玻璃幕墻，其幕墻不透光部分每層間采用6mmLOW―E+9A 中空層+6mm玻璃后加20m 保溫棉，空氣層的熱阻值為夏季：
RO= Ri+ 尺+ 尺棉+ 尺空+ 尺e= 0.11+0.134+O.O2／O.05+0.18+0.04=1.064(m2•K)／W，K=1／RO=0.94W／(m2•K)南北面窗墻比為1.(1.15×26)／92=0.675，根據(jù)節(jié)能要求選用K≤3.0／(m2•K)，此設(shè)計(jì)也達(dá)到節(jié)能的要求。
該項(xiàng)目所有的幕墻、門窗玻璃均采用了隔熱性及遮陽(yáng)系數(shù)較高的6mm LOW―E+9A 中空層+6mm雙鋼化節(jié)能玻璃。
該工程在鋁合金型材的構(gòu)造上在考慮經(jīng)濟(jì)條件及所處地區(qū)的夏熱冬暖地區(qū)常年溫差不大，鋁合金表面不易產(chǎn)生結(jié)露，沒(méi)有選用節(jié)能斷熱型材，但在室內(nèi)、室外的鋁合金型材之間增加一種傳熱系數(shù)很小，只有0.16W／Mkr PVC尼：龍墊片，有效阻止室內(nèi)外熱量通過(guò)傳熱性很強(qiáng)的鋁合金傳導(dǎo)，而起到很好的節(jié)能效果，如圖1所示：
圖1幕墻鋁合金型材節(jié)能的隔熱措施
六、結(jié)束語(yǔ)
在資源有限、科技快速發(fā)展的今天，節(jié)能的話題已經(jīng)是全球關(guān)注的重要課題，我國(guó)的建筑節(jié)能工作已成為當(dāng)務(wù)之急。“北京建筑外墻熱損失是加拿大的4.4倍，窗戶熱損失是加拿大的2.2倍，屋頂熱損失是加拿大的4.2倍。”這是我國(guó)著名的能源戰(zhàn)略專家牛文元先生在前不久召開(kāi)的一次論壇上引用的數(shù)字，數(shù)字的反差深刻揭示了我國(guó)建筑能耗的現(xiàn)狀，更加預(yù)示著我國(guó)建筑節(jié)能有著巨大的潛力，建筑的節(jié)能工作任重道遠(yuǎn)。不論是在節(jié)能觀念、節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用、新能源或清潔能源的使用、節(jié)水節(jié)材方面、供熱技術(shù)等等我們和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比我們能做的實(shí)在是太多了。長(zhǎng)期以來(lái)，人們總是認(rèn)為幕墻建筑不節(jié)能，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，幕墻節(jié)能材料和節(jié)能系統(tǒng)的不斷完善，玻璃幕墻也可以做出很節(jié)能的建筑物。幕墻節(jié)能，并不是人民想象存在技術(shù)上的問(wèn)題，更多的是我們對(duì)它的重新認(rèn)識(shí)與合理運(yùn)用的問(wèn)題。隨著國(guó)家的各項(xiàng)節(jié)能法規(guī)的深入貫徹，相信節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用將得到更大的推廣。
