浅析建筑玻璃幕墙及窗的节能措施

王振强

摘要：随着现代建筑透明度的越来越高，玻璃幕墙及窗户面积越来越大，节能和建筑玻璃幕墙及窗的矛盾也就越来越突出，这就需要从多方面着手解决玻璃幕墙及窗的能耗问题。

关键词：玻璃幕墙及窗；节能措施；窗墙面积比例；传热系数；遮阳系数值；遮阳构造

中图分类号：TU22 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0095-02

能源问题已成为21世纪的热门话题，建筑作为耗能的大户已经越来越引起人们的关注。门窗是建筑围护结构的重要组成部分，是建筑物外围开口部位，也是房屋室内与室外能量阻隔最薄弱的环节。有关资料表明，通过门窗传热损失能源消耗约占建筑能耗的28%，通过门窗空气渗透能源消耗约占建筑能耗的27%，两者总计占建筑能耗的50%以上。可见，建筑节能的关键是门窗节能。随着现代建筑透明度的越来越高，玻璃幕墙及窗户面积越来越大，节能和建筑玻璃幕墙及窗的矛盾也就越来越突出，这就需要我们从多方面着手解决玻璃幕墙及窗的能耗问题。

一、玻璃幕墙及窗耗能的主要原因

玻璃幕墙及窗主要由玻璃和金属型材组成，它们的传热系数都相对较高，幕墙及外窗是建筑能耗散失的最薄弱部位，同时玻璃作为一种透明材料，热透射率高，其能耗占建筑总能耗的比例较大，其中传热损失约为1/3，空气渗透约为1/3。传热有对流、辐射、导热三种基本的方式，玻璃幕墙及窗的传热是上述三种方式综合作用的结果，空气渗透是由于幕墙及窗的气密性不高而造成。

二、玻璃幕墙及窗的节能措施

（一）控制玻璃幕墙及窗的面积比例

《公共建筑节能设计标准-GB50189-2005》中对建筑中玻璃幕墙及窗的使用提出了严格的限制，建筑每个朝向上的窗（包括透明幕墙）墙面积比例均不得大于0.70。同时标准对不同窗墙比的窗（包括透明幕墙）的传热系数作了明确规定，窗墙比越大的对窗（透明幕墙）的传热系数限值要求越高，这就要求玻璃幕墙比例越大时，越应增加投资选择节能系数更高的幕墙。当然，这些规定并不是说纯玻璃幕墙的建筑不能存在，而是要求必须至少有一定面积的外墙（不少于30%）与玻璃幕墙间隙内必须填充保温隔热材料，这部分外墙可以采用非透明的玻璃，如彩釉玻璃，甚至采用透明的玻璃，在设计中应注意玻璃背后的保温隔热材料的视觉效果。

在建筑设计中窗并不是面积越小越好，在满足自然采光通风的条件下，冬天透过幕墙及窗的日照能够节约一定的采暖能耗。不同地区什么数值的窗墙比能达到一个最佳平衡点是科研人员应该通过大量试验分析的。节能规定在一定程度上给建筑师的创作带来一定的制约，建筑师使建筑透明化的欲望不可避免地与建筑节能相矛盾，但建筑师的视野不应仅仅局限于外在形式上，建筑的内在品质应是更为重要的内容。

（二）降低玻璃幕墙及窗的传热系数

1．提高玻璃的热阻。选择高性能的中空玻璃，如采用暖边间隔条、中空层填充惰性气体，甚至为真空的中空玻璃。

2．提高金属型材的热阻。窗最好采用塑钢复合窗、塑料窗及断桥隔热型节能型材，这样可避免金属窗产生的冷桥。

3．提高幕墙及窗的气密性，减少室内外空气对流传热。在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，尽量提高住宅外窗的气密性，减少冷空气渗透。如设置泡沫塑料密封条，使用新型的、密封性能良好的窗材料。而窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料（如毛毡）、弹性密闭型材料（如聚乙烯泡沫材料）、密封膏以及边框设灰口等密封；框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等；扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等;扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。

4．采用性能更为优异的双层通风幕墙系统。双层通风幕墙的基本特征是双层幕墙和空气流动、交换，所以这种幕墙被称为双层通风幕墙。双层通风幕墙对提高幕墙的保温、隔热、隔声功能起到很大的作用。但双层通风幕墙的结构复杂，使用材料较多，成本较高。

（三）控制玻璃幕墙及窗遮阳系数值

衡量外围护结构的热工性能除了传热系数外，另一个指标就是遮阳系数。遮阳系数就是透过实际外围护结构（玻璃幕墙及窗）的太阳辐射热量和透过标准窗玻璃（我国为3mm普通平板玻璃的平均值）的太阳辐射热量的比值。遮阳系数愈小，透过外围护结构的太阳辐射热量愈小，防热效果愈好。遮阳系数受遮阳系统构造形式、材料本身特性、建筑所处地区、朝向等多种因素的影响。

1．选择遮阳系数高的玻璃或特殊镀膜层的Low—e玻璃以减少辐射传热。

2．采用各种形式的可调节遮阳系统控制太阳辐射热的传播。

由于太阳辐射热和太阳光照在特定季节和时间对建筑节能是有益的，因此在建筑中能根据季节及气候状况灵活控制玻璃幕墙及窗的遮阳系数是最佳的解决方案。在玻璃幕墙及窗上设置遮阳系统是最为简便，有效地降低遮阳系数的方法，它的作用主要有：

1．阻挡漫反射直射到玻璃面上的阳光以及玻璃反射光，防止产生眩光。

2．控制部分太阳辐射热对室内环境的影响。

3．影响室内通风及玻璃表面换热，在构造设计时应注意在遮阳设施与玻璃表面间设置一定的距离保证气流流通。

4．丰富建筑外观。遮阳构件已成了建筑师立面设计的一种新语言，在玻璃幕墙外侧设置不同形式的遮阳系统可以在墙体上形成丰富的光影效果，体现出现代建筑的美感。仅将遮阳设施作为一种流行的纯粹装饰的形式而不顾遮阳构造原理的手法是不可取的。

玻璃幕墙及窗的遮阳系统按其所在的位置分主要有以下几种模式：

1．内部遮阳，在玻璃幕墙内侧采用传统的遮阳百叶、遮阳卷帘等。

2．外部遮阳，在玻璃幕墙外采用类似于传统的遮阳体系，如百叶窗、遮阳卷帘、格栅、遮阳板等。这类遮阳构件对结构强度及耐久性的要求相对较高，能够抵抗风雨等外界影响。

在玻璃的内部设置轻便的布帘、竹帘、水平或垂直百叶和在外部设置遮阳帘、百叶、帆布篷等是最为简便的遮阳设施。安装在建筑内部的遮阳设施除了将部分太阳辐射反射回去外，还将它所吸收的太阳辐射热传递给室内空气。而安装在建筑外部的遮阳设施可以将吸收的辐射热散发到室外空气中，减少了对室内温度的影响，由此看出外遮阳比内遮阳的效果要好得多。

玻璃幕墙及窗的遮阳系统从可调节性来分又有固定式遮阳及活动式遮阳。活动式的遮阳可根据季节的变换、时间的变化和室外天气情况，通过人工、机械甚至智能化手段控制调节遮阳板的开合角度以达到控制太阳辐射进入室内的比例。这种可调节遮阳设施灵活性大、使用合理，可以结合机械、自控甚至智能装置控制遮阳板的角度，达到最佳的遮阳效果，因此在越来越重视节能的今天它是最为合理的方式。相比而言，固定式外遮阳不利于季节，气候、时间转换时的不同需求，一般仅仅适合于东西向的幕墙以及以减少太阳辐射热为主的夏热冬暖地区。

玻璃幕墙及窗的遮阳系统从形式来分有不同材质的遮阳板、遮阳百页、遮阳帘等。遮阳百页、遮阳帘一般都是可调节的，遮阳板一般都是固定的，根据不同形式又可分为垂直式遮阳、水平式遮阳、挡板式和综合式遮阳。各种遮阳板的基本形式以及适用情况是不同的：

1．垂直式遮阳是采用伸出的垂直式遮阳板，能有效地遮挡太阳高度角较小的，从玻璃侧斜射进来的阳光。如果垂直遮阳板与玻璃墙面呈一定角度，同样可有效遮挡东西向的阳光。

2．水平式遮阳是采用伸出单层或几层重叠的水平向平板遮阳，能有效地遮挡太阳高度角较大的阳光，故一般适用于南向以及南稍偏东西方向的玻璃幕墙。

3．综合式遮阳是水平及垂直方向组合的综合式遮阳，能有效地遮挡太阳高度角中等的，从玻璃窗前射下来的阳光。遮阳效果比较均匀，适用于东南或西南向的玻璃幕墙建筑。

4．挡板式遮阳能有效地遮挡太阳高度角较小的，正射窗口的阳光，主要用于东西向的遮阳构造。

除了采用建筑构件的方式外，还可以通过整体的设计采用更为生态化的方式解决。如在一二层高的玻璃幕墙前种植落叶的植物，夏季利用植物形成的阴影达到遮阳、降低幕墙周围温度的目的；冬季树叶落光，可使室内得到更充足的日照。遮阳构造设计必须根据建筑所在地区、不同季节的日照情况经过计算、综合比较来确定遮阳板的尺寸、方向、角度、间距等。当然，可调节的遮阳设施与这种固定的遮阳设施相比无疑具有更大的灵活性及适应性。综合来看，在玻璃幕墙及窗的遮阳系统设计中我们应该注意以下几个大原则：

1．优先选用效率更高的外遮阳系统。

2．优先选用适应性强的，易于室内控制调节的可调节遮阳系统。

3．优先选用耐久性好的质轻高强材料制成的遮阳系统。

三、结语

对于玻璃幕墙及窗上述节能措施，我们应该从实际出发、灵活运用，达到预期的节能效果。如在冬季，阳光的照射能够提高室内的温度，有利于建筑的节能，因此降低幕墙及窗的传热系数以减少温差传热是节能的主要途径之一；在夏季，太阳辐射热透过玻璃射入室内，是造成室内过热、空调冷负荷大幅增加的主要原因，因此降低幕墙及窗的遮阳系数值以减少进入室内的太阳辐射是节能的主要途径。我国不同地区的气候条件差异较大，在严寒及寒冷地区，减少采暖的能耗是主要应该解决的问题，因此幕墙及窗的节能主要在于降低其传热系数；而在夏热冬暖地区，减少空调制冷的能耗是主要应该解决的问题，因此对幕墙及窗的遮阳系数要求相对较高；在夏热冬冷地区，则需两者并重，并通过一些能耗模拟计算模型进行仔细分析。

参考文献

[1]中国建筑科学研究院．公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）[S]．

[2]佟万泉．浅谈节能建筑的设计[J]．科技创新导报，2007，（34）.

[3]刘向明．浅析节能建筑的设计[J]．广西师范学院学报，2007，（4）.

[4]建筑节能设计标准对门窗节能指标提出新要求[J]．广东建材，2008，（11）.

[5]褚智勇．建筑设计的材料语言[M]．北京：中国电力出版社．