玻璃幕墙的节能优化设计

◎ 山东省东营市东营区住房和城乡建设局 赵建文

能源问题是当前世界各国普遍重视的问题，并已被列为人类面临的四大生存问题之一。在全世界的能源消耗中，无论是发达国家还是发展中国家，玻璃幕墙能耗在建筑总能耗中所占的比重都是很大的，约为30%～60%。因此，在世界范围内能源问题日益紧迫、建筑能耗不断增长的今天，世界各国又都将建筑节能工作列为工作中的重点。

1 引言

随着现代建筑飞越发展，玻璃幕墙作为现代化建筑的主要外围护结构表现形式之一，在各个地区均被广为利用，因此其设计不仅要满足建筑美学和建筑功能的要求，而且要更多地考虑热工设计，充分体现当前国际上流行的建筑设计三大原则：“开放与交流、舒适与自然、环保与节能。”如何定量地分析和改善玻璃幕墙的节能和提高效益就显得非常重要。

2 规划设计优化

幕墙的设计应科学合理，避免玻璃幕墙带来的光反射污染，不要将幕墙建筑安排的过于集中，不面向居民楼设置玻璃幕墙，限制在并列的或相对的建筑物上采用全部玻璃幕墙。在丁字路口和居民区20m以下高度不采用大面积,高反射率的镀膜玻璃。玻璃的阳光控制膜有低辐射、吸热等不同数值可供选择，如反射率在8%～70%之间变化，可根据使用要求来调整。落地幕墙可采用在墙角布置绿化遮挡热量，也可改用反射率低的铝板、石板材等。

表1 单双层玻璃效果比较

3 玻璃幕墙的面积和朝向

(1)一般情况下，玻璃的边长比宜为(1.2～1.5)∶1，不宜大量划分正方形和1∶2以上的狭长矩形，通常玻璃原板的尺寸为212～214m宽，313～316m长，划分玻璃时要尽量利用玻璃原板，减少边角余料，一般要求材料的利用率在80%以上为好。

(2)在满足要求的前提下，应尽量减小幕墙的面积。朝向不同，会引起太阳辐射得热量的不同。一般，幕墙朝南较其它方向为优，建议尽量避免幕墙朝西，幕墙朝东的情形与幕墙朝西的相同。幕墙朝北则因采光欠佳，而且冬季太阳辐射得热量较小，所以应该慎用。

4 玻璃选择

玻璃是幕墙和门窗中难以替代的最重要材料，虽然玻璃技术的进步提供了许多选择，但是将采光为主的玻璃放到有多种功能要求的幕墙中，问题并不简单。玻璃对节能的贡献不容忽视，玻璃的节能归根到底离不开玻璃本身所具有的反射、透射、散射以及聚光特性。对光线反射、折射、散射和聚光的应用将对室内光线的均匀分布及避免阳光眩光、防止热辐射起重大作用。

目前采用较多的是单层反射玻璃和双层玻璃。单层反射玻璃反射30%的太阳辐射热。IN TERPANE提供的镀膜热反射玻璃IA108可达到37%。双层玻璃则更胜一筹。两者的优劣比较见表1。目前幕墙设计中，对玻璃幕墙的初投资较为重视，而对其它项考虑不足，如果能综合考虑上述各项，权衡利弊，就可以做出明智的选择。

在双层玻璃窗中充空气和氩气，节能效果也可得到大大提高。可采用洁净空气双层玻璃窗、洁净氩气双层玻璃窗、洁净高得热系数的空气双层Low-E(e2=0.1)玻璃窗、洁净高得热系数的氩气双层Low-E(e2=0.1)、洁净低得热系数的空气双层Low-E(e2=0.04)、洁净低得热系数的氩气双层Low-E(e2=0.04)等技术。

5 玻璃幕墙保温材料选择

为节省造价，达到节能目的，选择良好隔热保温材料是非常重要的。材料的保温隔热性能好坏是由材料导热系数的大小决定的，导热系数愈小。保温、隔热性能愈好，玻璃幕墙保温材料主要有4种。

（1）岩棉及其制品：以精选的玄武岩或绿岩为主要原料，经高温熔融制成的人造无机纤维。防火效果好，可耐8000℃高温。

（2）矿棉及其制品：是利用工业废料矿渣为主要原料，经熔化采用高速离心法或喷吹法工艺制成的棉丝状无机纤维。

（3）玻璃棉及其制品（玻璃棉毯或玻璃棉板）：是以硅砂、石灰石等矿物为主要原料，经熔化将熔融玻璃液制成的无机纤维，可将毡或板表面涂上黑胶或粘附一层黑色的玻璃纤维毡加固，适用于商业、工业和公用建筑玻璃幕墙，其保温隔热效果比岩棉更好，这种材料可以防止结露、减轻墙体重、增加使用面积、节约能源、增强舒适度、美观实用、保护主体结构、隔音、防火等，但不耐高温。

（4）聚苯乙烯泡沫塑料板（聚苯板）：是以聚苯乙烯树脂为基料，加入发泡剂等辅助材料，经加热发泡而成的轻质材料。以上材料具有容重小、隔热、吸声、导热系数低、不燃、化学稳定性好等特点，均适用于围护墙的保温。

6 幕墙框架材料选择

幕墙框架的材料主要是铝合金挤压型材。对隐框幕墙而言，重点考虑玻璃及其密封胶缝材料的节能性。而对于明框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙，由于其金属框架的构件完全或部分显露于面板的外表面，这势必引起热传导。为了减少铝型材的热传导，达到隔热保温效果，宜采用“隔热断桥铝型材”，即两个铝型材中间加入低导热的非金属隔离物，可得到优良的隔热、隔冷性能的铝型材。断桥铝材的内外两面，可以是不同断面型材，也可以是内外不同色泽的型材，两个型材中间是隔热材料。断桥铝材分2种类型:①穿热条式断桥铝材，是在不同两条铝材中间插入隔热条再滚压成断桥铝材。②灌注式断桥铝材，在铝型材的腔本部分滋注隔热材料，然后再切掉原型材灌的两个边，而形成断桥。

总之，玻璃幕墙的设计应当遵循以下原则：(一)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(幕墙的形式和窗墙面积比)、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。(二)适用性:结合环境因素与项目的具体情况，参照标准规定与地方要求，认真落实国家、省有关节能政策，同时要处理好建筑低能耗与高舒适度的关系。(三)经济性:建筑玻璃幕墙只是建筑围护结构的一部分，只是建筑节能的一个方面，节能的考虑需全盘考虑，只有达到节能与经济的统一才能体现节能的作用与价值。原则上讲，建筑幕墙节能设计需要建筑师与幕墙设计师(外围护)、暖通工程师(空调采暖)、室内设计师(采光)等充分协商，尽量达到各方面的统一。