建筑幕墙保温节能设计浅谈

高大 杨海波 蒋吉鹏 栗朝家

摘要：采用普通玻璃的建筑幕墙保温性能有限，建筑节能功能受到制约，因此对建筑幕墙进行保温节能设计也是幕墙设计中不可忽视的重点。本文旨在讨论建筑幕墙材料及幕墙结构设计等在幕墙保温节能方面所起的重要作用。

关键词：建筑幕墙；保温；节能

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

随着现代建筑的逐步发展，建筑幕墙这一建筑外装饰结构以其美观性及功能性逐渐受到建筑设计师们的青睐，被越来越多的应用在各类现代建筑上，特别是在大中型的公共建筑上的应用尤为广泛。建筑幕墙模糊了传统观念上用于采光、通风的窗子与用于保温、支撑的墙体之间的概念，它不仅更新了现代建筑设计的理念和手法，更展现了现代建筑技术的进步和创新。但随之而来的问题是，建筑幕墙在保持其良好的采光性能及外观造型要求的同时，损失了一定的保温性能，这样不利于满足建筑节能设计，特别是在隆冬季节的我国北方这类严寒地区，此类问题的凸显一直受到幕墙设计师的高度重视。因此，本文就从建筑幕墙的保温优化理念出发，通过建筑幕墙的材料使用及结构设计等方面分别讨论。

1 建筑幕墙材料的选用在幕墙保温节能设计中的应用

1.1 低辐射玻璃（LOW-E玻璃）和多功能镀膜玻璃

低辐射玻璃（LOW-E玻璃）、多功能镀膜玻璃又称保温镀膜玻璃，这类材料的特性是对可见光高通透，对红外线辐射高反射，特别是对远红外辐射有极高的反射率，可让80％的可见光进入室内，同时又能将90％以上的室内物体所辐射的长波保留在室内，透明性很好。低辐射玻璃（LOW-E玻璃）和多功能镀膜玻璃大大提高了能量的利用率，在寒冷地区能有选择地传输太阳能量，同时把大部分的热辐射反射进室内，在采暖建筑中起到非常好的保温和节能的作用。低辐射玻璃（LOW-E玻璃）和多功能镀膜玻璃一般用于制造中空玻璃，不单片使用。与其他玻璃配成中空玻璃，传热系数会非常低，低辐射玻璃（LOW-E玻璃）与多功能镀膜玻璃相比，在热传输控制方面作用相同，但在减少热量进入方面多功能镀膜玻璃的性能更为优越。

1.2 热反射镀膜玻璃

热反射镀膜玻璃又称阳光控制镀膜玻璃，是指具有反射太阳能作用的镀膜玻璃。其最大特点是利用镀膜能透过可见光，而把起加热作用的远红外光反射到室外，同时玻璃材料吸收的太阳热能被镀膜所隔离，使热主要散发到室外一侧，尽可能地减少太阳的热作用。其对太阳光的反射率可达20%—40%，具有较好的遮光性。此种玻璃可使室内热环境得到控制，同时减少眩光和色散，使室内光线柔和、舒适，从而降低室内空调负荷和减少设备投资，达到节约空调能耗的目的。

1.3 保温岩棉

岩棉又称矿物棉，都属于无机材料。岩棉（矿物棉）是一种来自天然矿物、无毒无害的绿色产品。具有一定的保温、防火、耐久性能，能够做到与结构寿命同步，价格较低，在满足保温隔热性能的同时还能够具有一定的隔声效果。岩棉外墙外保温隔热的应用在欧洲、北美比较广泛，北欧人均20kg，美国人均5-10kg，岩棉外保温隔暖系统尤其实用于防火等级要求高的建筑。层间保温棉的设置大大的提高了整体幕墙的保温性能。

2 建筑幕墙结构优化在幕墙保温节能设计中的体现

关于建筑幕墙结构优化在幕墙保温节能设计中的体现，将重点讨论一下双层玻璃幕墙这一幕墙结构形式，双层玻璃幕墙是由内、外两层玻璃幕墙组成，外层幕墙一般采用隐框、明框或点式玻璃幕墙，内层幕墙一般采用明框幕墙或铝合金门窗。内外幕墙之间形成一个相对封闭的空间——通风间层，空气从外层幕墙下部的进风口进入，从上部的排风口排出，形成热量缓冲层，从而调节室内温度。在我国寒冷地区，只要经过合理的设计，内、外循环玻璃幕墙均可采用，应用于冷、热负荷相当的公共建筑中。当合理应用双层玻璃幕墙时，它与同类建筑的标准能耗相比，节能率在50％左右。

2.1 双层玻璃幕墙系统的应用

2.1.1 封闭式内循环双层玻璃幕墙。该幕墙一般在冬季较为寒冷的地区使用，外层玻璃幕墙原则上是完全封闭的，一般由断热型材与中空钢化玻璃组成，内层一般为单片钢化玻璃组成的玻璃幕墙或可开启窗。两层幕墙之间的通风间层厚度一般为120～200mm。通风间层与吊顶部位的暖通系统排风管相连，形成自下而上的强制性空气循环。

2.1.2 敞开式外循环双层玻璃幕墙。该幕墙即我们常说的呼吸式双层玻璃幕墙，外层是由单层玻璃与非断热型材组成的玻璃幕墙，内层幕墙是隔热或断热明的明框幕墙或单元幕墙。冬季时，关闭通风层的进排风口，换气层中的空气在阳光的照射下温度升高，形成温室效应，有效地提高了内层玻璃的温度，降低建筑物的采暖能耗。夏季时，打开换气层的风口，利用烟囱效应带走通风间层内的热量，降低内层玻璃表面的温度，节省了空调能耗。另外，通过对进排风口的控制以及对内层幕墙结构的设计，达到由通风层向室内输送新鲜空气的目的，从而优化建筑通风质量。可见“敞开式外循环体系”不仅具有“封闭式内循环体系”在遮阳、隔音等方面的优点，在舒适节能方面更为突出，提供了自然通风的可能，最大限度满足了使用者生理与心理上的要求。

2.1.3 呼吸式双层玻璃幕墙系统的应用。多层式双层玻璃幕墙的通风间层在水平方向上与数个房间相连，在竖直方向上也覆盖数个楼层，有时幕墙间的通风间层既无水平分隔也无竖向分隔，仅通过外层幕墙在底层和屋顶处的通风口形成通风。在冬季，外层幕墙通风口关闭，利用通风间层形成的温室效应保证室内温度，减少建筑物能量消耗；在夏季打开通风口，利用烟窗效应形成自然通风。此系统由于外层玻璃幕墙开口很少，十分适用于外部噪声较大的环境。但建筑内部各房间的声音易通过通风间层进行传播，造成内部声音干扰。可开启式双层玻璃幕墙可以完全开启，无明确进风与排风口,难以利用烟窗效应形成自然通风。夏季，外层幕墙完全打开，可作为遮阳装置，降低内层幕墙所受的太阳辐射；冬季，外层幕墙关闭，形成空气缓冲层，增强建筑的保温性能。可开启的外层玻璃幕墙减少了内层玻璃幕墙的风压，有助于阻挡雨水进入内层玻璃幕墙，因此内层玻璃幕墙的窗户可以始终敞开，有利于自然通风。

2.2 双层玻璃幕墙系统合理设计

在适宜使用双层玻璃幕墙的气候条件和建筑类型的条件下，首先要分清内循环和外循环体系对内、外层玻璃的不同性能要求。外循环玻璃幕墙内层幕墙一般由保温性能良好的玻璃幕墙组成，主要起到冬季保温、夏季隔热的作用。而外层幕墙通常为单层玻璃幕墙，主要起到防护的作用，保护夹层内的遮阳装置不受室外恶劣气候的损坏，同时，设置在外层立面的开口可以调节夹层的通风；内循环体系则是内层幕墙一般为普通单层玻璃幕墙，而外层为性能好的幕墙。其次，合理设计空气间层宽度。如果间层宽度不够，或者过多楼层串联通风，烟囱效益明显，都会导致无法通风或无法有效通风。对于室内发热量大的建筑，通风不好，不利于过渡季或夏季夜间散热，会延长空调时间。再者，要合理设计遮阳百叶。如果空气间层不设计遮阳百叶，整体遮阳系数的改善不足10％，但是却浪费、占用了更多的空间面积。对于外循环体系，为获得较好的自然通风效果，其夹层的宽度一般不小于400mm。有时为了减少幕墙结构对建筑面积的占用而缩小两层幕墙之间的间距，要采用机械对夹层进行辅助通风，这时夹层间距一般不小于100mm。对于内循环体系，如何在不同工况下合理设计空腔机械通风量，提高通风启动温度，合理设计控制策略来节省能耗非常重要。实验和理论计算表明，遮阳百叶位置在夹层中间偏外10％～20％的宽度位置，有可能获得最佳的隔热和通风效果。

3 结语

综上，建筑幕墙作为现代建筑的一个典型外装饰结构，在满足视觉上造型美观的同时只要选用合适的幕墙材料、采用合理的设计结构，是能够实现建筑节能要求的。

参考文献：

《建筑外窗保温性能分级及检测方法》GB/T8484-2002

《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003