建筑玻璃幕墙的节能设计探讨

黎绍

摘要：近年来，我国的幕墙能源消耗量逐渐增加，进一步加重了我国的能源压力，使得我国的经济发展和人们生活水平的提高缺乏强有力的支持。因此，加强幕墙的节能设计，已经势在必行。本文笔者将从幕墙节能设计的原则作出分析，并从幕墙的材料选用、体系设计等方面的节能设计做出深入探讨。

关键词：玻璃幕墙；节能设计；材料选用；体系设计

一、节能型幕墙的设计原则

建筑幕墙是现代建筑最外层的围护结构，不仅仅可以增强建筑的审美价值，更可以创造出舒适的室内环境，但是，幕墙也是整个建筑体系中重要的能源消耗点之一，加强建筑幕墙的 节能设计，必须综合考虑到建筑物周边的气候自然条件，人文经济特征，科学分析周边的光线，温度等因素，在此基础上，要结合建筑整体的高度，结构特点，朝向等条件，通过科学合理的设计手段，对建筑室内的环境进行调整，使得建筑内部的温度，湿度，光线，遮阳，采光，通风，隔热等多方面的条件更适合人们的居住和工作，既满足了整个建筑的基本功能，也通过合理的设计大幅度降低了整个幕墙建筑的能源消耗。据笔者多年幕墙施工经验，幕墙的节能设计，要遵循以下几个方面的原则。

1.要严格遵守目前设计节能的各种法律法规

伴随着幕墙在建筑工程的广泛运用，我国也相继出台了一系列的法律法规，这些法律规范都是建筑幕墙节能设计必须严格遵守的标准之一。在进行建筑幕墙节能设计过程中，要从保温，隔热等多方面进行，严格遵守GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》、JGJfF151—2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》、GB/T21086—2007《建筑幕墙》等法律规范，并使得建筑幕墙的各项设计符合节能的基本要求。

2.幕墙的节能设计要具有科学性

幕墙的节能设计是一项极其复杂的过程，必须综合考虑到建筑功能，性能等多方面的因素，从地理自然条件到人文经济因素，都做出全面分析，权衡。根据建筑的实际情况，科学选择幕墙的结构形式和窗墙面积比，使用节能材料，优化建筑构造，从而使得建筑主体和幕墙之间形成科学合理的统一体。

3.幕墙的节能设计要遵守适用性原则

在设计过程中，要从当地的环境因素与项目的具体实际出发，设计符合地方规定标准和国家法律规定，严格落实节能政策，严格处理好提高建筑舒适度和降低幕墙能源消耗的关系。

4.要遵守经济性原则

在建筑幕墙设计过程中，要处理好局部和整体的关系，相对于整个建筑项目而言，建筑幕墙只是其中一个部分，也是整体建筑节能设计的一个关键环节，因此，要结合整体建筑的节能设计，将幕墙的节能设计和建筑主体的节能设计统一起来，综合考虑，实现二者的统一协调。实现建筑设计的节能性能和经济成本的优化。

二、建筑幕墙节能设计措施

建筑幕墙的节能主要是指通过产品的材料选用、体系设计等措施，使建筑物在使用过程中，以尽量少的能量消耗而获得理想的温度环境和光线环境。

1.节能材料的选择

1）节能玻璃。对于建筑幕墙来说，玻璃的面积占立面的比重较大，可以参与热交换的面积较大，因此玻璃是建筑幕墙节能的关键。在选择使用节能玻璃时，应根据玻璃所在位置确定玻璃品种，日照时间长且处于向阳面的玻璃应尽量控制太阳能进入室内以减少空调负荷，最好选择热反射玻璃或吸热玻璃及由热反射玻璃或吸热玻璃组成的中空玻璃；寒冷地区或背阳面的玻璃应以控制热传导为主，尽量选择中空玻璃或低辐射玻璃组成的中空玻璃。下面介绍几种节能玻璃。

① 阳光控制镀膜玻璃。阳光控制镀膜玻璃是在玻璃表面镀上一层金属或金属化合物膜，膜色不仅使玻璃呈现丰富的色彩，而且更重要的就是对波长 350nm（0.35m）—1800nm（1.8m）的太阳光具有一定控制作用的镀膜玻璃，其对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高吸收率；具有单向透视性，在室内可清晰地观察室外景物而不影响室内自然采光，在室外（光强面）只能看到周围的景物，使建筑物绚丽多彩却无法看清室内，也称为热反射玻璃。

②低辐射玻璃（Low-E玻璃）。Low-E玻璃又称低辐射玻璃，这种玻璃不但可见光透过率高，而且具备很强地阻隔红外线的特点，能够发挥自然采光和隔热节能的双重功效使用后可以有效地减少冬季室内热量的外散流失，在夏季也能阻隔室外物体受太阳照射变热后的二次辐射，从而达到节能降耗的目的。

③中空玻璃。中空玻璃是一种以两片或多片玻璃组合而成，玻璃与玻璃之间的空间和外界用密封胶隔绝，里面是空气或其他特殊气体中空玻璃具有优良的隔热和隔音性能，相比砖墙或混凝土墙体又轻得多，对于建筑节省能源的要求，中空玻璃以其不可替代的优越性能而被广泛使用。

④夹层玻璃。夹层玻璃是由两片或两片以上的玻璃，由中间层与玻璃牢固的韧性粘结合成的复合玻璃制品，中间层一般为透明性的有机材料，其加工工艺分干法和湿法两种 夹层玻璃具有很高的冲击性和抗惯性，在受到冲击破碎时，使得无论垂直安装还是倾斜安装，均能抵挡意外撞击的穿透，一般情况下，还能保持一定的可见度，从而起到安全防护作用。

⑤真空玻璃。真空玻璃是将两片或两片以上平板玻璃以支撑物隔开，周边密封在玻璃间形成真空层的玻璃制品，其工作原理与玻璃保温瓶的保温隔热原理相同，通过把中空玻璃空腔里的空气抽走，消除掉空腔内部的对流和传导传热，可以获得更好地隔热效果，这种玻璃的空腔很窄，一般为0.5-2.0mm，两层玻璃之间用一些均匀分布的支柱分开。真空玻璃相对于其他的隔热玻璃而言生产工艺较为复杂，中间小立柱的存在也影响了它的外观。

2）铝合金型材。铝合金型材在建筑幕墙系统中，不但起着支承龙骨的作用，而且对节能效果也有较大影响。普通铝型材，即非隔热型材，其热导率非常大，是热的良导体，由热传导方式通过型材的热量占总热量的 50%以上，必須采用断桥处理；隔热断桥型铝合金型材采用导热系数很低的塑料进行隔断，隔热的原理是基于产生一个连续的隔热区域，利用隔热条将铝合金结构分隔成明显的两个部分，隔热条选用材料聚酰胺尼龙-66，其导热系数远远小于铝合金的导热系数，而力学性能指标与铝合金相当，可避免热胀冷缩作用导致隔热条与铝型材间发生脱落，可承受风压，垂直冲击力和长期的压力，能够经受极端热处理，用滚压方式与铝型材结合后再进行阳极氧化处理或表面处理，节能性能非常好。

2.幕墙节能体系

1）双层幕墙技术。双层幕墙是一种特殊的幕墙系统，与传统建筑幕墙有本质区别，其由外层幕墙，内层幕墙、遮阳系统和通风装置组成，内外层幕墙之间形成空气缓冲区；其设计理念是体现节能、环保，它除了具有传统幕墙的全部功能以外，在防尘、通风、保温隔热、合理采光、隔声降噪、防止结露和安全性六个方面更具显著特点。

2）光电幕墙。光电幕墙的基本单元为光电板，光电板是由若干个光电电池进行串并联组合而成的电池阵列，将电池阵列放入两层玻璃中（上层为透明玻璃，下层颜色任意）用铸膜树脂热固而成，在光电板背面接线盒和导线，这样就可以将太阳能转化为电能为人们所使用。

三、节能设计案例分析——外呼吸式双层玻璃幕墙设计

某拟建项目由九栋超高层建筑组成，运用玻璃幕墙一方面是为了满足超高层建筑荷载、强度的要求：玻璃幕墙可以起到支撑作用，抵抗建筑主体变形，地震灾害中损害小，节省结构和基础的费用；另一方面是为了满足通透性和艺术性，达到简洁、现代的视觉效果，吸引人气、商机。

基于前面的分析，考虑到良好的节能效果，应该选用新型玻璃幕墙——外呼吸式玻璃幕墙。

1、外呼吸式双层玻璃幕墙节能技术的评析

可呼吸式玻璃幕墙是一种幕墙技术的新发展，它由内外两层玻璃幕墙组成，或称为双层幕墙、热通道玻璃幕墙。按空气流动方式的不同，可將其分为“内呼吸式玻璃幕墙”和可自然通风的“外呼吸式玻璃幕墙”两种类型。

“外呼吸式玻璃幕墙”除具有“内呼吸式玻璃幕墙”在遮阳、隔音等方面的优点之外，在舒适节能方面更为突出。主要因为，“外呼吸式玻璃幕墙”采用外循环自然通风降低房间的温度，从而节约空调能耗。该技术在运行过程中，无须机械设备，完全依靠自然通风，节能效率较高，适用于夏季气候炎热且过渡季需要自然通风的气候地区。虽然一次性投资造价高，但其运行费用较低，施工维护方便。因此，该技术目前正在广泛应用于高层建筑中。

2、外呼吸式双层玻璃幕墙的设计

基于外呼吸玻璃幕墙的良好节能特点和能够创造更加舒适健康的室内环境，我们对呼吸式双层玻璃幕墙设计展开详析阐述。

（1）玻璃材料的选择

节能材料主要是节能玻璃的运用。如中空Low-E 镀 膜 玻 璃（6mmLow-E 钢 化（外）+12+6mm钢化），用于双层装配体系的内层皮，防止夏季热量进入和冬季室内热量散失，另外在夏季还可遮蔽太阳的直接辐射。

（2）玻璃的装配

可采用外层为单层装配系统、内层为双层系统的装配方式，兼顾冬季保温与夏季防热。具体来说，外层幕墙采用10mm单层钢化玻璃幕墙，内层幕墙为6+12+6mm 中空玻璃（外层 LOW-E膜），对阻止夏季热量进入和冬季室内热量散失都具有显著作用。

（3）太阳辐射的控制及遮阳体系的建立

层间遮阳可采用了轮轴式织物卷帘。夏天织物卷帘放下时能完全遮挡太阳辐射，既实现了良好防热效果，同时兼顾了经济效益。

（4）自然通风的组织

在自然通风组织方面，可考虑在玻璃幕墙外层皮设有上下通风口，内层皮设有可开启的门窗。玻璃幕墙以三层为横向单元，采用错位通风模式，可有效避免气流短路和串火串烟。空腔间距净宽为700 mm，既兼顾了夏季通风换热和冬季蓄热保温，又有利于施工检修。同时，可使用通风格栅代替穿孔铝板，以保证较高的通风率。

（5）正确的操作模式及原理

在冬季白天，轮轴式织物卷帘收起，外层手动式通风窗关闭，在缓冲区形成蓄热空腔，内层门窗开启，加强室内和空腔温差对流。冬季夜晚外层通风窗和内层门窗关闭，轮轴式织物卷帘平行于幕墙打开，反射室内热辐射，实现保温。

在夏季白天，外层手动式通风窗开启，轮轴式织物卷帘打开，内层门窗闭合，实现室外和空腔的温差对流。夏季夜晚，外层通风窗和内层门窗开启，轮轴式织物卷帘收起，实现室内外自然通风散热。若夜间室外气温高于室内，则要闭合外层通风窗和内层门窗，打开轮轴式织物卷帘，增加隔热效果。

在春秋过渡季节，正常天气条件下，所有外层通风窗敞开，内层门窗可开启换气。

四. 结束语

随着科学技术的不断发展，幕墙节能材料和节能体系的不断完善，通过对建筑幕墙构成材料节能体系的合理选择，采用并加强新技术新材料在玻璃幕墙上的应用，相信节能幕墙产品将会得到越来越广泛的应用。为了达到节能目的，某拟建项目设计了合理的外呼吸式双层玻璃幕墙构造体系，选择了实用的建筑材料和技术设备系统。目前该项目正在进一步完善中，经过相关验证是可行的，但具体的效果需要等到建成后再进行测试和评估。

参考文献：

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[2]郑鹭龙. 新技术和新材料在建筑设计中的应用[J]. 科技致富向导，2011，（27）

[3]王振强. 浅析建筑玻璃幕墙及窗的节能措施[J]. 中国高新技术企业，2009，（11）.