新型单元幕墙节能构造分析

黄欢迎

摘要：本文以天津泰达A、B区新型单元幕墙节能设计为例，介绍幕墙节能设计构造及详细分析本项目单元幕墙细部构造设计对幕墙节能性能的影响。

关键词：新型单元幕墙 节能措施 节能构造

现阶段，国内大多数提高玻璃幕墙节能保温性能的设计主要措施是采用镀膜玻璃、Low-E玻璃、热反射玻璃、中空玻璃及隔热断桥铝型材、减少开启窗扇面积、设置室内外遮阳系统、采用双层幕墙等。这些都是建筑幕墙节能的宏观范畴，往往在幕墙企业介入之前的建筑设计阶段已经确定。而目前国内大部分幕墙设计师的节能观念也停留于此，处于被动设计思想阶段，往往忽略幕墙节点节能构造设计对幕墙节能的影响，经常因为构造设计的不合理，使得采用大量节能材料的幕墙节能性能大打折扣。所以接下来结合天津泰达项目单元系统，对幕墙的节能构造设计进行详细对比分析。

建筑幕墙的节能技术主要两项指标为：传热系数和遮阳系数，其中遮阳系数主要与玻璃参数及辅助遮阳措施有关。而在此重点介绍降低幕墙透明部分传热系数的节能构造措施。

图1 单元系统细部节能构造措施

图2 外呼吸式双层幕墙内层门细部节能构造措施

从图3可看出整窗的传热系数主要与玻璃传热系数、框的传热系数、中空玻璃边缘线性传热系数及各部分的面积、长度有关系。而此项目单元幕墙降低其传热系数的构造措施也是基于以上三要素（玻璃、玻璃边缘、框）进行设计。为了更好的展示节能构造措施对节能效果的影响，我们采用美国劳伦斯-伯克莱国家实验室（LBNL）开发的二维热传导计算软件 THERM对系统构造措施进行模拟对比分析。

1 框构造设计分析

图4 本项目胶条插接单元幕墙系统分析结果

通过以上分析知：框传热系数Uf=4.45W/m2.k

中空玻璃边缘传热系数 ：1.88 W/m2.k

1.1 采用胶条插接单元系统，相对于传统公母插接单元系统，降低了框的传热系数，同时其气密性能也高于传统单元系统。（图5、图6、图7）

图5 传统公母插接单元幕墙系统

图6 胶条插接单元幕墙系统

通过分析：框传热系数Uf=4.54 W/m2.k

中空玻璃边缘传热系数：1.88 W/m2.k

框传热系数差值为：0.09W/m2.k

1.2 因玻璃边部与框之间的缝隙进深大于16mm，存在空气对流造成的热量传递，所以采用带舌边EPDM胶条进行阻截，提高了框的传热系数，同时也有效防止角部结露。（图8、图9、图10）

图8 普通胶条 图9 带舌型挡边胶条

图10 普通胶条分析结果

通过分析：框传热系数Uf =4.72W/m2.k

中空玻璃边缘传热系数：1.88W/m2.k

框传热系数差值为：0.27W/m2.k

1.3 为了将单元边框胶条与隔热条和玻璃处于同一保温面上，开模设计了一个22mm带胶条槽口的C型隔热条，这样保证了保温线处于同一平面，等温线与热流方向垂直，同时胶条采用多腔设计，有效降低了整个幕墙的传热系数。

图11 胶条前移 图12 胶条位于保温面上

图13 胶条前移分析结果

通过分析：框传热系数Uf=4.82W/m2.k

中空玻璃边缘传热系数：1.88 W/m2.k

框传热系数差值为：0.37W/m2.k

2 玻璃边缘分析

玻璃采用暖边技术，提高中空内侧玻璃温度，有效防止中空玻璃角部结露，同时也减少中空玻璃边部热散失，降低整窗的U值。

图14 玻璃不带暖边技术分析结果

通过分析：框传热系数Uf=4.67W/m2.k

中空玻璃边缘传热系数：1.96W/m2.k

框传热系数差值为：0.22W/m2.k

中空玻璃边缘传热系数差值为：0.08W/m2.k

3 双层幕墙内侧门分析

外呼吸式双层幕墙内侧门采用隐框做法，采用三道胶条密封，同时设置了玻璃封边，采用PA66材料，玻璃封边设计时考虑了第二道胶条密封的需要，设置了档边，不仅保证了保温面的连续，而且提高了幕墙的气密性能。

图15 本项目双层幕墙内侧门系统分析结果

通过分析：框传热系数Uf=3.26W/m2.k

中空玻璃边缘传热系数：1.71W/m2.k

图16 门扇不带PA66护边，采用隐框做法分析结果

通过分析：框传热系数Uf=3.1W/m2.k

框传热系数差值为：-0.16W/m2.k

中空玻璃边缘传热系数：1.67W/m2.k

图17 门框不带中间胶条做法分析结果

通过分析：框传热系数Uf=3.64W/m2.k

框传热系数差值为：0.38W/m2.k

中空玻璃边缘传热系数：1.74W/m2.k

通过以上分析可知，单元边框胶条位置对框的传热系数影响最大，为8%，主要因为胶条前移后，在单元体边框之间形成一个对流空腔，对流及辐射作用造成了传热系数的增大。其次为玻璃与边框之间的挡边胶条影响为6%，带舌边EPDM胶条可以对空腔对流及玻璃和外侧铝框的辐射进行阻截。前三种情况对玻璃边缘几乎没有影响，暖边对玻璃边缘影响最大，为5%左右，同时暖边技术也对框的传热系数降低有帮助。双层幕墙内侧门中间一道胶条对框的传热系数影响最大，达到12%，所以门窗设计中此道胶条非常重要，而且它需设置在隔热条位置，这样可以延续保温面，提高气密性能。以上幕墙细部节能构造措施对幕墙成本影响非常小，但对整个幕墙节能效果明显，是幕墙节能设计中不可忽视的环节。

4 结语

天津泰达A、B区幕墙项目作为建筑节能设计的典范，不仅建筑上采用了大量的节能措施，同时在幕墙细部节能构造上也做了深入的研究和实践，是幕墙节能设计的典型案例。

在国内建设低碳、节能型社会的大趋势下，作为建筑外维护结构的门窗幕墙节能尤为重要。我们在进行门窗幕墙设计时，节能意识应贯彻始终，要突破被动设计思想阶段，主动积极去挖掘幕墙设计阶段的节能构造对幕墙节能的贡献。我们不应再简单地把如何节省材料看成仅是为企业省成本，而应视为对整个自然资源环境的节省，对社会的贡献。

参考文献：

[1]公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）.

[2]EN ISO 10077《窗、门和百叶窗的热工性能》.

[3]王积刚，黄日勇.铝合金门窗幕墙节能技术概述.