基于《绿色建筑评价标准》的玻璃幕墙设计对策

2019-02-14何金春王利亚寇高峰

四川建筑 2019年2期

何金春，王利亚，寇高峰，程迪

(新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐 830052)

建筑幕墙因其能恰当地实现建筑美学、建筑特色、建筑艺术和建筑功能的特点，已经成为现代建筑的重要标志[1]。GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》首次将建筑幕墙划分为非透光幕墙和透光幕墙。石材幕墙，金属板幕墙以及位于窗槛墙和梁板处后面贴有保温棉和保温板的玻璃幕墙都是属于非透光幕墙。透光幕墙指可见光可直接透射入室内的幕墙[2-3]。随着国家和地方政府纷纷出台相关政策，鼓励绿色建筑建设，中国进入绿色建筑快速发展时期，绿色建筑标识数量呈现爆发性增长。基于GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》的绿色建筑评价案例中，玻璃幕墙建筑在大型公共建筑中的比例越来越高，在评价实践过程中玻璃幕墙建筑在设计、光污染以及热工性能等方面存在一些问题[4]，可以通过设计阶段优化设计解决。

1 建筑设计与建筑幕墙的一体化设计

1.1 玻璃幕墙设计工作相对滞后问题

玻璃幕墙的设计原则上应与主体结构设计同步进行，但是实际工程中建筑施工图设计将幕墙设计分化出去，由幕墙设计师进行幕墙的深入和细致的设计[5]。一般要等到主体结构施工开始后或主体结构完工后才开始把玻璃幕墙的设计工作提上议程。在评价案例中，经常会遇到建筑设计说明中仅对建筑幕墙气密性和传热系数等提出设计要求，无幕墙设计图纸的情况。我国目前不少工程的绿建评价工作都是在建筑工程施工图审查通过后，由绿建评价人员进行统计、计算以及模拟等，再结合GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》计算出绿色建筑得分。因此，关于玻璃幕墙的评分项的得分受到影响：窗墙比优化设计，玻璃幕墙的光污染分析，玻璃幕墙可开启面积比例等报告无法完成。

1.2 设计方面的应对措施

玻璃幕墙工程的设计工作应与主体结构的设计同步协作展开，避免建筑师与幕墙设计师相对独立的工作模式，缺乏对幕墙的整体和建筑效果的控制。而我国的建筑设计的话语权掌握在各个建筑设计院(机构)手里，那么要想幕墙设计参与建筑设计的全过程，建筑设计院拥有自己的幕墙专业设计团队就是必然的选择。因此在近几年，国内很多大型建筑设计院相继成立了专业的幕墙设计团队，建筑设计机构先后成立专门的幕墙设计研究机构，开创了符合国情的幕墙设计发展模式[6]。

2 绿色建筑团队参与建筑设计全过程

2.1 建筑设计与绿色建筑评价脱节

目前我国的绿色建筑仍处于粗放发展阶段，建筑设计师以方案和施工图为主要工作，对绿色建筑普遍缺乏深入地了解与透彻的认知；绿建分析与评价人员仅对设计成果(施工图)进行评估，这更多地是一个独立的工作过程，与设计脱节，并未真正融入设计过程中。不少工程，为了达到既定的绿建标准，后期变更施工图，虽然可以提高绿建评分，但实际上并不是节约和环保的绿色建筑。

2.2 设计方面的应对措施

中发(2016)6号《中共中央、国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出了“适用、经济、绿色、美观” 的建筑方针，突出建筑使用功能以及节能、节水、节地、节材和环保。绿色建筑应成为各专业设计师的基本理念，大型设计院可以成立绿色设计团队，中小型设计院可以聘请绿色建筑咨询机构参与。天津大学李纪伟等制定了一套程序化的设计方法，帮助设计人员快速完成绿色建筑设计。将评价标准中的评价条款进行分解，通过网络关系分析评价条款与不同设计专业和不同设计阶段的关系，分析出在不同设计阶段不同专业应该主要负责完成的条款，将结果融入到传统设计模式中[7]。

3 有关玻璃幕墙建筑的绿色评价指标

GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》中要求玻璃幕墙避免产生光污染，玻璃幕墙透明部分可开启比例以及热工性能指标优于国家现行相关建筑节能设计标准等作出了要求。

3.1 玻璃幕墙避免产生光污染

玻璃幕墙光反射指的是建筑幕墙上采用了涂膜玻璃或镀膜玻璃，当直射日光照射到玻璃表面上时由于玻璃的镜面反射而产生的反射眩光[8]。强烈的反射光反射到周围道路上可使行人和司机产生眩目，影响交通安全，反射到居民室内，光亮刺眼，对居民的正常生活造成严重影响[9]。

设计方法及对策如下。

(1)确定敏感目标。考虑建筑周边环境因素，分析玻璃幕墙眩光影响范围内的居住、学校、医院等眩光敏感建筑，及城市快速路、主干道、立交桥、高架桥两侧，T形路口正对直线路段等敏感点位。

(2)建筑玻璃幕墙光反射影响评价。玻璃幕墙建筑的反射眩光受到多因素的共同影响，在设计时可以辅以计算机软件等工具。Ecotect 软件能准确地确定建筑玻璃幕墙反射光的影响范围，还可准确地分析出受影响的敏感目标或敏感目标受照反射光的来源，设计者可以对建筑玻璃幕墙立面采取预防控制措施，来降低或者消除光反射，从而从源头上减少或消除幕墙反射光对周围环境敏感目标的影响[10]。

(3)玻璃幕墙建筑单体设计时应从平面形态、立面分隔、玻璃幕墙的倾斜、幕墙高度和面积等多方面考虑，采取不同的建筑形体控制手段，以改变反射眩光的影响范围、形态和方位，将眩光污染控制在要求的范围之内[11]。

(4)建筑玻璃幕墙应尽量采用反射率较低的材料，以降低反射眩光的亮度。

3.2 玻璃幕墙节能设计

非透光幕墙的热工性能指标按按普通外墙要求进行设计，透光幕墙与节能设计有关的性能参数有：热工性能和气密性。

3.2.1 玻璃幕墙热工性能评价要求

GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》节能与能源利用控制项：5.5.1建筑设计应符合国家现行有关建筑节能设计标准中强制性条文的规定。根据建筑热工设计的气候分区，对于甲类公共建筑的围护结构性能应分别符合GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》中表3.3.1-1～表3.3.1-6的规定。评分项5.2.3围护结构热工性能指标优于国家现行相关建筑节能设计标准的规定，提高幅度达到5 %，得5分；提高幅度达到10 %，得10分。当前大部分玻璃幕墙为外围护结构的建筑，很难满足限定性指标要求，通过权衡判断简单追求达标，对优化建筑围护设计的工作做得不够。在绿建评价中控制项达标，但评分项不得分。

3.2.2 设计方法及对策

3.2.2.1 控制窗墙面积比

由于人们希望公共建筑更加通透明亮，建筑立面更加美观，建筑形态更为丰富，窗墙面积比有越来越大的趋势。窗和透光玻璃幕墙的保温隔热性能比外墙差很多，窗墙面积比越大，供暖和空调能耗也越大，从节约能源角度出发必须限制窗墙面积比。GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》规定窗墙面积比越大，幕墙门窗保温性能要求越高，严寒地区窗墙面积比大于0.6时，传热系数不大于2.2 W/(m2·K)方可进行权衡判断。因此不提倡在建筑立面上大面积应用透光玻璃幕墙，可以使用非透光玻璃幕墙(比如在工作面以下设窗槛墙)，既能保持立面的玻璃质感又提高围护结构保温隔热性能。

3.2.2.2 玻璃幕墙的热工性能指标

在进行玻璃幕墙设计时，为了保证达到其相应的绿色节能的效果，需要以保温的情况作为其衡量指标，对绿色节能方面的效果进行评定。玻璃幕墙的传热系数在实验室测试的数据是不完全正确的。根据GB 50176-2016《民用建筑热工设计规范》规定要求，幕墙传热系数计算，应采用建筑工程所在地的冬季计算参数，按照现行标准JGJ/T 151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》的规定计算确定[12-13]。单幅幕墙的传热系数UCW计算公式：

式中：UCW为单幅幕墙的传热系数[W/(m2·K)]；Ug为玻璃或透明面板的传热系数[W/(m2·K)]；Ag为玻璃或透明面板面积(m2)；Up为非透明面板的传热系数[W/(m2·K)]；Ap为非透明面板面积(m2)；ψg为玻璃或透明面板的线传热系数[W/(m·K)]；lg为玻璃或透明面板边缘长度(m)；ψp为非透明面板的线传热系数[W/(m·K)]；lp为非透明面板边缘长度(m)；Af为框面积(m2)；Uf为框的传热系数[W/(m2·K)]。

由上式可知，对于单幅玻璃幕墙的传热系数，考虑金属框及周边的影响，并进行加权计算。在设计幕墙时，按照少框架多玻璃，小开启，大固定的原则进行，可提升采光效果，而且降低能耗[14]；对有保温要求的玻璃幕墙，可选用中空玻璃、Low-E中空玻璃和充惰性气体Low-E中空玻璃；采用暖边间隔条可有效降低玻璃线传热系数，从而降低整体传热系数。不同形式的玻璃幕墙传热情况也不一样，明框或半隐框玻璃幕墙，边框的传热作用不可忽视；全隐框玻璃幕墙和全玻璃幕墙无边框传热，密封胶的传热系数小于玻璃，可忽略密封胶的影响，Ucw=Ug；点支式玻璃幕墙需要考虑金属爪件的传热。公式中几个参数的计算过程，从多个方面体现了影响玻璃幕墙结构的热工性能应考虑多方面因素，未来幕墙设计可结合计算机模拟直观准确地对玻璃幕墙的方案进行优化。

3.2.2.3 玻璃幕墙气密性

GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》规定建筑幕墙的气密性应符合国家标准GB/T 21086-2007《建筑幕墙》中第5.1.3的规定且不应低于3级[3]。建筑幕墙的气密性用单位缝长的空气渗透量来表征，通常由实验测量，主要与安装材料有关：采用密封胶安装，幕墙的气密性一般较好；采用密封条安装，幕墙的气密性一般较差。