框架式玻璃幕墙热工节能设计研究分析

谢盛奋

（中建二局第二建筑工程有限公司，广东 深圳 518054）

1 引言

为贯彻国家有关节能减排、保护环境的政策，实现“十四五”时期节能减排的目标，在保证人民基本生活环境要求的前提下，进一步降低建筑能源消耗，提高生态环境质量，实现碳中和，实现社会可持续发展的战略目标。要实现碳中和目标，首要任务是节能减排。建筑幕墙节能是节能减排的重要手段之一，要想实现建筑幕墙节能需要整个社会对建筑幕墙的节能有所认识。建筑玻璃幕墙作为建筑的外围护结构是建筑的重要组成部分，是实现建筑功能的重要部件，它们的热工性能较弱，是建筑节能的关键环节。可通过改变建筑玻璃幕墙系统的传热和遮阳系数，以达到节能减排的目的。

在建筑玻璃幕墙的节能标准上，已经陆续出台了GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》、JGJ 75—2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》、JGJ/T 132—2009《居住建筑节能检测标准》、GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》等一系列国家行业标准，因此，建筑玻璃幕墙在当今及未来建筑业中应用，将更加符合建筑物的节能要求。总之，建筑玻璃幕墙行业标准的不断完善，将会促使我国建筑玻璃幕墙行业逐渐走上健康、可持续的发展道路。

2 研究分析软件应用

本次节能研究分析基于广东省建筑科学研究院开发的粤建科MQMC建筑幕墙门窗热工性能计算软件基础上进行计算对比分析。利用粤建科MQMC计算分析玻璃面板中央的传热系数、框架传热系数、框架与面板接缝的线传热系数和单幅幕墙的热工性能。

3 整幅框架式玻璃幕墙传热概念理论研究

整幅框架式玻璃幕墙的整体传热系数由框架框传热系数、框架面板传热系数、框架边界区线传热系数3部分的加权平均值获得，计算公式如式（1）：

式中，UCW为整幅幕墙的传热系数，W/（m2·K）；Ag为玻璃或透明面板面积，m2；Lg为玻璃或透明面板边缘长度，m；Ug为玻璃或透明面板传热系数，W/（m2·K）；ψg为玻璃或透明面板边缘的线传热系数，W/（m·K）；Ap为非透明面板面积，m2；Lp为非透明面板边缘长度，m；Up为非透明面板传热系数，W/（m2·K）；ψp为非透明面板边缘的线传热系数，W/（m·K）；Af为框面积，m2；Uf为框的传热系数，W/（m2·K）。

整幅幕墙的传热系数与组合幕墙的各种材料所占的面积及自身的传热系数成正比，所以降低整幅幕墙的传热系数就要降低各组成部分的传热系数。

4 降低框架式玻璃幕墙传热系数分析研究

从幕墙传热系数的概念理论分析计算公式可以得到要降低幕墙传热系数主要通过降低框传热系数、降低面板传热系数、降低边界区线传热系数3方面来实现。

4.1 降低框架玻璃幕墙框传热系数

框的传热系数主要是通过传导、对流及辐射来传递，通常降低框的传热主要通过断、堵、封着3方面来实现。（1）断：框架采用断热铝合金型材，即铝合金骨架的室内、室外部分采用断热隔条隔离开，有效阻止了热量的传导。（2）堵：在玻璃和铝合金龙骨之间采用泡沫棒和密封胶进行封堵，以降低热量的对流效应。（3）封：采用多道密封胶条进行密封，在提高气密性的同时，进一步减少热量的对流。

4.2 降低框架玻璃幕墙面板传热系数

降低面板的传热系数主要通过以下3方面来实现：（1）采用中空、真空玻璃，利用空气层或者真空层阻断热量的传导；（2）中空层用惰性气体替代空气，因为惰性气体具有比干燥空气更低的导热性能，更稳定的化学结构，所以能够更有效降低热量的辐射；（3）采用双银或者三银LOW-E节能玻璃，降低太阳光热量的直接辐射。

4.3 降低框架幕墙边界区线传热系数

降低边界区的线传热系数主要通过采用暖边隔热条，最大限度地隔断热量的传递。

5 节能案例分析

5.1 选取分析案例基础

以某办公楼的实际工程案例，选取其中标准大样来计算分析。

本案例窗墙比为0.6，依据GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》要求所设计传热系数U≤2.5 kW/（m2·K）。

5.2 选取分析案例计算分析

1）基础方案框架式玻璃幕墙玻璃热系数计算，玻璃采用6+12A+6中空单银LOW-E玻璃，采用粤建科MQMC玻璃光学热工计算。如图1所示。

图1 基础方案6+12A+6单银中空LOW-E光学热工计算图

计算主要参数结果如下：面板传热系数U=1.968 W/（m2·K）；面板遮阳系数SC=0.344。

2）基础方案框架式玻璃幕墙框传热系数计算，具体如表1所示。图2为基础方案标准节点边框温度线图和边框温度场图。

表1 基础方案标准节点传热系数

图2 基础方案标准节点边框温度线图和边框温度场图

3）基础方案框架式玻璃幕墙单元幅面传热系数计算：

不满足要求。

5.3 案例对比计算分析研究

其他基础条件不变，节点构造和玻璃做了优化，立柱断热型材隔热条由PVC更换为尼龙66隔热条，玻璃由单银LOW-E更换为双银LOW-E，玻璃与铝合金边框间填充隔热物质，采用粤建科MQMC计算。

1）框架式玻璃幕墙玻璃热系数计算，6+12A+6双银LOW-E中空玻璃，采用MQMC玻璃光学热工计算，如图3所示。

图3 优化方案6+12A+6双银中空LOW-E玻璃光学热工计算图

计算主要参数结果如下：面板传热系数U=1.782 W/(m2·K）；面板遮阳系数SC=0.253。

3）优化方案框架式玻璃幕墙框传热系数计算，如表2所示。图4为优化方案标准节点边框温度线图和边框温度场图。

表2 优化方案标准节点传热系数

图4 优化方案标准节点边框温度线图和边框温度场图

3）优化方案框架式玻璃幕墙单元幅面传热系数计算：

满足要求。

6 结论

通过粤建科MQMC计算软件对完全相同分格的玻璃幕墙，相同的立柱形式、相同的玻璃厚度配置，原分析案例不满足节能传热系数要求的情况下，通过更换了立柱断热型材隔热条材料，玻璃材料更换为双银，玻璃与铝合金边框间填充隔热物质的配置组合的对比案例经过计算可以看出，整幅单元幕墙的传热系数U值有了明显的改善，达到满足节能要求。