玻璃幕墻的節能優化設計

◎ 山東省東營市東營區住房和城鄉建設局 趙建文

能源問題是當前世界各國普遍重視的問題，并已被列為人類面臨的四大生存問題之一。在全世界的能源消耗中，無論是發達國家還是發展中國家，玻璃幕墻能耗在建筑總能耗中所占的比重都是很大的，約為30%～60%。因此，在世界范圍內能源問題日益緊迫、建筑能耗不斷增長的今天，世界各國又都將建筑節能工作列為工作中的重點。

1 引言

隨著現代建筑飛越發展，玻璃幕墻作為現代化建筑的主要外圍護結構表現形式之一，在各個地區均被廣為利用，因此其設計不僅要滿足建筑美學和建筑功能的要求，而且要更多地考慮熱工設計，充分體現當前國際上流行的建筑設計三大原則：“開放與交流、舒適與自然、環保與節能。”如何定量地分析和改善玻璃幕墻的節能和提高效益就顯得非常重要。

2 規劃設計優化

幕墻的設計應科學合理，避免玻璃幕墻帶來的光反射污染，不要將幕墻建筑安排的過于集中，不面向居民樓設置玻璃幕墻，限制在并列的或相對的建筑物上采用全部玻璃幕墻。在丁字路口和居民區20m以下高度不采用大面積,高反射率的鍍膜玻璃。玻璃的陽光控制膜有低輻射、吸熱等不同數值可供選擇，如反射率在8%～70%之間變化，可根據使用要求來調整。落地幕墻可采用在墻角布置綠化遮擋熱量，也可改用反射率低的鋁板、石板材等。

表1 單雙層玻璃效果比較

3 玻璃幕墻的面積和朝向

(1)一般情況下，玻璃的邊長比宜為(1.2～1.5)∶1，不宜大量劃分正方形和1∶2以上的狹長矩形，通常玻璃原板的尺寸為212～214m寬，313～316m長，劃分玻璃時要盡量利用玻璃原板，減少邊角余料，一般要求材料的利用率在80%以上為好。

(2)在滿足要求的前提下，應盡量減小幕墻的面積。朝向不同，會引起太陽輻射得熱量的不同。一般，幕墻朝南較其它方向為優，建議盡量避免幕墻朝西，幕墻朝東的情形與幕墻朝西的相同。幕墻朝北則因采光欠佳，而且冬季太陽輻射得熱量較小，所以應該慎用。

4 玻璃選擇

玻璃是幕墻和門窗中難以替代的最重要材料，雖然玻璃技術的進步提供了許多選擇，但是將采光為主的玻璃放到有多種功能要求的幕墻中，問題并不簡單。玻璃對節能的貢獻不容忽視，玻璃的節能歸根到底離不開玻璃本身所具有的反射、透射、散射以及聚光特性。對光線反射、折射、散射和聚光的應用將對室內光線的均勻分布及避免陽光眩光、防止熱輻射起重大作用。

目前采用較多的是單層反射玻璃和雙層玻璃。單層反射玻璃反射30%的太陽輻射熱。IN TERPANE提供的鍍膜熱反射玻璃IA108可達到37%。雙層玻璃則更勝一籌。兩者的優劣比較見表1。目前幕墻設計中，對玻璃幕墻的初投資較為重視，而對其它項考慮不足，如果能綜合考慮上述各項，權衡利弊，就可以做出明智的選擇。

在雙層玻璃窗中充空氣和氬氣，節能效果也可得到大大提高。可采用潔凈空氣雙層玻璃窗、潔凈氬氣雙層玻璃窗、潔凈高得熱系數的空氣雙層Low-E(e2=0.1)玻璃窗、潔凈高得熱系數的氬氣雙層Low-E(e2=0.1)、潔凈低得熱系數的空氣雙層Low-E(e2=0.04)、潔凈低得熱系數的氬氣雙層Low-E(e2=0.04)等技術。

5 玻璃幕墻保溫材料選擇

為節省造價，達到節能目的，選擇良好隔熱保溫材料是非常重要的。材料的保溫隔熱性能好壞是由材料導熱系數的大小決定的，導熱系數愈小。保溫、隔熱性能愈好，玻璃幕墻保溫材料主要有4種。

（1）巖棉及其制品：以精選的玄武巖或綠巖為主要原料，經高溫熔融制成的人造無機纖維。防火效果好，可耐8000℃高溫。

（2）礦棉及其制品：是利用工業廢料礦渣為主要原料，經熔化采用高速離心法或噴吹法工藝制成的棉絲狀無機纖維。

（3）玻璃棉及其制品（玻璃棉毯或玻璃棉板）：是以硅砂、石灰石等礦物為主要原料，經熔化將熔融玻璃液制成的無機纖維，可將氈或板表面涂上黑膠或粘附一層黑色的玻璃纖維氈加固，適用于商業、工業和公用建筑玻璃幕墻，其保溫隔熱效果比巖棉更好，這種材料可以防止結露、減輕墻體重、增加使用面積、節約能源、增強舒適度、美觀實用、保護主體結構、隔音、防火等，但不耐高溫。

（4）聚苯乙烯泡沫塑料板（聚苯板）：是以聚苯乙烯樹脂為基料，加入發泡劑等輔助材料，經加熱發泡而成的輕質材料。以上材料具有容重小、隔熱、吸聲、導熱系數低、不燃、化學穩定性好等特點，均適用于圍護墻的保溫。

6 幕墻框架材料選擇

幕墻框架的材料主要是鋁合金擠壓型材。對隱框幕墻而言，重點考慮玻璃及其密封膠縫材料的節能性。而對于明框玻璃幕墻和半隱框玻璃幕墻，由于其金屬框架的構件完全或部分顯露于面板的外表面，這勢必引起熱傳導。為了減少鋁型材的熱傳導，達到隔熱保溫效果，宜采用“隔熱斷橋鋁型材”，即兩個鋁型材中間加入低導熱的非金屬隔離物，可得到優良的隔熱、隔冷性能的鋁型材。斷橋鋁材的內外兩面，可以是不同斷面型材，也可以是內外不同色澤的型材，兩個型材中間是隔熱材料。斷橋鋁材分2種類型:①穿熱條式斷橋鋁材，是在不同兩條鋁材中間插入隔熱條再滾壓成斷橋鋁材。②灌注式斷橋鋁材，在鋁型材的腔本部分滋注隔熱材料，然后再切掉原型材灌的兩個邊，而形成斷橋。

總之，玻璃幕墻的設計應當遵循以下原則：(一)科學性:需綜合、全面權衡各因素，充分考慮其功能、性能等諸多方面，合理選型(幕墻的形式和窗墻面積比)、選材和構造。幕墻的傳熱系數由建筑物的外形和所處地區的氣候條件、型材的傳熱系數和玻璃的傳熱系數等綜合確定。(二)適用性:結合環境因素與項目的具體情況，參照標準規定與地方要求，認真落實國家、省有關節能政策，同時要處理好建筑低能耗與高舒適度的關系。(三)經濟性:建筑玻璃幕墻只是建筑圍護結構的一部分，只是建筑節能的一個方面，節能的考慮需全盤考慮，只有達到節能與經濟的統一才能體現節能的作用與價值。原則上講，建筑幕墻節能設計需要建筑師與幕墻設計師(外圍護)、暖通工程師(空調采暖)、室內設計師(采光)等充分協商，盡量達到各方面的統一。