淺談玻璃幕墻建筑設計中節(jié)能策略

【摘 要】伴隨著現代社會的飛速的發(fā)展和人們對生活舒適優(yōu)雅性的無盡追求，資源和合理利用，能源的節(jié)約再生，已經成為現今社會上的建設者所關心的重要問題。對于當下正值熱門的玻璃幕墻建筑來說，如何科學的利用資源，設計出即美觀舒適又節(jié)能環(huán)保的玻璃幕墻，更是無數建筑者所應該探討規(guī)劃的。本文由淺入深，首先根據玻璃幕墻的發(fā)展歷史入手，并結合其發(fā)展前景，進而談論設計玻璃幕墻的節(jié)能策略。

【關鍵詞】節(jié)能設計；玻璃幕墻；策略；整合；環(huán)境

一、玻璃幕墻的發(fā)展

談到玻璃幕墻，相信無數建筑設計者都會想到英國建筑師約瑟夫設計的“水晶宮”，它的設計震驚了世人。其次，一位建筑大師密斯·凡·德羅在巴塞羅那的世界博覽會用大量玻璃設計出的德國館震驚了世界。從此，玻璃開始走進了建筑界。而對于玻璃幕墻節(jié)能設計的探究，我們需要先了解什么是玻璃幕墻。《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》中曾這樣定義玻璃幕墻：由支撐結構體系和玻璃面板組成，不承擔主體結構所受作用的，可相對主體結構有一定位移能力的建筑外圍護結構或裝飾體系。從定義中我們可以清楚的了解到玻璃幕墻的兩大屬性，即外圍護性和裝飾性，但是玻璃這種材質的特性，使建筑中的保溫隔熱和節(jié)能環(huán)保都收到了挑戰(zhàn)。玻璃的種類很多，一次次的改革中，雙層玻璃、三層玻璃、低輻射玻璃、有色玻璃、鍍膜玻璃等新型玻璃也逐漸橫空出世。由這些玻璃又構成了不同種類的幕墻。首先要介紹以金屬材質的框架來支撐的框式玻璃幕墻體系，其中又包括明框、隱框、外置玻璃肋框架的玻璃幕墻。其次還有由玻璃面板和玻璃肋框構成的全玻璃幕墻體系以及用

鋼連接部件來實現的點式玻璃幕墻構造體系。其中點式玻璃幕墻構造體系還包括金屬支承結構點式玻璃幕墻、全玻璃結構點式玻璃幕墻和拉桿（索）結構點式玻璃幕墻。最后還有包括兩種方式一個是封閉式內循環(huán)體系呼吸式幕墻，一個是敞開式外循環(huán)體系呼吸式幕墻的雙層通風玻璃幕墻體系，這種方式主要用來改善玻璃幕墻的熱功能性。

但是在玻璃幕墻的發(fā)展中，一些問題也隨之產生。幕墻的傳熱與隔熱效率則為首要問題，對流、導熱和輻射是其傳熱的三種基本方式。在冬季，主要以溫差來傳熱，室內溫度高于室外，就無形中增加了采暖負荷，浪費了資源；在夏季，太陽輻射把大量的熱量導入室內，就增加了空調負荷，大量資源被消耗。所以在玻璃幕墻的設計中，要采用合適的策略，來減少這種情況。

二、玻璃幕墻設計中的節(jié)能策略

在玻璃幕墻發(fā)展的過程中，人們逐漸意識到玻璃建筑的節(jié)能的重要性。建筑者們首先從建筑入手，在建筑規(guī)劃和玻璃材料選取方面著手，試圖其到節(jié)能的作用。但是要真正有效的實現節(jié)能，僅僅如此并不足夠，從建筑的生態(tài)理念來講還需要從設計方面來加以節(jié)能策略。

對于玻璃幕墻設計中的節(jié)能策略，主要有以下幾種：

1、玻璃幕墻材質的選擇

對玻璃的選擇即是怎樣得到合適有效的玻璃面板。首先，要滿足玻璃的采光、傳熱以及遮陽系數，系數小，冬季保溫好，夏季也會減少空調的能耗。前者可以選擇多層玻璃，并在空氣層注入一點的惰性氣體用來保溫；后者可以選擇有色玻璃、鍍膜玻璃等等，來提高散熱性。設計把這兩方面因素考慮在內，便可做出合適的玻璃面板。

在玻璃面板方面也要考慮玻璃的遮陽效果，這個可以通過改變遮陽系數來實現，也是一種重要的立面式的手法。雙層玻璃遮陽系統、內、外置遮陽系統是遮陽體系的三大方式。其中德國柏林的GSW大樓就是以雙層遮陽系統為主。外層是8mm的鋼化透明玻璃，內層則是采用中空玻璃，并在外內層間距900mm的空中運用橙、粉、紅等色彩的具有懸掛折疊功能的穿孔鋁板。摻入色彩因素來起到遮陽美觀的豐富功能，使建筑立面更加多元化。

除此之外，還需要對金屬連接材料進行挑選。例如框架式玻璃幕墻，表面上看為了其傳熱系數為玻璃與幕墻的加權平均的傳熱系數，我們應該使用傳熱系數比較接近的隱式幕墻，但是考慮安全性，明試框架更為安全可靠。設計者也要綜合這兩方面因素 來設計使用均衡的材質作為金屬框架。

2、日照采光策略

關于日照采光策略，可以從建筑組合方面和建筑朝向問題來設計。建筑組合，就是要利用好建筑物之間的遮擋關系。既要避免遮擋帶來的能量流失，又有合理利用遮擋關系。第一，建筑物的開口朝向要面向光源充足的方向，南高北低的建筑組合可以緩解建筑物之間遮擋帶來的自然采光的負面影響。第二，對建筑物形體進行合理設計，利用反射光源形成小范圍的“人工”制造的自然光遠能量；第三，考慮到在建筑物交接處的采光較弱，尤其是高低建筑物交接處，采光會更加困難。設計者要充分利用建筑造型，并與建筑功能相結合進行合理的設計，也可以把一些對采光要求不是很高的空間設置在此，合理利用空間區(qū)域。

3、自然風的運用

由于地域位置的不同，季風的種類也不同。例如在夏季，風壓則可以幫助實現適合的通風系統。首先，建筑物的朝向應該是夏季季風的主導方向，估計環(huán)境因素。其次，為了得到最大限度的通風，設計師應該把建筑之間的距離的設置為5到7倍的建筑物高度。但是當風吹過，前面的建筑物可以為后面建筑物形成風壓。而且建筑物之間的間隔如果足夠大，就會產生一種獨立形式的氣流，后面的建筑物的通風會更有效率。但是這個間距不是無限大的，如果間距的距離大于一定限度，即風影區(qū)，就會產生尾留效應；較小時，正方向吹過來的風就會產生風漩渦。最后則是要求風速，不能小于2到3米每秒，這就要求設計者對設計地點進行仔細考察。

4、內部空間的設計

雖然玻璃幕墻相關的是建筑的外部構造，但是空間的內部的設計也同樣可以起到效果。其中包含4個方面的因素，首先是內部空間的設計和利用，比如在房間的陰面、冷山等部分要賦予樓梯間或者廁所等不需要充足采光和通風的功能位置。對于其中的一種由中間為核心向四周擴散的筒式結構的建筑物來說，中間的核心部分的通風和采光是較弱的。對于這種情況，可以利用一種縱向平面的邊庭設計來解決。這種從上到下的邊庭設計使采光和通風問題都得到了良好的解決。而對于室內的通風設計，可以參照我們俗語所說的“穿堂風”來加以設計。所謂“穿堂風”是一種典型的風壓通風方式。要實現這種通風方式，是需要對建筑物外形加以改變。就像是類似于北向天窗的波浪形屋頂，運用了“煙囪效應”，高溫上升，低溫下入。并且可以綜合熱壓通風可以緩解風向的不確定性。

其次，可以使用特定的空間要素。建筑平面的進深過大，就會是整個空間的采光和通風效率變低。這時，便可以實際天井或者中庭來解決整個問題。在這兩個空間合理種植植物，加以綠化，在增加美觀效果的同時，形成一個局部氣候緩沖區(qū)，有效的調節(jié)室內的各種因素。還有一種特定的空間設計元素，那就是空中花園，就可以針對類似于摩天大樓的建筑，配合中庭的設計，自然給室內進行換氣。而且加以開窗通風，則使大樓內的空氣充分流通。

最后，也可以采用特殊造型元素，這種設計策略的核心是在建筑物上適當設計出開口造型，以充分利用自然風，減少對機械制風的依賴性。根據流體力學的原理，可知，建筑中的通風，主要是通過冷熱的氣壓差，來驅動氣流運動。并掌握好空氣密度和洞口高差，即可設計出適當的形狀來實現節(jié)能策略。

三、結束語

上述的設計策略僅僅是當代的設計手法，但是玻璃幕墻的發(fā)展并不會止步于此。目前來看，未來玻璃幕墻的設計發(fā)展趨勢會開始走上高科技、新材料的道路。建筑設計者會著手與研制發(fā)現新型材料，并加以智能化的設計管理手段，對于不同的房屋進深，大膽的外觀設計，設計出合理的節(jié)能策略。同時，還會遵循著可持續(xù)發(fā)展的主流理念，把節(jié)能深入貫徹其中，不論是選材、設計、建工的各個步驟，都有條不紊，具有高效率的做好玻璃幕墻建筑的節(jié)能設計。

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