論述建筑幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)

高利紅

（上海旭博建筑裝飾工程有限公司 上海 201318）

引言

建筑是藝術(shù)形式中的一種，即是實(shí)用的實(shí)體，又包含了具有代表性的美化價(jià)值，體現(xiàn)出功能與形式、藝術(shù)與技術(shù)的統(tǒng)一，其多樣性的美感由人的視覺體驗(yàn)來得以實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代建筑的多樣性藝術(shù)，玻璃幕墻成為現(xiàn)代建筑不可缺少的元素。

玻璃幕墻具有現(xiàn)代主義建筑的主要特征，是現(xiàn)代化都市的標(biāo)志，也是經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展的代表。玻璃幕墻以晶瑩剔透、輕巧美觀、耐候性好、密封性佳、安裝方便、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，在建筑中迅速崛起，獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。然而，建筑玻璃幕墻、鋁合金門窗作為外維護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)，成為了建筑節(jié)能中最受關(guān)注的重點(diǎn)。近年來，國家及地方新制定的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范及相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)均對幕墻、門窗的傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)、可見光透射比等性能提出了具體要求。

1 建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)分析

建筑幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)并不是固定的模式，而是應(yīng)因地制宜，節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足建筑周邊的自然環(huán)境，如光線、溫度、風(fēng)壓、氣候狀況等自然條件，通過有效的系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品對室內(nèi)環(huán)境起到適應(yīng)和調(diào)整的過程，這個(gè)過程需要綜合處理多種關(guān)系，如隔熱和保溫，采光和遮陽，通風(fēng)和熱交換的關(guān)系，氣密性、水密性和傳熱，隔聲的關(guān)系等等，所以說建筑的節(jié)能不僅僅是應(yīng)用材料的節(jié)能，更是建筑環(huán)境的節(jié)能。

玻璃幕墻的熱工設(shè)計(jì)，應(yīng)該追求設(shè)計(jì)功能的主動(dòng)性和積極性，變被動(dòng)設(shè)防為主動(dòng)利用能源的設(shè)計(jì)思想，未來減少冬季采暖供熱的熱損失和能源消耗，未來減少夏季空調(diào)制冷的熱襲入和能源消耗。進(jìn)行玻璃幕墻熱工設(shè)計(jì)時(shí)，必須對其復(fù)雜的傳熱過程和傳熱方式進(jìn)行分析和研究。玻璃幕墻的傳熱過程大致有三種途徑：①玻璃和鋁合金框傳熱，通過玻璃的鍍膜層減少輻射換熱；②幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣和室內(nèi)環(huán)境間的換熱；③玻璃幕墻外表面與周圍空氣和外界環(huán)境間的換熱。玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)從上述三種途徑加以考慮。第一種途徑（熱傳導(dǎo)）對節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)影響最大，針對玻璃的導(dǎo)熱性能，設(shè)計(jì)時(shí)采用中空玻璃；針對鋁合金框的導(dǎo)熱性能，設(shè)計(jì)時(shí)采用尼龍66等結(jié)構(gòu)塑料，形成“斷橋”，可增大熱阻，減少熱傳導(dǎo)，從而設(shè)計(jì)隔熱玻璃幕墻。在此基礎(chǔ)上，再考慮第二種途徑（熱對流）和第三種途徑（熱輻射），在構(gòu)造上采用雙層Low-E玻璃，上下端對流開口，從而設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)幕墻。

2 案例分析

工程名稱：湖北隨州紅星國際廣場·一期幕墻工程。

情況說明：該工程位于湖北省隨州市，設(shè)計(jì)為商業(yè)群體，為公共建筑，窗墻比較大，導(dǎo)致鋁合金幕墻節(jié)能要求較高，傳熱系數(shù)K值為2.0W/（m2·K），普通鋁合金斷橋幕墻一般傳熱系數(shù)K值≥2.5W/（m2·K），無法滿足該工程熱工要求。

解決方案：此工程為了滿足傳熱系數(shù)要求，從以下幾方面設(shè)計(jì)熱工：

2.1 明框玻璃幕墻節(jié)能方案

（1）玻璃：根據(jù)本工程的特點(diǎn)，采用高性能的隔熱玻璃，即8+12A+8中空Low-E玻璃，由于業(yè)主選樣玻璃為單銀Low-E玻璃，其傳熱系數(shù)K值最小也為1.8W/（m2·K），與鋁合金框加權(quán)平均后，整個(gè)玻璃幕墻傳熱系數(shù)均在2.5W/（m2·K）以上，根本滿足不了本建筑的熱工要求。根據(jù)以上情況，在滿足業(yè)主要求的前提及認(rèn)可下，建筑幕墻設(shè)計(jì)采用雙銀Low-E玻璃，且充惰性氣體，選用的玻璃傳熱系數(shù)K值僅為1.5W/（m2·K），與鋁合金框加權(quán)平均后，整個(gè)玻璃幕墻傳熱系數(shù)均在2.0W/（m2·K）以下，滿足了此建筑的熱工設(shè)計(jì)要求。

（2）鋁合金型材：在鋁合金型材截面不變的情況下，采用24mm長隔熱條，降低鋁合金隔熱型材的傳熱系數(shù)K值，與玻璃傳熱系數(shù)K值1.5W/（m2·K）加權(quán)平均計(jì)算，滿足熱工設(shè)計(jì)要求。

（3）自然通風(fēng)與建筑節(jié)能：該公共建筑空間比較大，室內(nèi)人員密度也比較高，于是采用自然通風(fēng)式動(dòng)態(tài)幕墻的構(gòu)造，根據(jù)《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2006）要求，設(shè)置開啟外窗面積，通過開啟外窗通風(fēng)來獲得熱舒適性和良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)。

（4）提升幕墻氣密性的設(shè)計(jì)：透明玻璃幕墻中提高幕墻的氣密性能也是提高建筑節(jié)能的重要途徑，本工程主要采用多道（三道）密封的開啟窗，以抵御夏季和冬季室外空氣過多的向室內(nèi)滲漏。

2.2 點(diǎn)支撐幕墻節(jié)能方案

（1）玻璃：由于采用點(diǎn)支撐幕墻的主要目的是需要通透的建筑效果，因此，其玻璃采用雙銀Low-E中空夾膠超白玻璃，由于無鋁合金框的熱傳導(dǎo)，其熱工性能比本工程明框玻璃性能更優(yōu)，極大的滿足了建筑幕墻熱工設(shè)計(jì)要求。

（2）電動(dòng)遮陽：采用室內(nèi)電動(dòng)遮陽卷簾，以提高建筑幕墻節(jié)能性能。

（3）氣密性設(shè)計(jì)：全玻璃點(diǎn)式幕墻，不設(shè)置開啟窗，大廳點(diǎn)式幕墻處采用機(jī)械通風(fēng)滿足節(jié)能要求。

2.3 玻璃采光頂節(jié)能方案

采用高性能的玻璃，即雙銀中空夾膠Low-E彩釉玻璃，中空層充入惰性氣體，玻璃采用暖邊處理，遮陽系數(shù)SC值為0.4，同樣鋁合金型材采用隔熱斷橋型材，降低傳熱系數(shù)，提高建筑節(jié)能。同時(shí)采用電動(dòng)百葉外遮陽系統(tǒng)，大量降低室外陽光照射，減少采光頂外表面與周圍環(huán)境的熱傳導(dǎo)。

3 鋁合金門窗節(jié)能設(shè)計(jì)分析

眾所周知，建筑是用能大戶，隨著建筑行業(yè)中各類建筑耗能逐漸增加，節(jié)能環(huán)保是建筑行業(yè)的必然趨勢，現(xiàn)在建筑工程節(jié)能環(huán)保十分嚴(yán)峻，所以建筑業(yè)節(jié)能環(huán)保任重道遠(yuǎn)。鋁合金門窗作為建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，直接影響到建筑物的節(jié)能性能，提高門窗的保溫性能是降低建筑物能耗的主要途徑。

鋁合金門窗的熱量損耗主要有三個(gè)途徑：①熱量通過鋁合金型材的傳導(dǎo)損失；②熱量通過玻璃的輻射損失；③通過門窗縫隙的空氣對流熱量損失。因此，針對以上三點(diǎn)，鋁合金門窗著重以下幾點(diǎn)來進(jìn)行節(jié)能保溫設(shè)計(jì)。

3.1 鋁合金型材

由于鋁合金材料是熱的良導(dǎo)體，熱導(dǎo)率高，要想保溫隔熱，必須選擇有隔熱斷橋處理的型材，隔斷熱傳導(dǎo)的通路，以此來達(dá)到保溫隔熱的目的。

3.2 玻璃

采用中空玻璃就可以達(dá)到保溫隔熱效果，這是因?yàn)橹锌詹Ａеg的空腔內(nèi)充滿干燥、靜止的空氣，大大降低熱導(dǎo)率，除此外中空玻璃具有優(yōu)良隔聲和抗霜凝、結(jié)露性能。建筑材料中常用的中空玻璃的玻璃厚度5～8mm，常見的空腔厚度有9mm、12mm、15mm等。

3.3 密封材料

鋁合金門窗如果密封不好會(huì)通過熱對流損失大量熱量，因此保溫隔熱門窗應(yīng)采用密封膠，而且要注意選擇抗臭氧腐蝕性能及抗紫外線老化性能優(yōu)良的氯丁橡膠制品，門窗扇開啟重合部位更要設(shè)置三道以上密封膠條，這樣才能起到很好的密封效果。

4 案例分析

工程名稱：美林湖生態(tài)小鎮(zhèn)-大家元·家園住宅鋁合金系統(tǒng)門窗工程情況說明：本工程位于廣東省清遠(yuǎn)市美林湖國際社區(qū)。該項(xiàng)目大部分由業(yè)主內(nèi)部員工自持，對建筑品質(zhì)要求較高，特別是保溫，整窗節(jié)能傳熱系數(shù)K值不大于2.0W/（m2·K）。

解決方案：

（1）鋁合金型材：首先選擇該工程的門窗系統(tǒng)，由于門窗節(jié)能要求高，必須增加型材隔熱性能，型材隔熱性能主要從幾方面優(yōu)化：①隔熱條尺寸，其尺寸越長隔熱性能越好；②型材墻體內(nèi)空氣盡可能減少流動(dòng)，避免熱量的流動(dòng)損耗。綜合以上兩點(diǎn)，該工程系統(tǒng)選型為70系列平開窗及120系列推拉門。隔熱條采用尼龍66結(jié)構(gòu)塑料，市場上標(biāo)準(zhǔn)長度為14.8mm，本工程根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)為24mm，等溫線上的雙隔熱條之間采用交錯(cuò)設(shè)計(jì)，盡量減少空氣流通。

（2）玻璃：玻璃采用5+12A+5+12A+5雙中空Low-E鋼化玻璃，玻璃傳熱系數(shù)K值1.52W/（m2·K），大面積降低玻璃的輻射損失。

（3）密封材料：為了增加鋁合金門窗的密封性，設(shè)計(jì)時(shí)考慮開啟部位與固定部位均采用三道密封，杜絕通過熱對流損失熱量。同時(shí)采用歐標(biāo)的三元乙丙膠條，抗臭氧腐蝕性能及抗紫外線老化性能優(yōu)良，質(zhì)保期能達(dá)到10年以上。

5 幕墻門窗通風(fēng)性能分析

在日常生活工作中，室內(nèi)空氣流通非常重要，關(guān)系到人類的身體健康和人們的工作效率。保證室內(nèi)的自然空氣流通，排除室內(nèi)的有害氣體具有非常重要意義。建設(shè)部頒布的《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2006）明確規(guī)定：居住空間自然通風(fēng)，通風(fēng)開口面積在夏熱冬冷地區(qū)不小于該房間地板面積的8%，其他地區(qū)不小于5%。

在現(xiàn)代建筑幕墻設(shè)計(jì)過程中，建筑通風(fēng)是必須要考慮的一個(gè)重要因素。在考慮建筑通風(fēng)時(shí)，既要保證整個(gè)建筑幕墻的完整性，又要考慮整個(gè)建筑幕墻的密封性，而且還要考慮節(jié)約能源降低能耗，可見建筑幕墻通風(fēng)的重要性，幕墻通風(fēng)性能好壞將直接影響幕墻的使用。

幕墻通風(fēng)量計(jì)算：

建筑幕墻通風(fēng)量，即單位面積時(shí)間內(nèi)通過幕墻某一截面的空氣總量。

通風(fēng)量公式：Q=Aa·Va

其中Q——幕墻通風(fēng)量（m3/s）；

Aa——通風(fēng)面積（m2）；

Va——空氣流速（m/s）。

6 案例分析

工程名稱：崇明縣陳家鎮(zhèn)濱江生態(tài)休閑運(yùn)動(dòng)居住社區(qū)4號(hào)地塊（金茂凱悅大酒店）。

情況說明：該工程為上海崇明唯一一家五星級(jí)酒店，面對長江口，極端天氣較多，建筑對幕墻水密性、氣密性要求比較高，但建筑設(shè)計(jì)同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了通風(fēng)量必須滿足《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2006）中的要求，通風(fēng)開口面積不小于該房間地板面積的8%，且通風(fēng)量要求達(dá)到3.0（m3/s）。該酒店有套高檔套房，室內(nèi)建筑面積為108m2，但該房間使用的玻璃幕墻面積22m2，按照108×8%=8.64m2，該面積占幕墻外立面面積比例較大，破壞了幕墻外立面完整性，且幕墻水密性、氣密性較差，建筑設(shè)計(jì)師堅(jiān)決不同意，且僅只允許外幕墻最大開啟1.2m2。

解決方案：綜合考慮相關(guān)規(guī)范及建筑設(shè)計(jì)要求，從以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)幕墻開啟及通風(fēng)量。

（1）幕墻通風(fēng)包括自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種形式，該工程部分采用機(jī)械通風(fēng)、部分采用自然通風(fēng)，此房間機(jī)械通風(fēng)面積設(shè)計(jì)為7.5m2，自然通風(fēng)面積設(shè)計(jì)為1.2m2，即：

7.5 +1.2=8.7m2＞8.64m2

滿足《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2006）中的要求；

（2）根據(jù)通風(fēng)量公式：Q=Aa·Va，通風(fēng)量大小與通風(fēng)面積和空氣流速有關(guān)。空氣流速一定的情況下，通風(fēng)面積越大，通風(fēng)量越大；通風(fēng)面積一定的情況下，空氣流速越大，通風(fēng)量越大。由《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102-2003）規(guī)定，幕墻上懸窗開啟扇的開啟角度不應(yīng)大于300，設(shè)定開啟扇開啟角度為30°。此房間開啟面積為1.2m2，按以上要求，開啟通風(fēng)面積實(shí)際僅為0.4m2，通風(fēng)量即為：

Q=Aa·Va=0.4×4.0=1.6m3/s＜3.0m3/s

其中Va為4.0m/s（崇明東灘月平均最低風(fēng)速）。

通風(fēng)量滿足不了要求。最終只能從開啟面積著手，改變開啟方式，改用平開窗，開啟角度不受《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102-2003）約束，可大可小，可以通過調(diào)整其開啟角度來調(diào)整通風(fēng)量。開啟面積最大為1.0m2（去除框面積0.2m2），通風(fēng)量即為：

Q=Aa·Va=1.0×4.0=4.0m3/s＞3.0m3/s

通風(fēng)量滿足要求。

7 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑幕墻門窗節(jié)能技術(shù)和新材料的應(yīng)用也會(huì)不斷的完善。通過合理的選擇建筑幕墻材料及先進(jìn)幕墻門窗節(jié)能技術(shù)，使建筑幕墻門窗、建筑節(jié)能及建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，通過幕墻門窗來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的多樣性效果，使我們的建筑真正成為綠色的生態(tài)建筑。

[1]《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102-2003）.

[2]《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2005）.