節能技術在建筑幕墻設計中的運用

張龍海，董業廷，許方輝

（中建八局第一建設有限公司，山東 濟南 250100）

0 引言

近年來，建筑行業逐漸認識到“綠色”“節能”的重要性，在設計階段也得到體現。建筑幕墻設計中應用節能技術，也可以達到經濟性的目的。實際上，在建筑幕墻設計階段，最主要的是優化建筑外結構，保證外觀裝飾性，延長使用期限。幕墻的設計與應用必然帶來大量的資源損耗，是節能性目標實現最關鍵的影響因素。現階段建筑設計行業確定了綠色、節能的發展理念，節能技術是建筑幕墻設計的關鍵因素，要在設計環節發揮優勢，減少資源與能源損耗。

1 工程概況

某寫字樓工程采用框架-剪力墻結構，建筑總層數為13層，建筑高度為39m，建筑面積為4.56萬m2，抗震烈度設計為8度，屬于高級辦公建筑。前期設計階段針對該建筑外立面、西立面進行幕墻設計，其中西立面進行鋁合金隔熱窗設計，面積為1 285m2，外立面分別進行隱框玻璃幕墻、干掛石材幕墻和鋁塑復合板的設計，面積分別為5 200，5 500，1 900m2。按照設計要求，本次寫字樓工程的幕墻設計需達到節能目標要求，為此展開如下討論。

2 建筑幕墻節能設計要求

建筑幕墻設計工作需要提前分析附近環境，了解環境溫度、光照與氣候條件，關于建筑物所在朝向、高度與功能，也需要體現在節能設計中。選擇節能技術時，應搭配施工技術共同分析，總結建筑幕墻設計可能存在的影響因素，重點關注采光、遮陽、傳熱性與水密性等性能，創建幕墻設計狀態指標。建筑幕墻的節能設計要綜合考慮當地氣候，根據設計標準、幕墻功能和性能，科學選擇形式、材料、構造。在設計過程中，將幕墻當作建筑物的一部分，與設計人員、暖通項目負責人實時交流，避免出現專業方面的問題，保障建筑幕墻設計質量。

3 建筑幕墻節能設計的材料選擇

科學選擇節能材料是建筑幕墻設計的關鍵環節。常見的幕墻材料有玻璃、型材等，考慮到節能要求，挑選材料時還要注重節能環保。如果選擇節能型玻璃，該材料是建筑幕墻非常重要的材料，因為涉及的熱交換面積較大，所以節能設計非常關鍵。關于節能型玻璃的選擇，應該按照玻璃實際位置進行判斷。例如，建筑朝向南、接受日光照射時間較長，需要通過玻璃阻隔太陽輻射，達到降低空調負荷的效果。基于此，建議玻璃選擇的重點放在吸熱性強、熱反射性強2個方面，如中空玻璃同時具備這2項優勢；如果建筑地處于冬季較為寒冷的北方，要選擇熱傳導控制能力好的玻璃，輻射比較低。

節能型玻璃按照不同的形式有5種，即陽光控制鍍膜玻璃、夾層玻璃、低輻射玻璃、中空玻璃、真空玻璃。

1）陽光控制鍍膜玻璃 基于常規玻璃進行鍍膜，通過金屬化合物膜增強玻璃的色澤與美觀性，還可以起到控制太陽光射入室內的作用，降低空調負荷。如果采用該類型玻璃，所帶來的透射率、反射率也比較好，有效吸收紫外線，保證室內采光和透視度。

2）夾層玻璃 夾層玻璃具有良好的韌性，由2片以上的玻璃組成，屬于復合型玻璃。夾層玻璃包含中間層、外表層，中間層制作采用透明有機材料，對工藝有非常高的要求，需要保證抗震性與抗沖擊性，即便受到沖擊也可以抵抗外部沖擊對室內環境舒適度造成的干擾。

3）低輻射玻璃 低輻射玻璃可見光度、透光率良好，可有效阻隔紅外線，在隔熱、室內采光與節能等方面均有較明顯的優勢。冬季保證室內熱量與溫度，夏季杜絕太陽光輻射至室內，同時保證節能性與經濟性。

4）中空玻璃 中空玻璃是由2片以上玻璃組成，密封膠可以將組合玻璃之間的空間隔斷，起到隔聲、隔熱的作用。除此之外，中空玻璃質量輕、負載小，有助于減小建筑負荷。

5）真空玻璃 應用支撐物分離玻璃，附近全部密封，從而在玻璃內形成真空層。換言之，真空玻璃是將中空玻璃內部空氣抽走之后，使對流、傳導傳熱消除，以此達到隔熱效果。真空玻璃空腔有限，中間支柱分布均勻，相較其他種類隔熱玻璃，其制作工藝繁瑣，加上有分割支柱存在，必然會對實際應用的美觀性帶來影響。

除了玻璃這一重要材料外，鋁合金斷熱型材也十分關鍵，主要起到支撐龍骨作用，與普通鋁型材相比，具有良好的節能性。如果幕墻設計選擇隔熱斷熱鋁合金型材，隔斷塑料導熱系數有限，設計環節的持續性隔熱區域，需要應用到隔熱條分割鋁合金結構。實際上這種隔熱條導熱系數較小，對比鋁合金，兩者的力學性能卻相同，以免因為熱脹冷縮出現鋁型材和隔熱條脫落的現象，有效承受外部環境壓力作用。

4 建筑幕墻設計中的節能技術與應用

4.1 光電幕墻技術

光電幕墻可以同時保證美觀性、隔熱、發電、隔聲等多種功效，既能夠滿足人們對幕墻的使用需求，又具有智能性。結合光電幕墻技術的應用經驗，可以將其作為太陽能光電池技術，建筑幕墻設計階段，尤其是光電幕墻的設計，要加強抗震性、抗壓性、抗風性，以保證建筑幕墻及建筑物安全。另外，設計階段針對幕墻外觀的美觀性、水密性、氣密性、隔聲性與保溫性等，也要結合實際設計要求予以強化。幕墻骨料內有大量空腔，將墻面、幕墻技術與太陽能光電技術充分融合，便可組建功能型幕墻。

4.2 節能百葉技術

建筑幕墻設計中，節能百葉技術應用最普遍，可有效降低室內空調負荷，調整太陽光照射，保證室內居住舒適度。然而，節能百葉技術主要采用百葉這一材料，該材料的節能效果有限，并且會在應用中影響建筑幕墻的美觀性。

4.3 雙層幕墻技術

建筑幕墻設計中的雙層幕墻由內、外兩層幕墻組成，利用相關裝置加強保溫、隔熱與通風等效果。目前在建筑幕墻設計中，雙層幕墻技術會應用封閉、敞開式的結構，搭建緩沖空氣空間，加強室內溫度調節的有效性與靈活性。除此之外，雙層通風幕墻技術也是其中一種設計技術，包括兩層幕墻，同樣分為內、外兩層。內層為具有斷熱、隔熱性能的明框幕墻，外層為單層玻璃、非斷熱型材組成幕墻，內、外層中間部位空間有熱通道，處于相對封閉狀態，始終和內層幕墻的外表面進行熱交換。即使冬季氣溫低，通風層關閉進、排風口之后，換氣層也可以在陽光照射下提升室內溫度與內層玻璃溫度，達到減少建筑熱能耗損的目的。待天氣回暖，再將換氣層風口打開，排除通風間層熱量，使內層玻璃外表面溫度降低，也可以減少能源消耗。

4.4 生態幕墻技術

數字化時代，建筑幕墻節能技術的種類越來越豐富，生態幕墻技術具有技術性、人性化的特點，在幕墻設計中得到廣大設計者的青睞，能夠了解人們的生活需求，在建筑幕墻設計中深入融合，加強環境舒適度。應用生態幕墻技術，在設計中需要增設生物氣候緩沖層，避免對周圍環境質量帶來影響，也有利于節省資源。

4.5 太陽光變向照明技術

建筑領域使用可再生資源，已經成為節能目標要求下的一項有效舉措。建筑幕墻設計中應用節能技術，也可以利用太陽能替代其他設計能源，達到節能環保效果，并且可以減少因幕墻設計導致的環境污染問題。建筑幕墻設計過程中，采用太陽光變向照明技術可以代替遮陽技術，以免遮陽技術中幕墻發揮反射作用，使太陽光線進入室內，反射至室內天花板、功能區，不但會對室內照明環境帶來直接影響，還會降低居住舒適度。太陽光變向照明技術可保證照明效果，采用的照射方式也更加柔和、均勻，無須大量電能消耗。

例如，建筑幕墻設計采用遮陽系統，將部分太陽光阻隔在室外。如果室內房間朝陽，則設計遮陽系統便可以很好地達到節能、隔熱的效果。若太陽光直射至室內，一方面會增加空調系統運轉負荷，另一方面還會降低環境舒適度。利用遮陽系統，在確保室內良好采光條件的基礎上，有效降低空調設備運轉帶來的能源消耗。設計人員將遮陽系統和建筑幕墻設計結合，可以選擇垂直、水平、擋板等多種遮陽方式，按照建筑功能、周圍環境條件等優化設計方案，精準計算建筑幕墻各項參數，可以提高建筑幕墻的節能性。

5 結語

新時代，建筑行業面臨節能環保這一要求，建筑幕墻設計也要設定節能目標，減少幕墻材料、技術等帶來的能源耗損。采用節能技術，既可以保證建筑幕墻的美觀性、功能性，又能減少能源消耗，避免對周圍環境帶來影響，符合建筑行業可持續發展要求。