框架式玻璃幕墻熱工節能設計研究分析

謝盛奮

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518054）

1 引言

為貫徹國家有關節能減排、保護環境的政策，實現“十四五”時期節能減排的目標，在保證人民基本生活環境要求的前提下，進一步降低建筑能源消耗，提高生態環境質量，實現碳中和，實現社會可持續發展的戰略目標。要實現碳中和目標，首要任務是節能減排。建筑幕墻節能是節能減排的重要手段之一，要想實現建筑幕墻節能需要整個社會對建筑幕墻的節能有所認識。建筑玻璃幕墻作為建筑的外圍護結構是建筑的重要組成部分，是實現建筑功能的重要部件，它們的熱工性能較弱，是建筑節能的關鍵環節?？赏ㄟ^改變建筑玻璃幕墻系統的傳熱和遮陽系數，以達到節能減排的目的。

在建筑玻璃幕墻的節能標準上，已經陸續出臺了GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》、JGJ 75—2012《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》、JGJ/T 132—2009《居住建筑節能檢測標準》、GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標準》等一系列國家行業標準，因此，建筑玻璃幕墻在當今及未來建筑業中應用，將更加符合建筑物的節能要求。總之，建筑玻璃幕墻行業標準的不斷完善，將會促使我國建筑玻璃幕墻行業逐漸走上健康、可持續的發展道路。

2 研究分析軟件應用

本次節能研究分析基于廣東省建筑科學研究院開發的粵建科MQMC建筑幕墻門窗熱工性能計算軟件基礎上進行計算對比分析。利用粵建科MQMC計算分析玻璃面板中央的傳熱系數、框架傳熱系數、框架與面板接縫的線傳熱系數和單幅幕墻的熱工性能。

3 整幅框架式玻璃幕墻傳熱概念理論研究

整幅框架式玻璃幕墻的整體傳熱系數由框架框傳熱系數、框架面板傳熱系數、框架邊界區線傳熱系數3部分的加權平均值獲得，計算公式如式（1）：

式中，UCW為整幅幕墻的傳熱系數，W/（m2·K）；Ag為玻璃或透明面板面積，m2；Lg為玻璃或透明面板邊緣長度，m；Ug為玻璃或透明面板傳熱系數，W/（m2·K）；ψg為玻璃或透明面板邊緣的線傳熱系數，W/（m·K）；Ap為非透明面板面積，m2；Lp為非透明面板邊緣長度，m；Up為非透明面板傳熱系數，W/（m2·K）；ψp為非透明面板邊緣的線傳熱系數，W/（m·K）；Af為框面積，m2；Uf為框的傳熱系數，W/（m2·K）。

整幅幕墻的傳熱系數與組合幕墻的各種材料所占的面積及自身的傳熱系數成正比，所以降低整幅幕墻的傳熱系數就要降低各組成部分的傳熱系數。

4 降低框架式玻璃幕墻傳熱系數分析研究

從幕墻傳熱系數的概念理論分析計算公式可以得到要降低幕墻傳熱系數主要通過降低框傳熱系數、降低面板傳熱系數、降低邊界區線傳熱系數3方面來實現。

4.1 降低框架玻璃幕墻框傳熱系數

框的傳熱系數主要是通過傳導、對流及輻射來傳遞，通常降低框的傳熱主要通過斷、堵、封著3方面來實現。（1）斷：框架采用斷熱鋁合金型材，即鋁合金骨架的室內、室外部分采用斷熱隔條隔離開，有效阻止了熱量的傳導。（2）堵：在玻璃和鋁合金龍骨之間采用泡沫棒和密封膠進行封堵，以降低熱量的對流效應。（3）封：采用多道密封膠條進行密封，在提高氣密性的同時，進一步減少熱量的對流。

4.2 降低框架玻璃幕墻面板傳熱系數

降低面板的傳熱系數主要通過以下3方面來實現：（1）采用中空、真空玻璃，利用空氣層或者真空層阻斷熱量的傳導；（2）中空層用惰性氣體替代空氣，因為惰性氣體具有比干燥空氣更低的導熱性能，更穩定的化學結構，所以能夠更有效降低熱量的輻射；（3）采用雙銀或者三銀LOW-E節能玻璃，降低太陽光熱量的直接輻射。

4.3 降低框架幕墻邊界區線傳熱系數

降低邊界區的線傳熱系數主要通過采用暖邊隔熱條，最大限度地隔斷熱量的傳遞。

5 節能案例分析

5.1 選取分析案例基礎

以某辦公樓的實際工程案例，選取其中標準大樣來計算分析。

本案例窗墻比為0.6，依據GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》要求所設計傳熱系數U≤2.5 kW/（m2·K）。

5.2 選取分析案例計算分析

1）基礎方案框架式玻璃幕墻玻璃熱系數計算，玻璃采用6+12A+6中空單銀LOW-E玻璃，采用粵建科MQMC玻璃光學熱工計算。如圖1所示。

圖1 基礎方案6+12A+6單銀中空LOW-E光學熱工計算圖

計算主要參數結果如下：面板傳熱系數U=1.968 W/（m2·K）；面板遮陽系數SC=0.344。

2）基礎方案框架式玻璃幕墻框傳熱系數計算，具體如表1所示。圖2為基礎方案標準節點邊框溫度線圖和邊框溫度場圖。

表1 基礎方案標準節點傳熱系數

圖2 基礎方案標準節點邊框溫度線圖和邊框溫度場圖

3）基礎方案框架式玻璃幕墻單元幅面傳熱系數計算：

不滿足要求。

5.3 案例對比計算分析研究

其他基礎條件不變，節點構造和玻璃做了優化，立柱斷熱型材隔熱條由PVC更換為尼龍66隔熱條，玻璃由單銀LOW-E更換為雙銀LOW-E，玻璃與鋁合金邊框間填充隔熱物質，采用粵建科MQMC計算。

1）框架式玻璃幕墻玻璃熱系數計算，6+12A+6雙銀LOW-E中空玻璃，采用MQMC玻璃光學熱工計算，如圖3所示。

圖3 優化方案6+12A+6雙銀中空LOW-E玻璃光學熱工計算圖

計算主要參數結果如下：面板傳熱系數U=1.782 W/(m2·K）；面板遮陽系數SC=0.253。

3）優化方案框架式玻璃幕墻框傳熱系數計算，如表2所示。圖4為優化方案標準節點邊框溫度線圖和邊框溫度場圖。

表2 優化方案標準節點傳熱系數

圖4 優化方案標準節點邊框溫度線圖和邊框溫度場圖

3）優化方案框架式玻璃幕墻單元幅面傳熱系數計算：

滿足要求。

6 結論

通過粵建科MQMC計算軟件對完全相同分格的玻璃幕墻，相同的立柱形式、相同的玻璃厚度配置，原分析案例不滿足節能傳熱系數要求的情況下，通過更換了立柱斷熱型材隔熱條材料，玻璃材料更換為雙銀，玻璃與鋁合金邊框間填充隔熱物質的配置組合的對比案例經過計算可以看出，整幅單元幕墻的傳熱系數U值有了明顯的改善，達到滿足節能要求。