基于玻璃幕墙节能设计的探讨

李春宇

（浙江杭州华钠装饰有限公司，浙江 杭州 310000）

玻璃幕墙作为当前一种新型建筑材料被广泛用于建筑外墙装饰中。玻璃幕墙以采光面积大、自重轻、造型多变、美观、光影效果好等诸多的优点，同时也成为建筑物构件中将建筑技术与建筑艺术结合的最完美的典范。然而玻璃幕墙传热系数大等缺点带来了高能耗的影响，这就说明在享受其诸多优点的同时就一定要牺牲建筑节能。在玻璃幕墙建筑美观与节能的两者中，通过玻璃幕墙的节能设计等技术完全可以找到二者的平衡点。

1 玻璃幕墙节能设计原则

随着GB 50189－2005《公共建筑节能设计标准》、JGJfF 151－2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》、GB/T 21086－2007《建筑幕墙》标准的执行，保温隔热性能及其计算是幕墙节能的重要指标之一。由于我国南北气候差异较大，在不同的气候条件下对幕墙的节能要求不同。因此，玻璃幕墙的节能设计除保证本身性能指标外，还应结合当地气候条件遵循以下设计原则：①严格遵循国家现行的外围护结构热工设计的有关标准规范；②充分考虑当地气候条件，综合各方面因素进行合理选材、选型；③冬季寒冷地区应进行保温设计，夏季炎热地区应进行隔热、通风设计；④热工设计时，必须对其复杂的传热过程和传热方式进行分析和研究。

2 玻璃幕墙材料的选择

2.1 玻璃材料

玻璃幕墙中玻璃的面积远远大于金属框架的面积，而玻璃材料表面换热性强，长波热透射率高，故夏季太阳辐射热会透过玻璃进入室内，使室内温度升高，从而增加空调能耗。因此减少玻璃的能耗对幕墙节能至关重要。光学和热学性能是节能玻璃的主要指标，近年来，吸热玻璃、热反射镀膜玻璃、低辐射（Low－E）镀膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等节能玻璃已经应用于建筑上。早期为了解决保温隔热问题，人们开发了吸热玻璃和热反射玻璃等，但是它们存在着通透性不好及光污染等问题。随着科技的不断发展，Low－E玻璃和双Low－E玻璃诞生了，这些玻璃具有辐射率低、良好的通透性和节能效果好等特点，用这些玻璃组成的中空玻璃或复合真空玻璃节能效果最佳。

严寒地区建筑能耗主要是采暖，因此对玻璃的传热系数要求高，应采用中空玻璃或低辐射中空玻璃。对于过渡地区、夏热冬冷和夏热冬暖地区，建筑能耗主要是制冷，因此要降低玻璃的遮阳系数，阻止太阳热线进入室内，以减少空调的冷负荷，一般采用吸热玻璃、热反射玻璃和热反射中空玻璃。严寒地区应采用低辐射玻璃，尽量采用综合性能优越的低辐射中空玻璃。

2.2 铝合金型材（隔热断桥）

玻璃幕墙中一般采用铝合金材料作为支撑构件。金属比玻璃的导热系数大，普通幕墙的型材无可避免地出现“热桥”现象。幕墙型材的选择与设计的重点在于防止“热桥”的出现，采用断热桥铝型材可以有效地达到节能效果。断热桥铝型材的隔热原理是基于一个连续的隔热区域，利用低导热系数材料制成隔热条，将铝合金型材分成两个部分。隔热条材料的导热系数0.3 W/（m2·K），远小于铝合金导热系数203 W/（m2·K），强度与铝合金材料相当。

在炎热的夏季，断热桥铝型材室外部分温度达 40～60 ℃时，室内部分可保持在 25 ℃左右，可以有效地阻止热量传到室内。冬季，室内外铝型材温差也可达到 20 ℃左右，从而减少热量损失，达到节能目的。

2.3 保温材料

层间结构梁位置的玻璃幕墙可采用单片玻璃和保温岩棉的组合设置，以确保玻璃幕墙在非透明位置的保温系数满足节能计算要求。

3 玻璃幕墙的遮阳

建筑外围护结构节能设计中，开窗、遮阳、材料的隔热性能等是重点考虑的环节。对于大面积玻璃幕墙建筑来说，遮阳是节能设计的重要因素之一，特别是夏季炎热地区。前文提到的节能型材的隔热措施，结合遮阳手段可以更加有效地降低炎热地区夏季空调冷负荷，达到节能目的。遮阳设计主要体现在玻璃遮蔽和遮阳构件上。

图1 水平式遮阳

玻璃可根据其不同的遮阳系数结合当地气候条件进行正确选择，镀膜玻璃、反射玻璃、吸热玻璃、低辐射玻璃和中空玻璃等都可作为遮阳设计的选择。遮阳构件的设计按位置可分为外遮阳和内遮阳，外遮阳的形式可分为水平式遮阳、垂直式遮阳、综合式遮阳和挡板式遮阳、幕墙遮阳板常见形式。其中水平遮阳板设计时要注意对玻璃外侧热空气散逸的处理，即遮阳板与玻璃墙面应有一定距离，遮阳板本身也应做通风处理，比如设计成倾斜百页状。垂直遮阳板最好设置可调节，可以根据太阳位置改变方向。内遮阳就是在幕墙内侧设置遮阳帘、软百页、竹帘等。

幕墙建筑采用遮阳与否对室内温度和采光都有一定影响。夏季炎热地区，采用遮阳措施后，室内外温差达 1～2 ℃，可有效地降低室内温度，并且有利于室内温度的稳定、均匀，增加室内环境的舒适感。因此，幕墙遮阳可降低空调的冷负荷，节约大量电能，但同时也应注意保证室内的天然采光。

就我国所处地理纬度来说，各种遮阳板基本形式是适应朝向范围如下：

（1）水平式遮阳，见图1。在玻璃前采用伸出重叠的平板这种形式的遮阳，能有效地遮挡太阳高度角较大的、从玻璃幕墙上方投射下来的阳光，故适用于南向的玻璃幕墙建筑物。

（2）垂直式遮阳，见图2。设于玻璃前凸出板的垂直式遮阳，能有效地遮挡角度较小的、从玻璃窗侧斜射进来的阳光。但对于角度较大的，从玻璃窗上面射下来的阳光，或接近日出、日落时平射的阳光，起不到遮挡作用。故垂直式的遮阳主要适用于东北、北和西北向附近的玻璃幕墙建筑。

图2 垂直式遮阳

（3）综合式遮阳，见图3。综合式遮阳能有效地遮挡高角度中等的、从玻璃窗前射下来的阳光。遮阳效果比较均匀，故适用于东南或西南向的玻璃幕墙建筑。

（4）挡板式遮阳，见图4。挡板式遮阳能有效地遮挡高度角较小的、正射窗口的阳光，故主要用于东西向的玻璃幕墙建筑。

图3 综合式遮阳

图4 挡板式遮阳

4 双层玻璃幕墙

双层玻璃幕墙是一种新型的节能幕墙，它不同于传统单层玻璃幕墙。双层幕墙主要由一个单层玻璃幕墙和一个双层玻璃幕墙组成，在两个幕墙中间有一个空间，在空间的上下两端有进风和排风设施，这个空间就是热通道，因此也称为“热通道幕墙”。根据结构不同，可分为封闭式内循环体系和敞开式外循环体系两种类型，见图5。

图5 双层玻璃幕墙

4.1 封闭式内循环体系

封闭式内循环体系外层玻璃幕墙全封闭，室内空气通过内层玻璃幕墙通风口进入热通道，从热通道上升至上部排风口，空气从吊顶的排风管排出。这样使得热通道内温度与室内温度基本相同，大大节省了取暖和制冷的电力消耗，这种形式的幕墙多用于冬季寒冷的地区。

内循环体系幕墙的外幕墙封闭，通常采用中空玻璃和断热铝型材，内幕墙则采用单层玻璃或单层铝门窗。内、外两层幕墙之间热通道的距离通常为200 mm左右，有的工程为了维修、清洗方便将热通道的距离设计为500～600 mm。在通道内设置电动百叶或电动卷帘，以便在夏季起遮阳作用，减少太阳辐射热产生的通道温升，提高制冷效果。

4.2 敞开式外循环体系

敞开式外循环体系是指空气从外层幕墙的下通道进入热通道，然后从外层幕墙的上部排风口排出，内层幕墙完全封闭。其结构为外层幕墙采用开敝结构的单片玻璃幕墙，内层幕墙采用中空玻璃隔热幕墙。

敞开式外循环幕墙的内幕墙封闭，外幕墙有下进风口和上排风口。进风口和排风口可以开启和关闭，冬季关闭上、下风口，热通道成封闭空间。热通道内空气经阳光照射升温，可以提高内侧幕墙外表面温度，达到保温节能的效果。夏季开启通风口，利用“烟囱效应”进行自然通风换气，带走热通道内由于日照而产生的热量，降低内层幕墙的外表面温度，减少了空调冷负荷。

双层玻璃幕墙的传热系数比中空玻璃的传热系数小很多，能够保证冬季的保温和夏季的隔热通风，因此双层玻璃幕墙的节能效果较显著。

5 结束语

通过对玻璃、铝合金型材等材料的选择，幕墙构造的合理设计以及双层玻璃幕墙的设计等方面来分析和探讨玻璃幕墙的节能设计，使建筑玻璃幕墙在满足功能和美感的同时解决高能耗问题。