浅析现代建筑玻璃幕墙中的节能设计

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2012-12-06浏览：21次

　　摘要：随着经济的发展，建筑设计的要求也随之提高，建筑外墙装饰的设计越来越多样化。玻璃幕墙作为一种重要的外墙装饰工艺得到了广泛的运用。而玻璃幕墙建筑的节能问题在整个建筑节能中占据很重要的位置。因此，本着节能的理念对建筑玻璃幕墙的设计进行论述。

　　关键词：建筑玻璃幕墙,材料选择,双层玻璃,节能设计

　　前言

　　随着经济的发展和社会的进步，玻璃幕墙在建筑上的应用越来越多，在一些公共建筑特别是高层办公楼中，玻璃幕墙几乎成了建筑立面的代言。建筑节能是当前我国建筑界关注的重点问题之一。因此，对玻璃幕墙进行节能设计具有重要意义。

　　一、建筑玻璃幕墙节能设计原则

　　随着GB 50189—2oo5(公共建筑节能设计标准》、JGJfF151—2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》、GB/T21086—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。

　　二、建筑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。

　　三、建筑玻璃幕墙的遮阳

　　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。

　　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l～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。

　　(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。

　　四、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。

　　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200mm左右，有的工程为了维修、清洗方便将热通道的距离设计为500～600mm。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。

　　五、结束语

　　目前，我国的建筑节能工作已成为当务之急，建筑节能有着巨大的潜力，建筑的节能工作任重道远。玻璃幕墙的节能设计要遵循科学性、适用性、经济性和安全性的原则。

《浅析现代建筑玻璃幕墙中的节能设计》

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