1. 前言
節(jié)能已經(jīng)成為世界發(fā)展的一個重要課題，社會對建筑節(jié)能的意識也在逐漸增強。建筑節(jié)能相當(dāng)部分是圍護(hù)結(jié)構(gòu)（詞條“圍護(hù)結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）的節(jié)能，而幕墻是現(xiàn)代建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一個重要組成部分，幕墻以其結(jié)構(gòu)新穎、美觀及多功能贏得大家的喜愛，但如果不能很好地解決幕墻的能耗問題，勢必會影響幕墻的使用發(fā)展。因此，我們著重探討幕墻的節(jié)能設(shè)計及新版《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》在幕墻節(jié)能設(shè)計中的指導(dǎo)作用。
2. 幕墻的節(jié)能設(shè)計內(nèi)容
幕墻的節(jié)能設(shè)計，顧名思義，就是要減少幕墻的所帶來的建筑能耗。建筑通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)(包含幕墻)與外界聯(lián)系，因此，幕墻的傳熱和隔熱（詞條“隔熱”由行業(yè)大百科提供）效果對整體建筑的能耗有較大的影響作用。
幕墻的節(jié)能設(shè)計是通過分析熱原理的不同內(nèi)容對可能會導(dǎo)致幕墻能耗高的原因進(jìn)行判定，并以這一結(jié)果為基礎(chǔ)來制定出有效的處理措施，最終能夠提高建筑整體設(shè)計的科學(xué)性與可靠性。
幕墻節(jié)能設(shè)計需要遵循熱耗能原理、熱傳遞原理、隔熱原理。
3. 《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》在幕墻節(jié)能設(shè)計中的運用
3.1 保溫及隔熱性能設(shè)計
保溫隔熱性能是指幕墻兩側(cè)存在空氣溫差條件下，幕墻阻抗從高溫一側(cè)傳向低溫一側(cè)傳熱的能力，不包括從縫隙中滲透空氣的傳熱。
幕墻的保溫性能應(yīng)通過控制總熱阻值和選取相應(yīng)的材料來解決。為了減少熱損失，可以從以下三個方面進(jìn)行改善：第一是改善采光窗玻璃的保溫隔熱性能，盡量選用中空玻璃，并減少開啟扇;第二是對非采光部分采用隔熱效果好的材料作后襯墻(如浮石、輕混凝土（詞條“混凝土”由行業(yè)大百科提供）)或設(shè)置保溫芯材;第三是做密閉處理和減少透風(fēng)。
幕墻的隔熱性能則應(yīng)通過減少傳進(jìn)室內(nèi)的熱量和降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度來解決，因而要合理地選擇外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料和構(gòu)造形式，選用遮陽型的透光材料和設(shè)置外遮陽是減少太陽輻射熱進(jìn)入室內(nèi)的十分有效措施。
3.2 透明(玻璃)幕墻、采光頂的節(jié)能設(shè)計要點
3.2.1 保溫設(shè)計
根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB 50176-2016 ,并按建筑所處的熱工分區(qū)選取傳熱系數(shù)。再依據(jù)熱工要求選用幕墻玻璃材料、幕墻龍骨及做好周邊縫隙密封。
考慮玻璃幕墻使用的適應(yīng)性和最大限度地減少能耗，對于玻璃幕墻而言，由于玻璃的面積占外立面的85%以上，參加熱交換的面積很大，能耗相對也多，其玻璃材料是節(jié)省能源的關(guān)鍵。中空玻璃的保溫性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于單片玻璃，單片普通玻璃傳熱系數(shù)在5.5W / (m²·K)～ 5.8W/ (m²·K) ，單片LOW-E玻璃可達(dá)到 3.5W/ (m²·K) 左右， 以12mm氣體層為例，普通中空玻璃可以達(dá)到2.8W/ (m²·K) 左右，Low-E中空玻 璃可以達(dá)到1.8W / (m²·K) 左右，充氬氣的中空玻璃可以達(dá)到1.4W/ (m²·K) 左右，三 層雙中空的Low-E 中空玻璃可以達(dá)到1.0W/ (m²·K)～1.4W/ (m²·K)， 真空玻璃更是可以降低到0. 4W/ (m²·K)～O. 6W/ (m²·K)，對于保溫要求較高的建筑，所使用的門窗（詞條“門窗”由行業(yè)大百科提供）、玻璃幕墻、采光頂應(yīng)當(dāng)考慮氣候區(qū)、建筑熱工設(shè)計等綜合要求，選擇合適的玻璃系統(tǒng)，以提高整體的保溫性能。
玻璃板塊分格的縫隙對玻璃幕墻的保溫隔熱性能有很大影響，特別是明框幕墻（詞條“明框幕墻”由行業(yè)大百科提供）。傳統(tǒng)明框幕墻室內(nèi)外鋁型材之間沒有其它隔熱材料間隔，而隔熱斷橋鋁型材在室內(nèi)外鋁型材之間有—道隔熱保溫（詞條“隔熱保溫”由行業(yè)大百科提供）性能非常好的隔熱體，做了斷熱處理之后，框的傳熱系數(shù)基本可做到4.0W/(m²·K) 、5.0(m²·K) 。對于嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)加強保溫， 幕墻應(yīng)使用斷熱構(gòu)造或斷熱鋁合金型材（詞條“鋁合金型材”由行業(yè)大百科提供），進(jìn)一步提高幕墻系統(tǒng)的保溫性能，同時減少型材處的結(jié)露問題。隱框幕墻對鋁型材沒有嚴(yán)格的保溫隔熱要求。
門窗、玻璃幕墻周邊與墻體或其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)連接處，如果不做特殊處理，易形成熱橋， 對于嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、溫和地區(qū)來說，冬季就會造成結(jié)露，因此要求對這特殊部位采用保溫、密封構(gòu)造，特別是一定要采用防潮型保溫材料，如果是不防潮的保 溫材料在冬季就會吸收了凝結(jié)水變得潮濕，降低保溫效果。這些構(gòu)造的縫隙必須采用密封材 料或密封膠密封，杜絕外界的雨水、冷凝水等影響。
如工程項目A幕墻采用了6+1.52pvb+6(loe-E)+12A+6中空玻璃，并采用鋁合金斷熱型材，幕墻透明部分傳熱系數(shù)為2.016W/(m²·K);幕墻層間部位增加背襯保溫棉(與玻璃面板間隔大于50mm)，則層間非透明部分的傳熱系數(shù)為0.264W/(m²·K)，透明部分和非透明部分的面積比為2：1，則該幕墻的綜合傳熱系數(shù)為1.432W/(m²·K)，符合整體建筑熱工設(shè)計要求。
3.2.2 隔熱設(shè)計
建筑熱工設(shè)計主要任務(wù)之一，是要采取措施提高外圍護(hù)結(jié)構(gòu)防熱能力。對屋面、外墻(特別是西墻)要進(jìn)行隔熱處理，應(yīng)達(dá)到防熱所要求的熱工指標(biāo)，減少傳進(jìn)室內(nèi)的熱量和降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度，因而要合理地選擇外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料和構(gòu)造形式。最理想的是白天隔熱好而夜間散熱又快的構(gòu)造形式。自然通風(fēng)是排除房間余熱，改善室內(nèi)熱環(huán)境的主要途徑之一。要合理設(shè)計圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)，要有利于房間的通風(fēng)散熱。
根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB 50176-2016 ,并按建筑所處的熱工分區(qū)選取得熱系數(shù)。合理地選擇外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料(如玻璃的遮陽系數(shù))和構(gòu)造形式(設(shè)置遮陽裝置)是滿足相關(guān)得熱系數(shù)的主要措施。
在夏熱冬暖地區(qū)，隔熱是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的主要問題。玻璃幕墻的隔熱性能主要是針對輻射、傳導(dǎo)與對流。在談及反射玻璃（詞條“反射玻璃”由行業(yè)大百科提供）時，人們往往只強調(diào)它的輻射性能。固然，輻射是上面各種方式中最主要的部分，可占全部熱量的2/3左右，空調(diào)的主要負(fù)荷也來源于太陽輻射，因此，應(yīng)有效阻擋太陽輻射。但在實際使用中，如幕墻在持久的曝曬下，反射玻璃由于散熱較其它玻璃慢，盡管它的反射能力大，但熱量的累積使它不可避免地成為一個新熱源，所以，玻璃幕墻對太陽能的透射能力是值得關(guān)注的問題。溫差傳熱、空氣流動熱交換也是夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能應(yīng)考慮的問題，這兩個方面的傳熱均是由室內(nèi)外溫差造成的，不同的是前者是通過傳熱，后者是通過室內(nèi)外空氣滲透。在進(jìn)行幕墻熱工設(shè)計時，必須對其進(jìn)行具體分析和研究，如：幕墻外表面與周圍空氣和外界環(huán)境間的對流換熱（詞條“對流換熱”由行業(yè)大百科提供）、幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣和室內(nèi)環(huán)境間的換熱、幕墻和金屬（詞條“金屬”由行業(yè)大百科提供）框格的傳熱、通過玻璃的鍍膜層減少的輻射換熱等。
保溫性能好的玻璃未必遮陽性能就優(yōu)良。比如普通的透光中空玻璃，其傳熱系數(shù)可以達(dá)到2.8W/(m²·K)左右，遮陽系數(shù)值也較高;單片綠色玻璃傳熱系數(shù)高達(dá) 5.7W/(m²·K)，但是其遮陽系數(shù)值較透明中空玻璃大幅降低 。 對于夏季，透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱以遮陽隔熱為主，因此從玻璃遮陽隔熱的角度來看，著色玻璃、遮陽型單片 Low-E玻璃、著色中空玻璃、熱反射中空玻璃、遮陽型Low-E中空玻璃更加合適，建議不要使用普通的透光中空玻璃。
建筑遮陽的目的在于防止直射陽光透過玻璃進(jìn)人室內(nèi)，減少陽光過分照射加熱（詞條“加熱”由行業(yè)大百科提供）建筑室內(nèi)， 是門窗隔熱的主要措施由于太陽的高度角和方位角不同，投射到建筑物水平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供）、西向、東向、 南向和北向立面的太陽輻射強度各不相同。夏季，太陽輻射強度隨朝向不同有較大差別一般 以水平面最高，東、西向次之，南向較低，北向最低但我國幅員遼闊，有部分地區(qū)處于北回 歸線以南，該部分地區(qū)夏季北向也會有較大的太陽輻射，也該予以一定的關(guān)注。為此，建筑遮陽設(shè)計、選擇的優(yōu)先順序應(yīng)根據(jù)投射的太陽輻射強度確定，所以設(shè)計應(yīng)進(jìn)行夏季太陽直射軌跡分析。
窗戶是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱工性能最薄弱的構(gòu)件。透過窗戶進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱，構(gòu)成夏季室內(nèi)空調(diào)的主要負(fù)荷。建筑各立面朝向中，東、西向易受太陽直射，因此東、西向建筑外墻和外窗(透光幕墻)設(shè)置外遮陽，是減少太陽輻射熱進(jìn)入室內(nèi)的十分有效措施。外遮陽形式多種多樣，如結(jié)合建筑外廊、陽臺、挑檐遮陽，外窗設(shè)置固定遮陽或活動遮陽等。隨著建筑節(jié)能的發(fā)展，遮陽的形式和品種越來越多，各地可結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件加以靈活采用。遮陽不僅要考慮降低空調(diào)負(fù)荷，改善室內(nèi)的熱舒適性，減少太陽直射;同時也需要考慮非空調(diào)時間的采光以及冬季的陽光照射需求。
房間的天窗和采光頂位于太陽輻射最大的朝向，應(yīng)采取活動式遮陽即滿足采光需要也防止室內(nèi)過熱，但即便是設(shè)置了遮陽的天窗或采光頂，在外側(cè)半球空間的散射輻射和內(nèi)側(cè)集聚的高溫空氣作用下，天窗或采光頂構(gòu)件的溫度高于室內(nèi)表面溫度對室內(nèi)產(chǎn)生熱輻射，所以應(yīng)采取設(shè)置通風(fēng)裝置或開設(shè)天窗等措施排除天窗頂部的熱空氣，設(shè)置淋水、噴霧裝置降低天窗和采光頂?shù)臏囟龋庖姁勰愀鞯靥齑盎虿晒忭敱砻鎸κ覂?nèi)環(huán)境的熱輻射作用。
工程項目B幕墻玻璃幕墻面板遮陽系數(shù)為0.3，增加了豎向懸挑線條(既作為遮陽構(gòu)件，同時豐富立面造型)后，遮陽系數(shù)降為0.27，滿足了建筑熱工設(shè)計要求。
3.3 非透明(鋁板、石材、人造板材)幕墻的節(jié)能設(shè)計要點
3.3.1 保溫設(shè)計
非透光部分的幕墻，在設(shè)計時是作為墻體來要求其熱工性能，因此使用高效保溫材料，技術(shù)易實現(xiàn)， 成本也低，并且能達(dá)到很好的保溫效果，提高建筑的整體熱工性能。幕墻與主體結(jié)構(gòu)之間的 連接部位、跨越室內(nèi)外的金屬構(gòu)件是幕墻傳熱的薄弱部位，應(yīng)進(jìn)行保溫處理，不要形成熱橋， 導(dǎo)致冬季結(jié)露。
幕墻行業(yè)常用的保溫隔熱材料有以下幾種：保溫巖棉、聚氨酯、纖維板、擠塑泡沫保溫隔熱材料等，其中擠塑泡沫保溫隔熱材料性能最佳，它的導(dǎo)熱系數(shù)（詞條“導(dǎo)熱系數(shù)”由行業(yè)大百科提供）僅為0.0289w/m2.k。
3.3.2 隔熱設(shè)計
在玻璃幕墻、石材幕墻、金屬板幕墻等各種幕墻構(gòu)造背后添加保溫材料之后，都屬于非透光幕墻，在計算時都是當(dāng)做墻體進(jìn)行熱工計算如果背后添加的保溫材料的熱阻不小于1.0(m²·K) ，再考慮幕墻本身的熱阻，也就是基本保證此非透光幕墻構(gòu)造的傳熱系數(shù)不大于0.7W/(m²·K), 基本能滿足隔熱要求。如果室內(nèi)側(cè)還有實體墻，隔熱效果就更好了。
4. 結(jié)束語
在建筑幕墻設(shè)計中，要做到靈活運用各種構(gòu)造處理，材料選用以符合《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》的要求，適應(yīng)各種熱工分區(qū)對建筑幕墻的不同系數(shù)選取，需要我們深刻體會規(guī)定的概念及原因，熟悉各種設(shè)計技巧，才能滿足建筑師對幕墻設(shè)計提出的日益豐富的要求。
參考文獻(xiàn)
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