建筑幕墙节能施工 建筑幕墙节能设计的探讨与对策
时间：2019-05-25 03:32:22 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：建筑幕墙是由面板与支承结构体系组成的建筑外围护形式，具有现代建筑的显著特征，在世界范围内得到了越来越广泛的应用。本文结合工程的设计实践，就建筑幕墙的节能设计进行探讨及分析。
关键词：建筑幕墙；建筑节能；玻璃；技术；设计
Abstract: the construction curtain wall is by the panel and supporting structure of the system architecture periphery form, has modern building remarkable characteristics, worldwide have been applied more and more. Combining with the project design practice, then the energy saving of the construction curtain wall design are discussed and analyzed.
Key words: the construction curtain wall; Building energy efficiency; Glass; Technology; design
中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：
目前我国建设高潮持续不断，随着国家对节能减排的重视，合理资源利用、节约能源、绿色环保已成为建筑业发展的主流。而建筑幕墙和门窗的能耗约占建筑营运能耗的51%左右，由此可见，建筑幕墙的节能设计对整个建筑节能的成效至关重要。建筑幕墙主要包括以下几种幕墙（如下图），现在根据工程的设计实践和积累，分别对不同幕墙种类如何实现建筑节能进行探讨及分析。
一、普通玻璃幕墙的节能设计
《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005将幕墙划分为透明幕墙和非透明幕墙，非透明幕墙包括石材幕墙、金属幕墙、玻璃幕墙有后置墙体部位、玻璃幕墙有后置保温隔热层部位及人造板幕墙等。
近年来公共建筑窗墙面积比有越来越大的趋势，这是由于人们希望公共建筑更加通透明亮，建筑立面更加美观，建筑形态更为丰富。如果希望建筑立面有玻璃的质感，提倡使用非透明的玻璃幕墙，即玻璃的后面仍然是保温隔热材料和普通墙体。当立面设计追求通透、大面积使用透明幕墙时，要根据建筑所处的气候区和窗墙比选择玻璃（或其他透明材料），使幕墙的传热系数和玻璃的遮阳系数符合本标准。因此，我们可以通过以下几项措施来提高玻璃幕墙的节能：
1．透明幕墙可以通过根据不同的地域采用高性能的玻璃（如中空LOW－E玻璃、中空夹胶LOW－E玻璃、双银LOW－E中空玻璃等，以上玻璃传热系数普通中空LOW－E玻璃，K值为1.8 W/(m2·K)，遮阳系数为SC值为0.5；双银中空LOW－E玻璃，K值为1.7 W/(m2·K)，遮阳系数为SC值为0.4；三银中空LOW－E玻璃，K值为1.6 W/(m2·K)，遮阳系数为SC值为0.32）来提高幕墙的传热系数及遮阳系数，进而提高建筑节能能效。
2．透明幕墙可以通过采用隔热断桥型材、填充惰性气体、暖边间隔技术等技术措施降低传热系数，进而
提高建筑节能。但填充惰性气体和暖边间隔技术需进行相应的成本分析，以便提高建筑的性价比。
3．透明幕墙可以通过设置遮阳措施提高建筑节能，因为太阳辐射对建筑能耗的影响很大。
建筑遮阳共分三种情况：第一种为通过提高玻璃遮阳性能或采用彩釉玻璃来降低玻璃的遮阳系数（如图1）；第二种情况为通过采用外遮阳，外遮阳可以设置水平的或竖直的又或是综合的，可以是装饰条也可以建筑悬挑板（如图2）；第三情况为内遮阳（如图3），尤其是南方公共建筑诸如办公和宾馆建筑更要重视遮阳。
图1 彩釉玻璃遮阳 图2 外遮阳图3 内遮阳
4．透明幕墙中有一部分因为公共建筑形式的多样化和建筑功能的需要，特别是建筑的主入口需要高透型玻璃幕墙或透明玻璃幕墙，而且内部为跨层的挑空设计（如图4），由于此幕墙的K值及遮阳系数较差，该区域玻璃幕墙没有达到节能要求，可以通过提高该朝向跨层区域以上其他玻璃（或其他透明材料）热工性能的方法，使该朝向玻璃（或其他透明材料）幕墙达标。
图4 主入口玻璃幕墙局部效果图
5．透明幕墙中自然通风也建筑节能的重要方式。公共建筑一般室内人员密度比较大，建筑室内空气流动，特别是自然、新鲜空气的流动，是保证建筑室内空气质量符合国家相关标准的关键。无论是北方地区还是南方地区，在春、秋季节和冬、夏季节的某些时段普遍有开窗加强房间通风的习惯，这也是节能和提高室内热舒适性的重要手段。外窗的可开启面积过小会严重影响建筑室内的自然通风效果。可以通过开启外窗通风来获得热舒适性和良好的室内空气品质。图5~图8分别为常用的上悬窗、内开窗、平推窗、隐式开窗。
图5 上悬窗图6 内开窗图7 平推窗图8 隐式开窗
6．透明幕墙中提高幕墙的气密性能也是提高建筑节能的重要途径，主要方法为采用多道密封的开启窗，可根据建筑外型及成本情况，尽量采用单元式幕墙提高幕墙的气密性能，以抵御夏季和冬季室外空气过多地向室内渗漏。
7．玻璃幕墙中的非透明幕墙节能设计注事要点为：
7.1由于非透明幕墙玻璃的面积一般都小于30%，考虑到效果及节能的要求，最好能采用中空LOW－E
玻璃与透明幕墙的玻璃一致，其后设置背板及保温岩棉；
7.2幕墙的保温应能形成封闭的保温体系，以便能有较好保温效果。
非透明幕墙（包括石材幕墙、金属幕墙、人造板幕墙等）的节能设计
非透明幕墙主要由面材、龙骨、保温材料等组成建筑幕墙，非透明幕墙的节能设计主要有以下几个要点：
1．保温材料根据国家相关规范要求，幕墙上的保温材料现一般应采用A级防火的憎水性的保温材料，并应明确相应厚度、容重等相关技术要求。
2．保温应能形成连续的封闭的保温体系，保温不宜被龙骨阻断或不封闭以降低建筑节能效果。
3．保温宜设置于墙体上，保温与面层之间尽量能形成相应的空气层，以便空气的对流，提高节能效果（如图9）。
图9
全玻璃幕墙的节能设计
全玻璃幕墙是随着玻璃生产技术的提高和产品的多样化而诞生的，它为我们建筑师设计一个奇特、透明、晶莹的建筑提供了条件，全玻璃幕墙已发展成一个多品种的幕墙家族，根据玻璃类型分为包括单片或夹胶面层全玻璃幕墙和中空面层全玻璃幕墙。
特别是公共建筑设计中根据建筑效果的要求，局部采用全玻幕墙，具有意想不到的建筑效果，单片或夹层面层的全玻幕墙可以真正实现全通透的建筑效果（如图10），但建筑节能效果较差，可以通过节能计算综合平衡达到要求。
图10 单片或夹胶面层全玻璃幕墙图11点支式玻璃幕墙
中空面层全玻璃幕墙是由面材为中空LOW－E玻璃与玻璃肋组成的幕墙，考虑到节能所以面层采用中空LOW－E，中空玻璃四周有黑边对建筑效果有一定影响，但影响不是很大，这种幕墙适用于玻璃高度不超过4.5米的建筑。
四、点支撑的玻璃幕墙的节能设计
点支式玻璃幕墙（如图11），它改变了过去着重用玻璃来表现窗户、表现建筑、表现质感、表现体形的传统手法。而是更多地利用玻璃透明的特性，追求建筑物内外空间的交流和融合，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃的整个结构系统，使这种结构系统从单纯的支承作用转向表现其可见性。点式支撑幕墙主要适用于需要通透幕墙表现，同时跨度较大，点式支撑不宜设置于有楼板建筑上，主要是由于层间防火不宜处理，如处理不好也不美观，点支撑玻璃幕墙的节能设计主要从以下几个方面进行重点考虑：
1．由于采用点式玻璃幕墙的主要目的是需要通透的建筑效果，因此，玻璃一般会采用透明超白玻璃，以实现最好的建筑效果。节能可以通过提高该朝向其他玻璃（或其他透明材料）热工性能的方法，使该朝向的玻璃（或其他透明材料）幕墙达标。
2．点式玻璃上尽量不要开窗，在点式玻璃幕墙上设置开启窗，会较大地影响建筑美观效果，可以通过其它方解决通风和排烟的问题。
3．点式玻璃幕墙一般在室内设置电动遮阳帘，以提高建筑节能。
4．点式玻璃幕墙点驳件根据节能可以采用隔热型的点驳件，以提高建筑节能。
五、双层幕墙的节能设计
双层幕墙由外层幕墙、热通道和内层幕墙（或门、窗）构成，且在热通道内能够形成空气有序流动的建筑幕墙，也叫“呼吸幕墙”、“生态幕墙”、“绿色幕墙”。由于双层幕墙具有较好的节能效果，出于这种原因，节能型幕墙与建筑技术紧密结合的设计方案就有了极其重要的意义，能量使用要尽量减少，同时又要让人住得舒适，这样双层幕墙将会起到重大的作用。这是一种特别的幕墙结构，它在一个传统的幕墙外再增加一层玻璃幕墙，通过幕墙的通风设备的开关可使双层幕墙中间进入或逸出空气，开窗后房间可进行自然通风，幕墙中间的遮阳装置可减少气候的影响，并且不妨碍玻璃幕墙的外观效果。
双层幕墙对节约能源有以下作用：积极利用光能、遮阳、利用空气。
双层通风幕墙的分类：
1．内通风双层幕墙
进、出通风口设在内层，利用通风设备使室内空气进入热通道并有序流动的双层幕墙（如图12）。
图12 内通风双层幕墙示意图13 外通风双层幕墙示意
由于进风口进入的是室内空气，有太阳辐射时，对热通道中空气加热后再送入室内，无太阳辐射时，热通道中空气温度与室内基本相同，这就很大程度节省了取暖和制冷的能源消耗。这种形式的幕墙对取暖地区更为有利。由于内封闭通风幕墙的循环要靠机械系统，对设备有较高的要求。封闭式通风幕墙的外幕墙密闭，通常采用中空玻璃。明框幕墙的铝型材应采用断热铝型材，内幕墙则采用单层玻璃幕墙或单层铝门窗。
内外幕墙之间通道宽度常为150~300mm，也有一些工程为检修、清洗方便，宽度取为500~600mm。为提高节能效果，通道内设电动百页或电动卷帘。有的工程外幕墙为中空玻璃，内幕墙为单层玻璃，空气从地板下的风道进入，上升至楼板下的风道排走。通道内装有光感控制的电动百页。
2．外通风双层幕墙
进、出通风口设在外层，通过合理配置进出风口使室外空气进入热通道并有序流动的双层幕墙（如图13）。
与内通风幕墙相反，外通风幕墙的内幕墙是封闭的，采用中空玻璃。外幕墙采用单层玻璃，设有进风口和排风口，利用室外新风进入热通道带走热量从上部排风口排出可减少太阳辐射热的影响，节约能源。它无须专用机械设备，完全靠自然通风，维护和运行费用低，是目前应用最广泛的形式。
外通风幕墙的风口可以开启和关闭。夏季开启上下风口，可起自然通风作用；冬季关闭风口，形成温室保暖。
3．双层幕墙优点
3.1具有通风换气的功能，隔热、隔声，节能环保；
3.2采用不打胶工艺，彻底改变了传统幕墙的结构形式，立面美观大方，没有硅酮胶的二次污染；
3.3工厂化生产程度高，安装方便，便于控制施工质量；
3.4传热系数K值可小于1.2W/K.㎡, 保温性能达到国标等级7级以上；
3.5隔声性能优异，隔声量可达40dB, 隔声性能达国标等级3级以上；
3.6在空气层中装入光电转换装置，可制成光电智能性幕墙。为建筑提供电能和热能，并可通过光、电、热等感应装置，使建筑具有全自动调节功能。
4．内通风双层幕墙和外通风双层幕墙的比较
内通风双层幕墙和外通风双层幕墙的比较表
六、采光顶和金属屋面幕墙的节能设计
采光顶或金属屋面由透光面板或金属面板与支承体系（支承装置与支承结构）组成的，与水平方向
夹角小于75°的建筑外围护结构。
由于夏季屋顶水平面太阳辐射强度最大，屋顶的透明面积越大，相应建筑的能耗也越大，因此对屋顶采光顶的节能措施对建筑节能是非常重要的，以下是采光顶屋面和金属屋面的节能设计的主要措施：
1．采光顶可以通过采用高性能的玻璃（如图14），如双银中空夹胶LOW－E玻璃或双银中空夹胶LOW－E彩釉玻璃等，以上玻璃传热系数，K值为1.6W/(m2·K)，遮阳系数为SC值为0.4，或局部采用光电玻璃，来提高幕墙的传热系数及遮阳系数，进而提高建筑节能。
图14高性能玻璃顶棚图15光电/彩釉玻璃顶棚 图16外遮阳玻璃顶棚 图17外遮阳玻璃顶棚
2．采光顶可以通过采用隔热断桥型材、填充惰性气体、暖边间隔技术等技术措施降低传热系数，提高建筑节能。
3．采光顶应设置遮阳措施来提高建筑节能能效，由于太阳辐射对建筑能耗的影响很大。
采光顶建筑遮阳共分三种情况：第一种为通过提高玻璃遮阳性能或采用彩釉玻璃来降低玻璃的遮阳系数（如图15），第二种情况为通过采用外遮阳（如图16），第三情况为内遮阳（如图17）。
4．因为追求公共建筑功能和室内空间效果的需要，许多公共建筑设计有室内中庭采光顶，希望在建筑室内有一个通透明亮，具有良好的微气候及人工生态环境的公共空间。但从目前已经建成的工程来看，大量的建筑中庭的热环境不理想且能耗很大，主要原因是中庭透明材料的热工性能较差，传热损失和太阳辐射得热过大，即使采用空调室内也无法达到人们所要求的舒适温度。对于那些需要视觉、采光效果而加大屋顶透明面积的建筑，如果所设计的建筑满足不了规定性指标进行权衡判断。权衡判断时，参照建筑的屋顶透明部分面积和热工性能必须符合本条的规定。
建筑中庭空间高大，在炎热的夏季，中庭内的温度很高。应考虑在中庭上部的侧面开设一些窗户或其他形式的通风口，充分利用自然通风，达到降低中庭温度的目的。必要时，应考虑在中庭上部的侧面设置排风机加强通风，改善中庭热环境。
5． 现在大型公共建筑屋面中大量运用于金属作为屋面主要材料，由于此类公共建筑体量均较大，因此金属屋面的节能设计也是非常重要的。
金属屋面目前设计主要有两种，一种为屋面层为直立锁边层，另外一种为直立锁边外加一层装饰层铝板或蜂窝铝板。
金属屋面主要选用A级防火保温岩棉，完全能够满足设计要求。在此基础上，从构造上采取更完善的措施，保证屋面的保温效果和防冷凝性能。方法其一，采用直立锁边固定方式，固定座高度可随保温层厚度配套选用，使得保温层在檩条处不会完全被压缩，整个屋面的保温层厚度均保持比较统一的厚度，从而保证屋面的保温性能。其二，每个固定座下都有特制塑料隔热垫，将固定座与檩条隔绝，避免了冷热桥效应的产生，保证屋面的防冷凝效果。
通过以上的探讨分析与对策可以看出，随着国家对建筑节能的重视及国家相关节能规范要求的相继出台，建筑幕墙作为公共建筑最好的表现形式，应当通过合理地选择建筑幕墙材料及先进幕墙系统，使建筑幕墙、建筑节能及建筑设计进行有机的结合，完全可以通过幕墙来实现建筑设计的完美效果，并且可以实现建筑节能达到国家相关规范的要求，使我们的建筑真正成为绿色的、生态的建筑。
参考文献:
[1]张 芹 《玻璃幕墙工程技术规范》理解与应用.
