浅谈玻璃幕墙节能设计

浅谈玻璃幕墙节能设计

摘要：在综述玻璃幕墙热工性能的基拙上，探讨如何合理选择玻璃材料以达到节能的目的；如何在建筑节能设计（尤其是玻璃幕墙的设计）中根据不同的气候区域采用有效的隔热或保温措施，并强调借鉴国内外先进节能技术的意义。

关键词：玻属幕墙；建筑节能；保温；隔热

1前言

玻璃幕墙作为建筑物的外装饰是现代化城市建筑的重要标志之一，它打破了传统的实体墙与门窗的界限，巧妙地将建筑物围护结构的使用功能与装饰功能有机地融为一体，使建筑物更具时代感和艺术性。当前，建筑节能成为我国可持续发展战略的一部分，社会对建筑节能的意识也在逐渐增强。建筑节能主要是围护结构的节能，而玻璃墙是现代建筑围护结构的一个重要组成部分。充分考虑玻璃幕墙使用的灵活性和最大限度地减少能耗，是建筑师和采暖空调工程师巫需解决的问题。

2玻璃幕墙的保温隔热性能及节能设计原则

玻璃幕墙保温隔热性能较差，通风效果不好，直接影响到建筑物的设备配置及能源消耗，有悖于我国的国情。保温隔热性能是指幕墙两侧存在空气温差条件下，幕墙阻抗从高温一侧传向低温一侧传热的能力，不包括从缝隙中渗透空气的传热。幕墙保温性能用传热系数k表示。玻璃幕墙的保温隔热性能分级应符合相关规定（表中k值为幕墙中固定部分和开启部分所占面积的加权平均值）。

幕墙的保温性能应通过控制总热阻值和选取相应的材料来解决。为了减少热损失，可以从以下三个方面进行改善：第一是改善采光窗玻璃的保温隔热性能，尽量选用中空玻璃，并减少开启扇；第二是对非采光部分采用隔热效果好的材料作后衬墙（如浮石、轻混凝土）或设置保温芯材；第三是做密闭处理和减少透风。

各地气候条件不同，对幕墙的性能也有不同的要求。在夏热冬暖地区，隔热是建筑围护结构节能的主要问题。玻璃幕墙的隔热性能主要是针对辐射、传导与对流。在谈及反射玻璃时，人们往往只强调它的辐射性能。固然，辐射是上面各

种方式中最主要的部分，可占全部热量的2/3左右，空调的主要负荷也来源于太阳辐射，因此，应有效阻挡太阳辐射。但在实际使用中，如幕墙在持久的曝晒下，反射玻璃由于散热较其它玻璃慢，尽管它的反射能力大，但热量的累积使它不可避免地成为一个新热源，所以，玻璃幕墙对太阳能的透射能力是值得关注的问题。温差传热、空气流动热交换也是夏季围护结构节能应考虑的问题，这两个方面的传热均是由室内外温差造成的，不同的是前者是通过传热，后者是通过室内外空气渗透。在进行幕墙热工设计时，必须对其进行具体分析和研究，如：幕墙外表面与周围空气和外界环境间的对流换热、幕墙内表面与室内空气和室内环境间的换热、幕墙和金属框格的传热、通过玻璃的镀膜层减少的辐射换热等。

建筑节能是贯彻可持续发展战略的一个重要方面，是执行节约能源、保护环境基本国策和《中华人民共和国节约能源法》的必要组成部分。我国各地区的气候条件不同，不可能采取同一种模式，而应该针对不同地域采取不同的措施，处理好建筑的节能问题。各建筑气候分区均有或即将有相应的节能设计法规和标准出台，如严寒地区、寒冷地区、温和地区的幕墙要进行冬季的保温设计。幕墙热工设计应依据国家现行的《民用建筑热工设计规范》(GB50176一93),《采暖居住建筑节能标准》( JGJ26-95)和《夏热冬冷地区居住律筑节能设计标准》(JGJ134一2001)等来执行。这些标准的颁布和实施，无疑将有力推动我国建筑节能技术的研究和应用。

3合理选择幕墙玻璃材料，降低建筑能耗

对于玻璃幕墙来说，由于玻璃的面积占据立面的大部分，可以参与热交换的面积较大，能耗也大，决定了玻璃材料是其节能的关键。如果使用普通透明玻璃，它的传热系数偏高，且对太阳辐射和远红外热辐射没有有效限制，因此其面积越大夏季进入室内的热量越多，冬季室内散失的热量也越多。不同的玻璃具有不同的性能，一种玻璃不能适用于所有气候区域和建筑朝向。为阻挡太阳热辐射，必须对玻璃进行一定的处理。在玻璃原片中添加一些元素可以制成吸热玻璃，在玻璃的一面镀膜可制成热反射玻璃、Low一E玻璃及Solar一E玻璃等。比如，吸热玻璃吸收的热量越多，隔热的效果就越好。但吸热和透光经常是矛盾的，所以

吸热玻璃的隔热能力也受到一定的限制，况且吸热玻璃吸收的一部分热量仍然有相当数量会传入室内。再比如，热反射玻璃在反射红外线的同时，对可见光的透射也有很大的衰减和反射，造成采光不好，反射光则造成眩光污染。由于热反射玻璃反射太阳能，因而不适用于北方寒冷地区。低辐射镀膜玻璃是在20世纪90年代发展起来的新型保温玻璃，其辐射率一般为0.1左右，最低可以降至0.05，是普通玻璃辐射率的十分之一左右，提高了节能效果。而遮阳型Low一E玻璃采用独特的热喷射镀膜技术制作而成，除本身具有低辐射性能外，它还具有控制阳光的性能。

一般而言，采用单片吸热玻璃或热反射玻璃、Low一E玻璃、Solar一E玻璃能取得一定的节能作用，但效果是有限的，在玻璃面积太大时仍不能满足要求。采用这些玻璃组成的中空玻璃是较好的选择。对于中空玻璃，外片玻璃一般采用吸热玻璃、热反射玻璃、吸热的Low一E玻璃。内片采用透明玻璃、Low一E 玻璃等。这样，外片玻璃吸收绝大部分太阳辐射热，而空气层将外片玻璃的热辐射阻挡在外面而不对室内产生二次辐射传热。中空玻璃的采用不仅能降低太阳辐射，也能有效地阻止温差传热。南方首先是减少太阳辐射，这与北方的保温存在原则上的差异。在北方，中空玻璃一般是尽量减少对太阳短波辐射的阻挡，而使得大量的太阳辐射进入室内。而在南方，中空玻璃首先是吸收或反射太阳短波辐射，再利用中空玻璃的空气层有效隔绝温差传热和长波辐射，而使得大量的太阳辐射不能进入室内。中空玻璃的隔热性能主要因其内部气体处于一个封闭的空间，气体不产生对流，而且空气的导热系数为0.028W/(m2•K )，是玻璃的导热系数0.77W/(m2•K )的1/27，除中空玻璃四边的密封胶导热，对流和传导在中空玻璃的能量传递中占较小的比例。要提高中空玻璃的隔热性能，一般是增大空间的厚度和使用导热系数低的气体置换中空玻璃内部的空气，这样可减少传导，但中空层不宜过大，合理的间隙是5～12mm左右。要降低辐射传热，一般是通过使用镀膜玻璃或低辐射玻璃来控制各种射线透过，达到降低辐射传热的目的。通过计算和实验数据显示，通常单片玻璃的传热系数k = 6W/(m2•K )，中空玻璃（普通）k =2.3～3.2W/(m2•K )，而采用离线低辐射镀膜中空玻璃（中空层充惰性气