玻璃幕墙节能设计探讨

 

    1. 引言

 

      建筑行业快速发展的同时，建筑行业的目标也发生重大改变，对环保、节能、可再生资源的合理利用予以重视，越来越追求节能型材料的使用，其中玻璃幕墙是现代建筑中采用较多的外围护结构，是建筑物进行热交换和热传导的关键部位，是传统墙体热损失的3-4倍，其耗能约占整个建筑总能耗的40%。玻璃幕墙不仅能满足建筑美学和建筑功能的相关要求，还应遵循“环保和节能”的设计原则，实现太阳能资源的充分利用，在对玻璃幕墙进行节能设计时，还应对导致玻璃幕墙能耗较高的原因进行分析，并制定有效的处理措施，从而提高设计的科学性。

 

      2. 玻璃幕墙的节能原理

 

      玻璃幕墙在建筑施工中的应用已成为建筑行业发展的主要趋势。玻璃幕墙是一种透明材料，可通过对流、辐射和传导的方式进行热能的有效传递，为了更好的对玻璃传递能量的过程进行评估，可通过单位面积、单位温差和单位时间内的传递焦耳数进行确定，焦耳数越大则说明玻璃的能耗就越大，这种情况下，采取节能措施是非常必要的。为了更好的对玻璃幕墙节能效果进行测试，还可以通过遮蔽系数进行研究，在同等条件下，将玻璃组件和透明玻璃放置在阳光下，通过太阳辐射能量的比值来确定遮蔽系数，遮蔽系数越小则说明玻璃的能耗越小，即节能效果越好。太阳光在经过玻璃照射到房间时，部分太阳能是直接通过的，另一部分则会被玻璃幕墙吸收并转化为热能，且这部分热能会直接进入室内，导致室内热能增加，从而提升房间温度。

 

      3. 玻璃幕墙节能设计要点分析

 

      3.1 保温隔热设计

玻璃幕墙的使用，能够大大提高房屋的采光效果。但在夏季，由于采光面积过大，导致室内温度上升，被迫使用空调降低温度，这样就会造成电力资源的浪费，在冬季，由于幕墙面积过大，导致热量过度流失，造成室内温度过低，因此，对玻璃幕墙进行绿色节能设计时应该重点考虑玻璃幕墙的保温隔热处理。只有保温隔热工作处理的好，夏天室内温度才不会过高，冬天室内温度不会过低，将室内温度控制在一个合理的范围内，减少空调的使用，进而降低电力资源的消耗。

 

      3.2 玻璃幕墙遮阳设计

      为了保持室内温度处在正常范围内，可以对玻璃幕墙采取遮挡处理，以此来减少阳光对幕墙的直射，保证室内温度不会过高。对玻璃幕墙进行遮阳处理常见的方法有以下三种：①选用遮阳能力比较强的玻璃。这样施工后就能有效阻挡热量的进入，保持室内温度，减少电力资源的浪费；②在室内设置遮阳物。在室内设置遮阳物也能防止阳光的进入，设置室内遮阳物时可根据实际情况选择合适形状的遮阳物，这样对光线的阻挡能力才能更好；③在室外设置遮阳物。室外遮阳物可以有效遮挡阳光，降低屋内温度。选用合适的遮挡方式能有效遮挡太阳光的直接进入，从而保证室内温度在合理范围内。

      3.3 自然通风

      玻璃幕墙在使用前要经过严格的设计，在玻璃幕墙设计的过程中，应对建筑物的整体通风情况进行考虑，玻璃幕墙一般应用于写字楼，写字楼内部人员密度相对较高，导致内部通风状况较差，进而影响工作人员身体健康，因此，应注重提高玻璃幕墙的通风效果。提高玻璃幕墙通风效果可以促进空气的流通，降低室内通风系统能源消耗，对玻璃幕墙进行通风设置时，应该考虑玻璃幕墙外窗数量设计是否合理，玻璃幕墙外窗数量太少则会导致通风质量差，数量太多又会造成室内温度流失。因此，在设计玻璃幕墙外窗的过程中应对其进行分析和研究，严格控制玻璃外窗的数量，另外还需严格控制外窗的封闭性，以此来提升玻璃幕墙的节能效果。

 

      4. 工程实例

 

      4.1 实例概况

      某机场共三座航站楼，其中第一航站楼因改造已停用，第二航站楼(T2)的建筑总面积为9万㎡，该航站楼主要分为主体和两翼，最大进深为93m，总长420m，地下1层，地上2层；第三航站楼A座(T3)的建筑面积为26万㎡，地面总高25.8万㎡，航站楼办票大厅和候机厅面积为4.7万㎡，在该区域采用了湿温度独立控制的空调方式，且在其长廊上一般都有大面积的玻璃幕墙。

 

T2航站楼实景图

      4.2 T3航站楼空调能耗的特点

      ①   温度调节系统在机场总能耗中占据较大比例，由于航站楼内部维护结构使用玻璃幕墙的面积较大，导致航站楼内部不同高度之间都存在温差，特别是在夏季，在热空气聚集的作用下，屋面负荷过高，第二层的人员和地面直接收到较大的辐射热；

      ②  航站楼温度调控系统长期处于高负荷运作状态，外部热源距航站楼较远，再加上建筑内部用户较为分散，这种情况下，就可选择直连多级循环泵空调水系统，有利于降低输送能耗；

      ③ 从该市的气候条件来看，春季和秋季可为该航站楼提供自然的通风和降温条件，但在夏季，机场外部环境早晚温差较大、相对湿度较低，每天约14h的时间，室外温度比室内常温低26℃，这种情况下，可采用全空气系统来实现温度的有效降低。

 

      T3航站楼配备的是新型节能空调系统，可为整个航站楼提供舒适的温度和高空气质量，而T2航站楼的温度调节系统主要采用普通的机械送风，在对相关能耗统计数据进行分析后发现T3航站楼温度调节系统的能耗比T2航站楼低，课件，新型空调系统的应用已取得良好的节能效果。

 

T3航站楼实景图

      4.3 机场航站楼玻璃幕墙的形式分析

 

      4.3.1 T2航站楼玻璃幕墙分析

      该航站楼一层到达层和二层出发层采用的幕墙形式不同，其中二层主要采用大面积单柱支承的点支式驳接玻璃幕墙，该形式玻璃结构简单、视觉效果好，施工方便，通常适用在层间较低的层间幕墙或上下都具备稳固支承体系的幕墙。而一层到达层则使用了带玻璃肋的全玻璃幕墙，玻璃肋通过结构密封胶和外侧玻璃形成了一个完整的受力体系，这种形式的幕墙可有效提高室内两度，以此来保证建筑的美观。

 

T2航站楼玻璃幕墙图

      相关设计人员在对太阳方位、天气变化等情况进行综合考虑后，决定采用SV30隔热膜安装在T2航站楼四周的玻璃幕墙，这一措施实施后，在夏季，该航站楼温度调节系统的用电节约了21.2万kW/h，若用0.85元千瓦时进行计算的话，每年可节约空调费约18万元。

       4.3.2 T3航站楼玻璃幕墙分析

      T3航站楼的出发层和到达层都采用了明框式玻璃幕墙，将玻璃板用铝矿进行镶嵌，保证其成为一个四周都有铝框的幕墙元件，并将其固定在二层到达层的钢桁架上，而钢桁架的支撑主要来源于整个建筑主体，使得幕墙和钢桁架完全融为一体，不仅有效解决了整体受力问题，还提升了建筑整体的美感。

 

 

T3航站楼玻璃幕墙图

      T3航站楼主要采用了中空LOW-E双钢化玻璃，在相关计算后得出该中空玻璃的传热系数为2.2W/㎡·k，而单层玻璃传热系数为5.7W/㎡·k，可见中空玻璃的传热系数远小于单层玻璃的传热系数，节能率高达61.2%，另外，在遮阳方案的定制上，T3航站楼还在除东侧以外的其他三侧采用了彩釉中空LOW-E双钢化玻璃，可有效节约工程成本，减少工程施工量，方便后期维护，能够有效降低光透射率，从而满足特殊要求。T3航站楼所采用的部分幕墙构造如下图所示。

     

T3航站楼玻璃幕墙竖剖节点图

      4.4总结

      T2航站楼在增贴隔热膜后，明显提高了幕墙的隔热能力，T3航站楼在采用中空LOW-E双钢化玻璃后，大大降低了热能的透射率，但仍需提高建筑的遮阳能力，降低空调系统冷负荷。

 

      5.结语

     

      对建筑工程玻璃幕墙进行绿色节能设计，是工程建设的关键性要求，在对玻璃幕墙进行节能设计时，需要结合其所具有的特点，对以往经验进行总结，确定设计要点，做好结构方式、玻璃材料的选择，并积极应用各项新型技术，争取不断提高幕墙节能设计效果。

 

 

此文章摘自幕墙设计杂志2017年第一期

文/中建不二幕墙装饰有限公司  陈善渺