摘要:幕墻主要是指懸掛或支承在主體結(jié)構(gòu)上的外墻。廣義的幕墻可以包括由任何建筑材料構(gòu)成的建筑物圍護(hù)墻,狹義的幕墻專指現(xiàn)代化高層建筑的輕金屬或玻璃圍護(hù)墻。幕墻由鑲嵌或懸掛在建筑物鋼質(zhì)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)外的無數(shù)輕金屬或玻璃預(yù)制單元組成,因其不承受荷載、大片連接又質(zhì)輕如幕,故名＂幕墻＂。也有的幕墻采用不銹鋼、搪瓷、塑料、輕混凝土等材料制成。幕墻構(gòu)件在建筑物結(jié)構(gòu)中主要起到圍護(hù)的作用,不作為主要抵抗外荷載作用的受力構(gòu)件。本文結(jié)合工作實(shí)踐針對(duì)現(xiàn)代建筑幕墻節(jié)能中的節(jié)能體系、節(jié)能新技術(shù)、節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一系列的探討。 

關(guān)鍵詞:現(xiàn)代建筑幕墻節(jié)能體系節(jié)能新技術(shù)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例分析 

中圖分類號(hào)： TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： 

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，玻璃幕墻在建筑上的應(yīng)用越來越多，在一些公共建筑特別是高層辦公樓中，玻璃幕墻幾乎成了建筑立面的代言�，F(xiàn)代建筑幕墻已不再僅僅是一種簡(jiǎn)單的裝飾性外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其對(duì)于大廈的環(huán)保節(jié)能性能的影響，已經(jīng)達(dá)到了至關(guān)重要的地步。幕墻的環(huán)保節(jié)能程度也已成為人們衡量幕墻品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，而節(jié)能計(jì)算是建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 

　　一、幕墻建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)原則 

　　建筑幕墻的節(jié)能是在對(duì)建筑周邊的自然環(huán)境，如光線、溫度、風(fēng)壓、氣候狀況等充分分析和了解的基礎(chǔ)上，針對(duì)建筑本身的朝向、高度、室內(nèi)功能等特點(diǎn)，通過有效地系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)室內(nèi)環(huán)境起到適應(yīng)和調(diào)整的過程。這個(gè)過程需要綜合多種因素考慮，需要處理多種關(guān)系，如隔熱和得熱、采光和遮陽、通風(fēng)和熱交換的關(guān)系，氣密性、水密性和傳熱、隔聲的關(guān)系等等。這個(gè)過程不應(yīng)僅僅依據(jù)于單一的狀態(tài)指標(biāo)，如傳統(tǒng)的傳熱系數(shù)K值就能夠說明和解決的。因此，節(jié)能幕墻的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下原則： 

　　科學(xué)性：需綜合、全面權(quán)衡各因素，充分考慮其功能、性能等諸多方面，合理選型（幕墻的型式和窗墻面積比）、選材和構(gòu)造。 

　　適用性：結(jié)合環(huán)境因素與項(xiàng)目的具體情況，參照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定與地方要求，認(rèn)真落實(shí)國(guó)家有關(guān)節(jié)能政策，同時(shí)要處理好建筑低能耗與高舒適度的關(guān)系。 

　　經(jīng)濟(jì)性：建筑幕墻只是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，只是建筑節(jié)能的一個(gè)方面，節(jié)能的考慮需全盤考慮，只有達(dá)到節(jié)能與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一才能體現(xiàn)節(jié)能的作用與價(jià)值。 

　　二、幕墻節(jié)能體系的選用 

　　2.1 雙層幕墻技術(shù) 

　　以節(jié)能環(huán)保為目的，近年來幕墻行業(yè)在開發(fā)新型幕墻結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了很多有益探索，取得了一些成果。這其中雙層幕墻技術(shù)尤其引人注意。其節(jié)能原理是，循環(huán)幕墻由雙層玻幕或一層玻幕及一層普通開窗墻體組成，內(nèi)外兩層均上下設(shè)置通風(fēng)口，夏季時(shí)打開外層上下通風(fēng)口，在陽光的照射下，中間空氣層溫度升高而自然上浮，形成自下而上的空氣流，由于煙囪效應(yīng)帶走通道的熱量，降低內(nèi)層表面溫度。冬季時(shí)，關(guān)閉外層通風(fēng)口，打開內(nèi)層通風(fēng)口，夾層中的空氣在陽光的照射下溫度升高，形成一個(gè)小溫室有效提高內(nèi)層玻璃及空氣溫度，氣體自然上浮，與室內(nèi)形成微量氣體循環(huán)，提高室內(nèi)溫度，減少熱負(fù)荷的需求。這種雙層玻璃幕墻與傳統(tǒng)的單層玻璃幕墻相比，采暖時(shí)可以節(jié)約能據(jù)42%-52%，制冷時(shí)可以節(jié)約能源38%-60%。 

　　2.2 節(jié)能百頁技術(shù) 

　　節(jié)能百頁是對(duì)傳統(tǒng)百葉遮陽的綜合改進(jìn)。由于太陽直射對(duì)建筑的冷熱負(fù)荷有直接影響，冬季的陽光進(jìn)入室內(nèi)，夏季遮陽能有效地控制負(fù)荷總值。但傳統(tǒng)建筑中的百葉或掛于室內(nèi)，難以高效控制己人室內(nèi)的熱量；或懸于室外，不能形成循環(huán)通風(fēng)道，或多或少地對(duì)建筑節(jié)能有一定的負(fù)面影響。中掛百葉是幕墻改革的一個(gè)較好方案，這種百葉幕墻解決了適時(shí)調(diào)節(jié)百葉的角度，以最佳狀態(tài)達(dá)到節(jié)能的目的。 

　　三、現(xiàn)代建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的重要技術(shù)參數(shù) 

　　3.1 窗墻比： 

　　《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189中將窗墻比的上限定為0.7，一般來說，某個(gè)立面即使是采用全玻璃幕墻，扣除各層樓板及樓板下面梁的面積(因?yàn)闃前寮皹前逑旅媪号c幕墻之間的間隙必須設(shè)置保溫隔熱材料)，其窗墻比也不超過0.7。 

　　3.2 傳熱系數(shù)(K)： 

　　K值是門窗傳熱系數(shù)的指標(biāo)，表示門窗內(nèi)外溫差是10K時(shí)，每平方米面積門窗上所流失的能量值，其定義是： 

　　K=Q1/(TO一Ti) 

　　TO⋯ 室內(nèi)溫度 

　　Ti⋯ 室外溫度 

　　Q1⋯ 1小時(shí)內(nèi)通過1m2由室外傳入室內(nèi)的熱量 

　　3.3 遮陽系數(shù)SC 

　　遮陽系數(shù)SC，它是玻璃的太陽能總透過率與3mm無色透明玻璃太陽能總透過率的比值，即玻璃的遮陽系數(shù)是義為 

　　SC= Q2/0.889 

　　Q2--包括太陽光的直接透射率和玻璃吸收太陽光后以熱輻射的形式向室內(nèi)的二次透射率。 

　　除嚴(yán)寒地區(qū)未對(duì)Sc做明確量化控制以外，其它三類地區(qū)均對(duì)門窗的遮陽系數(shù)有明確要求。對(duì)于寒冷地區(qū)而言外遮陽可以不做重點(diǎn)考慮，因?yàn)橹锌詹ＡУ腟C一般在0.8左右，加至窗框的所占整窗比例經(jīng)綜合平均，達(dá)到相應(yīng)要求難度不大，但對(duì)夏熱冬冷及夏熱冬暖地區(qū)，SC的要求應(yīng)予重視。 

　　3.4 體形系數(shù) 

　　體形系數(shù)是指建筑物外表面積對(duì)比整體建筑物的建筑面積的比例。在本標(biāo)準(zhǔn)中，體形系數(shù)是嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)對(duì)外門窗K值要求的第二分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。由于外表面積比例越大，就會(huì)導(dǎo)致建筑傳熱損失越大，而傳熱損失對(duì)室內(nèi)外溫差最為敏感，所以就冬季室內(nèi)外溫差較大的取暖地區(qū)而言，體形系數(shù)越大則對(duì)外窗保溫要求就越高。 

　　四、現(xiàn)代建筑幕墻節(jié)能在主要材料中熱工分析 

　　建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)考慮的主要構(gòu)件為玻璃及鋁合金型材，以下對(duì)這兩大材料的熱工性能進(jìn)行分析： 

　　4.1 建筑幕墻玻璃 

　　近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了以下有利于節(jié)能的新型玻璃。陽光輻射控制玻璃（a.光譜選擇透過性玻璃、b.透過率可調(diào)玻璃)和隔熱玻璃（a.惰性氣體隔熱玻璃b.氣凝膠隔熱玻璃c.真空隔熱玻璃）等。 

　　另外依據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189的要求，對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)，根據(jù)不同的體型系數(shù)和窗墻比，傳熱系數(shù)的限值為1.5―3.2W／(m2•K)可滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。普通中空玻璃的傳熱系數(shù)2.5―3.2W／(m2•K)，只能部分滿足節(jié)能設(shè)計(jì)要求，而LOW―E中空玻璃,其傳熱系數(shù)為1.5―2.1W／(m2•K)，可滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 

　　LOW―E中空玻璃，特別是雙銀L0W―E中空玻璃，不但其傳熱導(dǎo)數(shù)低，保溫性能良好，其遮陽系數(shù)也可降至0.3～0.6，隔熱性非常好，可滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》在任何地區(qū)對(duì)玻璃傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)的要求，因此建議設(shè)計(jì)上采用此種玻璃，以滿足建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)的需要。 

　　4.2 建筑幕墻鋁合金型材 

　　除玻璃為熱傳導(dǎo)的主要部件外，構(gòu)成幕墻系統(tǒng)的另外一個(gè)重要構(gòu)件--鋁合金型材對(duì)能量的傳導(dǎo)也起到比較大的影響作用，鋁合金型材的框邊與玻璃面積的比例達(dá)到8％一18％，并且鋁合金的熱傳導(dǎo)能力是玻璃的上百倍，傳熱系數(shù)達(dá)到203W／(m2•K)，普通的鋁合金框架將形成熱橋產(chǎn)生能耗及結(jié)露的影響。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用鋁合金斷橋處理做法，斷橋的材料也不同，如聚酷膠(PA)斷熱條，聚氨酷(PU)等。 

　　斷熱鋁型材亦稱隔熱鋁型材或絕熱鋁型材，由鋁與塑料復(fù)合而成，其中間塑料隔熱層主要生產(chǎn)工藝有嵌入式、擠壓式和填充式等。 

　　五、現(xiàn)代建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算 

　　本項(xiàng)目總建筑面積5.8萬m2，地下1層，地上25層，高92m，大樓采用半隱框L0W―E中空玻璃幕墻5100m2，鋁合金L0W―E玻璃窗3900m2，石材幕墻2lO00m2。 

　　在節(jié)能設(shè)計(jì)上，由于項(xiàng)目所處地區(qū)處于夏熱冬暖地區(qū)，夏季時(shí)間長(zhǎng)，陽光照射強(qiáng)烈，節(jié)能的主要方向?yàn)樘岣邍�護(hù)系統(tǒng)的隔熱效果，盡量降低陽光照射的面積，提高外窗的遮陽效果，減少室外的熱量傳入室內(nèi)，本工程采取下列節(jié)能措施：首先對(duì)大廈東西向日照時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度高的立面上采用具有高隔熱性的25mm厚非透明石材幕墻，石材后置20mm保溫棉，80mm空氣層，后置鋼筋混凝土架，上砌粘土磚砌體，墻厚200mm，所有鋁合金窗與非透明石材幕墻的窗墻比只有0.22，這與國(guó)家節(jié)能規(guī)定上限0.7少了近3倍，并且所有窗采用具有外遮陽性的凸出300mm的窗套，具有很強(qiáng)的遮陽性。幕墻不透光部分的熱阻為： 

　　RO= Ri+ 尺+ 尺棉+ 尺空+ 尺e= 0.11+0.134+O.O2／O.05+0.18+0.148+0.05=0.89(m2•K)／W，K=1／RO=1.12W／(m2•K) 

　　滿足節(jié)能要求。對(duì)采光要求高的南北面，主要設(shè)計(jì)為L(zhǎng)OW―E中空玻璃幕墻，有透光率大，通風(fēng)量好的特點(diǎn)。 

　　南北面用的LOW―E中空玻璃幕墻，其幕墻不透光部分每層間采用6mmLOW―E+9A 中空層+6mm玻璃后加20m 保溫棉，空氣層的熱阻值為夏季： 

　　RO= Ri+ 尺+ 尺棉+ 尺空+ 尺e= 0.11+0.134+O.O2／O.05+0.18+0.04=1.064(m2•K)／W，K=1／RO=0.94W／(m2•K)南北面窗墻比為1.(1.15×26)／92=0.675，根據(jù)節(jié)能要求選用K≤3.0／(m2•K)，此設(shè)計(jì)也達(dá)到節(jié)能的要求。 

　　該項(xiàng)目所有的幕墻、門窗玻璃均采用了隔熱性及遮陽系數(shù)較高的6mm LOW―E+9A 中空層+6mm雙鋼化節(jié)能玻璃。 

　　該工程在鋁合金型材的構(gòu)造上在考慮經(jīng)濟(jì)條件及所處地區(qū)的夏熱冬暖地區(qū)常年溫差不大，鋁合金表面不易產(chǎn)生結(jié)露，沒有選用節(jié)能斷熱型材，但在室內(nèi)、室外的鋁合金型材之間增加一種傳熱系數(shù)很小，只有0.16W／Mkr PVC尼：龍墊片，有效阻止室內(nèi)外熱量通過傳熱性很強(qiáng)的鋁合金傳導(dǎo)，而起到很好的節(jié)能效果，如圖1所示： 　 

　　圖1幕墻鋁合金型材節(jié)能的隔熱措施 

　　六、結(jié)束語 

　　在資源有限、科技快速發(fā)展的今天，節(jié)能的話題已經(jīng)是全球關(guān)注的重要課題，我國(guó)的建筑節(jié)能工作已成為當(dāng)務(wù)之急。“北京建筑外墻熱損失是加拿大的4.4倍，窗戶熱損失是加拿大的2.2倍，屋頂熱損失是加拿大的4.2倍。”這是我國(guó)著名的能源戰(zhàn)略專家牛文元先生在前不久召開的一次論壇上引用的數(shù)字，數(shù)字的反差深刻揭示了我國(guó)建筑能耗的現(xiàn)狀，更加預(yù)示著我國(guó)建筑節(jié)能有著巨大的潛力，建筑的節(jié)能工作任重道遠(yuǎn)。不論是在節(jié)能觀念、節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用、新能源或清潔能源的使用、節(jié)水節(jié)材方面、供熱技術(shù)等等我們和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比我們能做的實(shí)在是太多了。長(zhǎng)期以來，人們總是認(rèn)為幕墻建筑不節(jié)能，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，幕墻節(jié)能材料和節(jié)能系統(tǒng)的不斷完善，玻璃幕墻也可以做出很節(jié)能的建筑物。幕墻節(jié)能，并不是人民想象存在技術(shù)上的問題，更多的是我們對(duì)它的重新認(rèn)識(shí)與合理運(yùn)用的問題。隨著國(guó)家的各項(xiàng)節(jié)能法規(guī)的深入貫徹，相信節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用將得到更大的推廣。