关于建筑玻璃幕墙的节能设计思考

1.前言

随着经济的发展和社会的进步，玻璃幕墙在建筑上的应用越来越多，在一些公共建筑特别是高层办公楼中，玻璃幕墙几乎成了建筑立面的代言。建筑节能是当前我国建筑界关注的重点问题之一，而玻璃幕墙的保温隔热性能较差，与传统墙体相比差距很大，其热损失是传统墙体的6～7倍，玻璃幕墙成了制约此类建筑节能的瓶颈。因此，对玻璃幕墙进行节能设计具有重要意义。

2.选择新型节能玻璃材料

玻璃幕墙常用的新型节能玻璃有：吸热玻璃、镀膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等。

吸热玻璃是一种能够吸收太阳辐射的平板玻璃，包括本体着色和表面镀膜两类：本体着色吸热玻璃是在无色透明平板玻璃中加入特殊着色剂，采用浮法、垂直引上法、平拉法等工艺生产；表面镀膜吸热玻璃是在玻璃表面喷镀吸热的氧化物薄膜形成的吸热玻璃。吸热玻璃能把太阳能吸收转化为热能，然后通过导热、对流和辐射的形式把热能散发出去，从而减少了进入室内的太阳能，降低了空调制冷费用。

镀膜玻璃分为热反射镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃两种。热反射镀膜玻璃是在玻璃表面镀上金属、非金属及氧化物薄膜，使其对太阳光具有一定的反射作用，将太阳能反射回大气中，阻挡太阳能进入室内。热反射镀膜玻璃有良好的控光性和隔热性，对太阳辐射熟反射率可达30%，可以有效减少进入室内的热量，节约能耗。

中空玻璃是将普通浮法玻璃、钢化玻璃、镀膜玻璃等两层或多层平板玻璃隔开，并用密封胶密封，内部充人干燥空气、惰性气体等。由于空气的导热系数仅是玻璃的1/27，并且问层内气体不产生对流，因此中空玻璃有较好节能效果。中空玻璃大幅提高了玻璃幕墙的隔声和保温隔热性能，而且具有很好的防结露性能。

真空玻璃用适当分布的微粒支柱做间隔，间隙层只有0.1mm～0.2mm，空腔内抽成真空，真空度达到0.1帕以上，总厚度最薄只有6mm左右。真空玻璃具有比中空玻璃更好的保温隔热性能，其保温性能是中空玻璃的2倍，是单片普通浮法玻璃的4倍。由于真空玻璃热阻较高，因此真空玻璃具有很好的防结露性能，也不会出现普通中空玻璃经常出现的“内结露”现象。

3.玻璃幕墙遮阳的形式及构造设计

玻璃幕墙（窗）的遮阳系统按其所在位置分为以下几种模式：① 外遮阳，在玻璃幕墙外采用类似于传统的遮阳体系，如百叶窗、遮阳卷帘、格栅和遮阳板等，由于在室外，遮阳构件需能抵抗风雨等外界影响，对构件的结构强度、耐久性和耐候性要求较高，此外尚应注意水平风荷载的影响，通常设置固定的钢轨、钢杆、钢索等来控制其水平晃动；② 在双层玻璃问采用机械控制的百叶、遮阳卷帘；③ 内遮阳，在玻璃幕墙内侧采用传统的遮阳百叶、遮阳卷帘等：④ 除了采用建筑构造外，在较低的高度内，也可以采用更为生态的解决方式。如在一二层高的玻璃幕墙范围内，采用植物遮阳的方式，在玻璃幕墙前种植落叶植物，夏季利用植物的阴影遮阳，降低幕墙周围的温度，冬天树叶落光则可提供更多日照。

遮阳系统从可调节性来分有固定式和活动式两种。活动式的遮阳可根据季节、时间和室外天气的变化情况，通过人工、机械甚至智能化手段来控制调节遮阳板的开合角度，以达到控制太阳辐射进入室内的比例。活动式的遮阳系统，在寒冷的季节遮阳完全打开，争取日照，节约采暖能源；在炎热的夏季则可完全遮挡太阳辐射减少空调制冷能耗。相比而言，固定式的外遮阳不利于季节、气候、时间转换的不同要求，一般较适合于东西向的幕墙和以减少太阳辐射热为主的夏热冬暖地区。

遮阳系统从形式上分有水平式、垂直式、挡板式和综合式遮阳，各种遮阳的适用情况为：① 水平式遮阳：在玻璃幕墙前采用伸出单层或几层重叠的水平向平板遮阳，能有效遮挡太阳高度角较大的阳光，一般适用于南向及南稍偏东西方向的玻璃幕墙；②垂直式遮阳：在玻璃幕墙前采用伸出垂直的遮阳板，能有效遮挡太阳高度角较小的、从玻璃侧斜射进来的阳光，一般适用于东西向的玻璃幕墙；③ 综合式遮阳：水平和垂直方向组合的综合式遮阳能有效遮挡太阳高度角较中等的、从玻璃前射下来的阳光，这样效果比较均匀，一般适用于东南或西南向的玻璃幕墙；④ 挡板式遮阳：能有效遮挡太阳高度角较小的，正射窗口的阳光，主要用于东西向的遮阳构造。

4.热通道式玻璃幕墙节能分析

4.1 热通道玻璃幕墙的类型

热通道玻璃幕墙可将其分为“封闭式内循环体系”和可自然通风的“敞开式外循环体系”两种类型。热通道幕墙的特点在于双层玻璃结构，它与传统的玻璃幕墙相比，对提高幕墙的保温、隔热、隔声功能起到很大的作用。

4.2 封闭式内循环热通道幕墙节能原理

封闭式内循环热通道幕墙是指空气从内层幕墙的下通道进入热通道空间，然后上升到上部排风口，最后从吊顶内的排风管排出，而外层幕墙原则上是完全封闭的。内层采用单层玻璃幕墙或可开启的单层玻璃窗，以便对幕墙进行维护与保洁，外层幕墙一般由绝热杆件和中空玻璃幕墙组成。室内空气通过内层幕墙的下通道进入两层幕墙之间的热通道空间，使内层幕墙的外表面温度接近或者达到室内温度，形成优越的温度条件，起到节约能量的效果。

4.3 开敞式外循环体系热通道幕墙节能分析

开敞式外循环体系热通道幕墙是指空气从外层幕墙的下通道进入热通道空间，然后从外层幕墙的上部排风口排出，而内层幕墙则完全封闭。其外层是由单片玻璃及非绝热杆件组成的敞开结构，内层由绝热杆件和中空玻璃组成的推拉门（或推拉窗）幕墙体系。

夏天：内外两层幕墙中间热通道的温度很高，这时可打开热通道上下两端的排气1：3装置，在热通道内由于热烟囱效应产生自下而上的气流运动，带走了通道内的热量，这样可以降低内侧幕墙的外表面温度，减少了空调制冷的负荷，节约了能源，降低了能耗。通过对通道上下两端排气、进气装置的调控，在通道内形成负压，利用内侧幕墙两边的压差和开启扇，可以随时向室内输入新鲜空气。

冬天：通道上下两端的排气1：3装置关闭，内外两层玻璃幕墙间的热通道由于阳光的照射，温度升高，像一个温室，这样等于提高了内侧幕墙外表面的温度，减少了建筑物采暖的运行费用。春、秋两季温度适中之时，不存在采暖和制冷，可以打开推拉门和室外自然气温交流而达到平衡。

1）内层幕墙可采用隔热（或断热）明框幕墙或者隔热（或断热）单元幕墙，外层幕墙可采用点支式玻璃幕墙等；2）内层幕墙通常采用中空玻璃，外层幕墙通常采用单片玻璃；并且多采用点驳接式玻璃幕墙；3）内层幕墙完全封闭，空气的流动在室外与热通道之间进行；4）内外两层幕墙之间热通道的距离可设计较宽，一般为500～600mm；5）外层顶部百叶通风口。通风1：3内侧安装不锈钢防虫网，防止鸟类昆虫等进入箱体。热空气的交换不需要借助于专门的设备来完成，可以完全依靠空气自然通风来进行，运行成本较低；6）内层幕墙设有开启门，通道上设有走人钢架，以便进入通道进行维护、清洗。

5.结语

玻璃幕墙不仅要满足建筑美学和建筑功能的要求，更应体现出“舒适与自然”、“环保与节能”的设计精髓，所以，要加强对玻璃幕墙的节能设计研究，达到充分利用太阳能、自然通风换气，降低空调能耗，减少风及恶劣气候的影响，营造舒适温馨的生活和工作环境。