玻璃幕墻建筑的節(jié)能措施

曾嶸

（洛陽有色金屬加工設(shè)計研究院，河南 洛陽 471039）

由于玻璃幕墻的美觀、通透、宏偉氣派的藝術(shù)效果，近年來被廣泛使用為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。玻璃幕墻的節(jié)能在整個建筑節(jié)能系統(tǒng)中占有重要作用。夏熱冬暖地區(qū)主要考慮建筑的夏季隔熱，太陽輻射對建筑能耗的影響很大。太陽輻射通過窗進(jìn)入室內(nèi)的熱量是造成夏季室內(nèi)過熱的主要原因。

1 玻璃幕墻對建筑節(jié)能的影響

窗、透明幕墻對建筑能耗高低的影響主要有兩個方面：一是窗和透明幕墻的熱工性能影響到冬季采暖、夏季空調(diào)室內(nèi)外溫差傳熱；另外就是窗和幕墻的透明材料受太陽輻射而造成的建筑室內(nèi)的得熱。對于夏熱冬暖地區(qū)來說，夏季，通過窗口玻璃幕墻進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射成為空調(diào)降溫的負(fù)荷，因此，減少進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射以及減小窗或透明幕墻的溫差傳熱都是降低空調(diào)能耗的途徑。

公共建筑的窗墻比越大，太陽輻射對建筑能耗的影響較大，為了節(jié)約能源，應(yīng)對窗口和透明幕墻采取外遮陽措施，尤其在南方城市更為重視遮陽。大量的調(diào)查和測試表明，太陽輻射通過窗進(jìn)入室內(nèi)的熱量是造成夏季室內(nèi)過熱的主要原因。日本、美國、歐洲以及香港等國家和地區(qū)都把提高窗的熱工性能和陽光控制作為夏季防熱以及建筑節(jié)能的重點(diǎn)，窗外普遍安裝有遮陽措施。夏季屋頂水平面太陽輻射強(qiáng)度最大，屋頂?shù)耐该髅娣e越大，相應(yīng)建筑的能耗也越大，因此對屋頂透明部分的面積和熱工性能應(yīng)予以嚴(yán)格的控制。

2 玻璃幕墻的節(jié)能措施

2.1 玻璃幕墻材料的選擇

當(dāng)大面積使用玻璃幕墻時，要根據(jù)建筑所處的氣候區(qū)和窗墻比選擇玻璃，使幕墻的傳熱系數(shù)和玻璃的遮陽系數(shù)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。雖然玻璃本身的熱工性能很差，但近年來這些行業(yè)的技術(shù)發(fā)展很快，鍍膜玻璃（包括Low-E 玻璃）、中空玻璃等產(chǎn)品豐富多彩，用這些高性能玻璃組成幕墻的技術(shù)已經(jīng)很成熟，如采用Low-E 中空玻璃、填充惰性氣體、暖邊間隔技術(shù)和“斷熱橋”型材龍骨或雙層皮通風(fēng)式幕墻完全可以把玻璃幕墻的傳熱系數(shù)由普通單層玻璃的6.0W/（m2·K）以上降到1.5 W/（m2·K）[1]。

2.2 開窗加強(qiáng)自然通風(fēng)

近來有些建筑為了追求外窗的視覺效果和建筑立面的設(shè)計風(fēng)格，外窗的開啟率有逐漸下降的趨勢，有的甚至使外窗完全封閉，導(dǎo)致房間自然通風(fēng)不足，不利于室內(nèi)空氣流通和散熱，不利于節(jié)能。例如在我國南方地區(qū)通過實(shí)測調(diào)查與計算機(jī)模擬：當(dāng)室外干球溫度不高于28℃，相對濕度80%以下，室外風(fēng)速在1.5m/s 左右時，如果外窗的可開啟面積不小于所在房間地面面積的8%，室內(nèi)大部分區(qū)域基本能達(dá)到熱舒適水平；而當(dāng)室內(nèi)通風(fēng)不暢或關(guān)閉外窗，室內(nèi)干球溫度26℃，相對濕度80%左右時，室內(nèi)人員仍然感到有些悶熱。人們曾對夏熱冬暖地區(qū)典型城市的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從5月到10月，室外平均溫度不高于28℃的天數(shù)占每月總天數(shù)，有的地區(qū)高達(dá)60%～70%，最熱月也能達(dá)到10%左右，對應(yīng)時間段的室外風(fēng)速大多能達(dá)到1.5m/s 左右。所以做好自然通風(fēng)氣流組織設(shè)計，保證一定的外窗可開啟面積，可以減少房間空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行時間，節(jié)約能源，提高舒適性[1]。

2.3 安裝遮陽系統(tǒng)

遮陽是一種有效的隔熱措施，也是目前采用最廣泛的一種節(jié)能措施。一棟設(shè)計不良的全為玻璃幕墻的建筑全年空調(diào)耗電量，可能是一般混凝土外墻大樓的四倍。所以玻璃幕墻的節(jié)能比其它建筑節(jié)能更為重要，而遮陽技術(shù)在玻璃幕墻節(jié)能措施中又占有重要位置。

2.3.1 遮陽對室內(nèi)溫度的影響

遮陽能夠延緩室內(nèi)溫度峰值的時間，房間溫度波幅值較小，這樣有助于室內(nèi)溫度場均勻。

2.3.2 遮陽對建筑外觀的影響

由于人們近年來希望建筑更附加通透明亮，建筑立面更加美觀，建筑形態(tài)更為豐富，所以大量的使用玻璃幕墻或增大窗墻比面積。人們通常認(rèn)為加上遮陽系統(tǒng)會影響建筑立面的美觀及室內(nèi)的光線，實(shí)際上，遮陽系統(tǒng)可以在玻璃墻體上形成光影效果，體現(xiàn)出現(xiàn)代建筑藝術(shù)美學(xué)效果。目前，在歐洲建筑中，以把遮陽系統(tǒng)作為一種活躍的立面因素，形成雙立面形式。

2.3.3 遮陽形式對建筑節(jié)能的影響

由于夏季不同朝向墻面輻射日變化很復(fù)雜，不同朝向墻面日輻射強(qiáng)度和峰值出現(xiàn)的時間不同，因此，不同的遮陽方式直接影響到建筑能耗的大小。遮陽系統(tǒng)從位置上來分可分為“外部遮陽”和“內(nèi)部遮陽”。從遮陽形式上來分，一般為四種：水平遮陽、垂直遮陽、綜合式遮陽和擋板式。水平式遮陽主要適用于南向的幕墻建筑物，垂直式遮陽主要適用于東北，北和西北向附近的玻璃幕墻建筑。綜合式遮陽主要適用于東南或西南向的玻璃幕墻建筑。擋板式遮陽主要適用于東西向的玻璃幕墻建筑。

3 以某高校圖書館為例

該圖書館地下一層地上五層，整體采用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)。據(jù)實(shí)測調(diào)查，該圖書館在炎熱夏季存在以下幾個問題：

從實(shí)際情況來看，中庭內(nèi)的熱環(huán)境不理想且能耗很大，這也是大量帶有室內(nèi)中庭的公共建筑物所存在的問題。該館還存在的一個弊端是，由于頂層也是玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，在中午太陽可以直射館內(nèi)，對于高輻射南方的城市來說，將導(dǎo)致嚴(yán)重的室內(nèi)過熱，考慮到以上原因，在頂層的玻璃幕墻下設(shè)置一封閉夾層，采取這種措施后，并沒有很好的改善頂層的熱環(huán)境。原因是夾層是封閉的，白天吸收大量的輻射熱后不能及時向外界散出去，而是向館內(nèi)輻射，猶如在房頂設(shè)置一個輻射源，并沒有改善館內(nèi)熱環(huán)境。據(jù)調(diào)查，該館在炎熱天氣每天的空調(diào)耗電費(fèi)用高達(dá)10000 元，雖然耗電費(fèi)用高，但并沒有改善館內(nèi)熱環(huán)境，造成在底層溫度較低，而頂層溫度較高，讓人無法忍受，加之本地相對濕度較高，館內(nèi)熱環(huán)境更加惡劣。

針對以上特點(diǎn)，可以采取以下措施改善館內(nèi)熱環(huán)境：首先，由于該館周圍建筑較稀疏，相互之間沒有遮陽，另外，沒有樹蔭?；谶@種情況可以采取外遮陽設(shè)施，之所以不采取內(nèi)遮陽是因?yàn)閮?nèi)遮陽隔熱效果不如外遮陽，內(nèi)遮陽會把吸收的輻射熱向館內(nèi)輻射，而外遮陽會把大量的輻射熱向外界輻射。其次，在頂層夾層處，設(shè)置通風(fēng)口，可以采用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)。這樣做的目的是讓夾層內(nèi)溫度降低，減少向館內(nèi)的輻射量，改善頂層的熱環(huán)境。再次，建筑中庭空間高大，在炎熱的夏季，中庭內(nèi)的溫度很高。應(yīng)考慮在中庭上部的側(cè)面開設(shè)一些窗戶和其他形式的通風(fēng)口，充分利用自然通風(fēng)，達(dá)到降低中庭溫度的目的。必要時，應(yīng)考慮在中庭上部的側(cè)面設(shè)置排風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)，改善中庭熱環(huán)境。

4 結(jié)論

在夏熱冬暖地區(qū)，鑒于本地的高輻射特點(diǎn)，應(yīng)慎重選擇玻璃幕墻作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用玻璃幕墻為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)時，對建筑玻璃幕墻材料的選擇應(yīng)全面考慮，除考慮幕墻的一次性造價外，還應(yīng)考慮其壽命周期成本。采取適當(dāng)?shù)拇胧┍M可能的降低能耗。幕墻的壽命一般為50年，如采用節(jié)能措施，初投資雖有所增加，但由于他們較好的隔熱性，僅需要在短時間內(nèi)，節(jié)約下來的電費(fèi)就可以收回節(jié)能材料方面的造價。

[1]GB 50189-2005 公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn) [S]4.1～4.2 條

[2]高莆生,玻璃幕墻建筑夏季室內(nèi)熱環(huán)境研究,哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報[N]2004 36（2）250～254