基于《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的玻璃幕墻設(shè)計(jì)對策

何金春， 王利亞， 寇高峰， 程 迪

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 新疆烏魯木齊 830052)

建筑幕墻因其能恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)建筑美學(xué)、建筑特色、建筑藝術(shù)和建筑功能的特點(diǎn)，已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑的重要標(biāo)志[1]。GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》首次將建筑幕墻劃分為非透光幕墻和透光幕墻。石材幕墻，金屬板幕墻以及位于窗檻墻和梁板處后面貼有保溫棉和保溫板的玻璃幕墻都是屬于非透光幕墻。透光幕墻指可見光可直接透射入室內(nèi)的幕墻[2-3]。隨著國家和地方政府紛紛出臺相關(guān)政策，鼓勵綠色建筑建設(shè)，中國進(jìn)入綠色建筑快速發(fā)展時(shí)期，綠色建筑標(biāo)識數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)性增長?；贕B/T 50378-2014《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的綠色建筑評價(jià)案例中，玻璃幕墻建筑在大型公共建筑中的比例越來越高，在評價(jià)實(shí)踐過程中玻璃幕墻建筑在設(shè)計(jì)、光污染以及熱工性能等方面存在一些問題[4]，可以通過設(shè)計(jì)階段優(yōu)化設(shè)計(jì)解決。

1 建筑設(shè)計(jì)與建筑幕墻的一體化設(shè)計(jì)

1.1 玻璃幕墻設(shè)計(jì)工作相對滯后問題

玻璃幕墻的設(shè)計(jì)原則上應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，但是實(shí)際工程中建筑施工圖設(shè)計(jì)將幕墻設(shè)計(jì)分化出去，由幕墻設(shè)計(jì)師進(jìn)行幕墻的深入和細(xì)致的設(shè)計(jì)[5]。一般要等到主體結(jié)構(gòu)施工開始后或主體結(jié)構(gòu)完工后才開始把玻璃幕墻的設(shè)計(jì)工作提上議程。在評價(jià)案例中，經(jīng)常會遇到建筑設(shè)計(jì)說明中僅對建筑幕墻氣密性和傳熱系數(shù)等提出設(shè)計(jì)要求，無幕墻設(shè)計(jì)圖紙的情況。我國目前不少工程的綠建評價(jià)工作都是在建筑工程施工圖審查通過后，由綠建評價(jià)人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算以及模擬等，再結(jié)合GB/T 50378-2014《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算出綠色建筑得分。因此，關(guān)于玻璃幕墻的評分項(xiàng)的得分受到影響：窗墻比優(yōu)化設(shè)計(jì)，玻璃幕墻的光污染分析，玻璃幕墻可開啟面積比例等報(bào)告無法完成。

1.2 設(shè)計(jì)方面的應(yīng)對措施

玻璃幕墻工程的設(shè)計(jì)工作應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)同步協(xié)作展開，避免建筑師與幕墻設(shè)計(jì)師相對獨(dú)立的工作模式，缺乏對幕墻的整體和建筑效果的控制。而我國的建筑設(shè)計(jì)的話語權(quán)掌握在各個(gè)建筑設(shè)計(jì)院(機(jī)構(gòu))手里，那么要想幕墻設(shè)計(jì)參與建筑設(shè)計(jì)的全過程，建筑設(shè)計(jì)院擁有自己的幕墻專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就是必然的選擇。因此在近幾年，國內(nèi)很多大型建筑設(shè)計(jì)院相繼成立了專業(yè)的幕墻設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，建筑設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)先后成立專門的幕墻設(shè)計(jì)研究機(jī)構(gòu)，開創(chuàng)了符合國情的幕墻設(shè)計(jì)發(fā)展模式[6]。

2 綠色建筑團(tuán)隊(duì)參與建筑設(shè)計(jì)全過程

2.1 建筑設(shè)計(jì)與綠色建筑評價(jià)脫節(jié)

目前我國的綠色建筑仍處于粗放發(fā)展階段，建筑設(shè)計(jì)師以方案和施工圖為主要工作，對綠色建筑普遍缺乏深入地了解與透徹的認(rèn)知；綠建分析與評價(jià)人員僅對設(shè)計(jì)成果(施工圖)進(jìn)行評估，這更多地是一個(gè)獨(dú)立的工作過程，與設(shè)計(jì)脫節(jié)，并未真正融入設(shè)計(jì)過程中。不少工程，為了達(dá)到既定的綠建標(biāo)準(zhǔn)，后期變更施工圖，雖然可以提高綠建評分，但實(shí)際上并不是節(jié)約和環(huán)保的綠色建筑。

2.2 設(shè)計(jì)方面的應(yīng)對措施

中發(fā)(2016)6號《中共中央、國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》提出了“適用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀” 的建筑方針，突出建筑使用功能以及節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材和環(huán)保。綠色建筑應(yīng)成為各專業(yè)設(shè)計(jì)師的基本理念，大型設(shè)計(jì)院可以成立綠色設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，中小型設(shè)計(jì)院可以聘請綠色建筑咨詢機(jī)構(gòu)參與。天津大學(xué)李紀(jì)偉等制定了一套程序化的設(shè)計(jì)方法，幫助設(shè)計(jì)人員快速完成綠色建筑設(shè)計(jì)。將評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的評價(jià)條款進(jìn)行分解，通過網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析評價(jià)條款與不同設(shè)計(jì)專業(yè)和不同設(shè)計(jì)階段的關(guān)系，分析出在不同設(shè)計(jì)階段不同專業(yè)應(yīng)該主要負(fù)責(zé)完成的條款，將結(jié)果融入到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中[7]。

3 有關(guān)玻璃幕墻建筑的綠色評價(jià)指標(biāo)

GB/T 50378-2014《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中要求玻璃幕墻避免產(chǎn)生光污染，玻璃幕墻透明部分可開啟比例以及熱工性能指標(biāo)優(yōu)于國家現(xiàn)行相關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等作出了要求。

3.1 玻璃幕墻避免產(chǎn)生光污染

玻璃幕墻光反射指的是建筑幕墻上采用了涂膜玻璃或鍍膜玻璃，當(dāng)直射日光照射到玻璃表面上時(shí)由于玻璃的鏡面反射而產(chǎn)生的反射眩光[8]。強(qiáng)烈的反射光反射到周圍道路上可使行人和司機(jī)產(chǎn)生眩目，影響交通安全，反射到居民室內(nèi)，光亮刺眼，對居民的正常生活造成嚴(yán)重影響[9]。

設(shè)計(jì)方法及對策如下。

(1)確定敏感目標(biāo)?？紤]建筑周邊環(huán)境因素，分析玻璃幕墻眩光影響范圍內(nèi)的居住、學(xué)校、醫(yī)院等眩光敏感建筑，及城市快速路、主干道、立交橋、高架橋兩側(cè)，T形路口正對直線路段等敏感點(diǎn)位。

(2)建筑玻璃幕墻光反射影響評價(jià)。玻璃幕墻建筑的反射眩光受到多因素的共同影響，在設(shè)計(jì)時(shí)可以輔以計(jì)算機(jī)軟件等工具。Ecotect 軟件能準(zhǔn)確地確定建筑玻璃幕墻反射光的影響范圍，還可準(zhǔn)確地分析出受影響的敏感目標(biāo)或敏感目標(biāo)受照反射光的來源，設(shè)計(jì)者可以對建筑玻璃幕墻立面采取預(yù)防控制措施，來降低或者消除光反射，從而從源頭上減少或消除幕墻反射光對周圍環(huán)境敏感目標(biāo)的影響[10]。

(3)玻璃幕墻建筑單體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從平面形態(tài)、立面分隔、玻璃幕墻的傾斜、幕墻高度和面積等多方面考慮，采取不同的建筑形體控制手段，以改變反射眩光的影響范圍、形態(tài)和方位，將眩光污染控制在要求的范圍之內(nèi)[11]。

(4)建筑玻璃幕墻應(yīng)盡量采用反射率較低的材料，以降低反射眩光的亮度。

3.2 玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)

非透光幕墻的熱工性能指標(biāo)按按普通外墻要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，透光幕墻與節(jié)能設(shè)計(jì)有關(guān)的性能參數(shù)有：熱工性能和氣密性。

3.2.1 玻璃幕墻熱工性能評價(jià)要求

GB/T 50378-2014《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》節(jié)能與能源利用控制項(xiàng)：5.5.1建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)制性條文的規(guī)定。根據(jù)建筑熱工設(shè)計(jì)的氣候分區(qū)，對于甲類公共建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能應(yīng)分別符合GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中表3.3.1-1～表3.3.1-6的規(guī)定。評分項(xiàng)5.2.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能指標(biāo)優(yōu)于國家現(xiàn)行相關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，提高幅度達(dá)到5 %，得5分；提高幅度達(dá)到10 %，得10分。當(dāng)前大部分玻璃幕墻為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑，很難滿足限定性指標(biāo)要求，通過權(quán)衡判斷簡單追求達(dá)標(biāo)，對優(yōu)化建筑圍護(hù)設(shè)計(jì)的工作做得不夠。在綠建評價(jià)中控制項(xiàng)達(dá)標(biāo)，但評分項(xiàng)不得分。

3.2.2 設(shè)計(jì)方法及對策

3.2.2.1 控制窗墻面積比

由于人們希望公共建筑更加通透明亮，建筑立面更加美觀，建筑形態(tài)更為豐富，窗墻面積比有越來越大的趨勢。窗和透光玻璃幕墻的保溫隔熱性能比外墻差很多，窗墻面積比越大，供暖和空調(diào)能耗也越大，從節(jié)約能源角度出發(fā)必須限制窗墻面積比。GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定窗墻面積比越大，幕墻門窗保溫性能要求越高，嚴(yán)寒地區(qū)窗墻面積比大于0.6時(shí)，傳熱系數(shù)不大于2.2 W/(m2·K)方可進(jìn)行權(quán)衡判斷。因此不提倡在建筑立面上大面積應(yīng)用透光玻璃幕墻，可以使用非透光玻璃幕墻(比如在工作面以下設(shè)窗檻墻)，既能保持立面的玻璃質(zhì)感又提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能。

3.2.2.2 玻璃幕墻的熱工性能指標(biāo)

在進(jìn)行玻璃幕墻設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證達(dá)到其相應(yīng)的綠色節(jié)能的效果，需要以保溫的情況作為其衡量指標(biāo)，對綠色節(jié)能方面的效果進(jìn)行評定。玻璃幕墻的傳熱系數(shù)在實(shí)驗(yàn)室測試的數(shù)據(jù)是不完全正確的。根據(jù)GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定要求，幕墻傳熱系數(shù)計(jì)算，應(yīng)采用建筑工程所在地的冬季計(jì)算參數(shù)，按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 151-2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》的規(guī)定計(jì)算確定[12-13]。單幅幕墻的傳熱系數(shù)UCW計(jì)算公式：

式中：UCW為單幅幕墻的傳熱系數(shù)[W/(m2·K)]；Ug為玻璃或透明面板的傳熱系數(shù)[W/(m2·K)]；Ag為玻璃或透明面板面積(m2)；Up為非透明面板的傳熱系數(shù)[W/(m2·K)]；Ap為非透明面板面積(m2)；ψg為玻璃或透明面板的線傳熱系數(shù)[W/(m·K)]；lg為玻璃或透明面板邊緣長度(m)；ψp為非透明面板的線傳熱系數(shù)[W/(m·K)]；lp為非透明面板邊緣長度(m)；Af為框面積(m2)；Uf為框的傳熱系數(shù)[W/(m2·K)]。

由上式可知，對于單幅玻璃幕墻的傳熱系數(shù)，考慮金屬框及周邊的影響，并進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。在設(shè)計(jì)幕墻時(shí)，按照少框架多玻璃，小開啟，大固定的原則進(jìn)行，可提升采光效果，而且降低能耗[14]；對有保溫要求的玻璃幕墻，可選用中空玻璃、Low-E中空玻璃和充惰性氣體Low-E中空玻璃；采用暖邊間隔條可有效降低玻璃線傳熱系數(shù)，從而降低整體傳熱系數(shù)。不同形式的玻璃幕墻傳熱情況也不一樣，明框或半隱框玻璃幕墻，邊框的傳熱作用不可忽視；全隱框玻璃幕墻和全玻璃幕墻無邊框傳熱，密封膠的傳熱系數(shù)小于玻璃，可忽略密封膠的影響，Ucw=Ug；點(diǎn)支式玻璃幕墻需要考慮金屬爪件的傳熱。公式中幾個(gè)參數(shù)的計(jì)算過程，從多個(gè)方面體現(xiàn)了影響玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的熱工性能應(yīng)考慮多方面因素，未來幕墻設(shè)計(jì)可結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬直觀準(zhǔn)確地對玻璃幕墻的方案進(jìn)行優(yōu)化。

3.2.2.3 玻璃幕墻氣密性

GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定建筑幕墻的氣密性應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21086-2007《建筑幕墻》中第5.1.3的規(guī)定且不應(yīng)低于3級[3]。建筑幕墻的氣密性用單位縫長的空氣滲透量來表征，通常由實(shí)驗(yàn)測量，主要與安裝材料有關(guān)：采用密封膠安裝，幕墻的氣密性一般較好；采用密封條安裝，幕墻的氣密性一般較差。

4 結(jié)論

建筑幕墻是為建筑而生的，它終歸要為建筑服務(wù)。幕墻設(shè)計(jì)關(guān)系到建筑工程的安全、功能、美觀、節(jié)能、環(huán)保等各個(gè)方面，建筑師與幕墻設(shè)計(jì)師必須在設(shè)計(jì)全過程共同對玻璃幕 墻的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和探討。隨著我國綠色建筑的綠色性能再升級，在建筑幕墻的設(shè)計(jì)過程中必須采用綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。