綠色節(jié)能技術(shù)在門(mén)窗幕墻設(shè)計(jì)中應(yīng)用研究

邵男男

摘要：當(dāng)前大型公共建筑中幕墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比較常見(jiàn)，而窗又與我們生活息息相關(guān)，其結(jié)構(gòu)不僅帶有裝飾作用，在綠色節(jié)能設(shè)計(jì)方面有著較高的應(yīng)用價(jià)值?；诖?，本文以門(mén)窗幕墻設(shè)計(jì)作為研究對(duì)象，闡述了綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的原則，分析了門(mén)窗U值影響因素以及提高門(mén)窗熱工性能的優(yōu)化措施。通過(guò)保溫隔熱材料、遮陽(yáng)系統(tǒng)以及雙層玻璃幕墻的應(yīng)用，論述了如何將綠色節(jié)能技術(shù)與門(mén)窗幕墻設(shè)計(jì)進(jìn)行有效結(jié)合。

關(guān)鍵詞：綠色節(jié)能技術(shù);設(shè)計(jì)原則;門(mén)窗U值影響因素

現(xiàn)代化城市發(fā)展進(jìn)程中，建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循綠色節(jié)能的設(shè)計(jì)原則，而幕墻結(jié)構(gòu)屬于一種圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在提升公共建筑美觀性的同時(shí)，使公共建筑的外形設(shè)計(jì)和視覺(jué)感受具有現(xiàn)代感。公共建筑幕墻設(shè)計(jì)可以突出綠色節(jié)能效果，無(wú)論是保溫隔熱材料的應(yīng)用還是智能玻璃材料的利用都能有效減少城市光污染問(wèn)題。

1 公共建筑幕墻綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的原則

分析公共建筑幕墻綠色節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則，具體如下：

1.以當(dāng)?shù)貧夂驐l件作為幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)。氣候條件不同，對(duì)建筑綠色節(jié)能效果也會(huì)產(chǎn)生不同的影響，在幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮建筑朝向、高度、傾角等內(nèi)容，按照外界自然條件變化優(yōu)化幕墻結(jié)構(gòu)的采光、通風(fēng)與遮陽(yáng)效果，從而盡可能的提升幕墻結(jié)構(gòu)的綠色節(jié)能效益。

2.根據(jù)公共建筑的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，保證幕墻結(jié)構(gòu)與建筑主體結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)，保障幕墻結(jié)構(gòu)安全可靠，防止二者之間發(fā)生沖突與矛盾。設(shè)計(jì)師需要重視對(duì)公共建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在了解主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上完成幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升該環(huán)節(jié)的綠色節(jié)能水平。

3.兼顧美觀性的原則。也就是說(shuō)，幕墻結(jié)構(gòu)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)也要重視公共建筑的外部美觀性，不能過(guò)于追求節(jié)能而導(dǎo)致幕墻結(jié)構(gòu)缺乏藝術(shù)性。要求設(shè)計(jì)人員在幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)兼顧藝術(shù)性和實(shí)用性，努力在綠色節(jié)能與美觀中之間找到平衡點(diǎn)。

2 綠色節(jié)能技術(shù)在公共建筑幕墻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 保溫隔熱材料的應(yīng)用

公共建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)優(yōu)化對(duì)材料的選擇，盡可能使用具有保溫隔熱性能的材料，規(guī)避后續(xù)公共建筑出現(xiàn)的能耗損失問(wèn)題，突出建筑物的節(jié)能效益。從選擇幕墻結(jié)構(gòu)框架材料開(kāi)始，應(yīng)用鋁合金材料或其他帶有隔熱性能的骨架材料，防止材料連接處出現(xiàn)熱量損失。優(yōu)選玻璃材料，比如熱反射鍍膜玻璃，這一材料應(yīng)用后可以反射太陽(yáng)光，避免建筑物內(nèi)部受到強(qiáng)烈太陽(yáng)光的影響。選擇低輻射玻璃可以形成對(duì)建筑物的保護(hù)，同時(shí)防范紅外線。使用封閉式內(nèi)循環(huán)雙重玻璃幕墻系統(tǒng)，或者使用敞開(kāi)式外循環(huán)雙層玻璃幕墻系統(tǒng)，提升玻璃幕墻節(jié)能保溫性能。

在各類(lèi)現(xiàn)代化公共建筑中，大范圍使用玻璃幕墻已成為建筑設(shè)計(jì)的流行趨勢(shì)，由于玻璃幕墻具有美觀效應(yīng)和藝術(shù)效果，且玻璃幕墻所消耗的能源只占普通材料的五成，因此選擇節(jié)能保溫材料有利于提升玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果。當(dāng)前國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于窗戶的隔熱與保溫性能設(shè)計(jì)在指標(biāo)從以往的23%提升到37.5%。設(shè)計(jì)師應(yīng)重視對(duì)玻璃能量傳遞參數(shù)，了解不同玻璃材質(zhì)的光輻射導(dǎo)熱效果。斷熱材料的應(yīng)用可以起到隔絕噪音、提升節(jié)能性能的作用，比如帶有尼龍結(jié)構(gòu)的斷熱鋁型材料，基于該材料研發(fā)出隔熱斷橋穿條設(shè)施，經(jīng)過(guò)穿條斷橋連接方式，將經(jīng)過(guò)氧化處理的銀白料、著色料、彩色噴涂料、砂面料連接，全方位提升斷熱材料的美觀度。

2.2 玻璃幕墻的應(yīng)用

2.2.1 中空玻璃

中空玻璃是建筑中使用最廣泛的玻璃之一。其具有良好的的保溫、隔聲等性能，并且成本不是很高，是設(shè)計(jì)師最青睞的選擇。具體而言，中空玻璃是指由兩片及兩片以上玻璃組成，使用粘結(jié)劑粘結(jié)的玻璃。中空玻璃熱傳導(dǎo)效果高于空氣27倍，但是對(duì)于當(dāng)代大多數(shù)建筑而言，中空玻璃性能仍需進(jìn)一步提高。高性能中空玻璃由此產(chǎn)生，它不僅可以滿足采光、保溫需要，還能夠確保室內(nèi)溫度舒適，且具有較高節(jié)能價(jià)值。

2.2.2 遮陽(yáng)性玻璃幕墻

對(duì)于公共建筑的幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為了進(jìn)一步提升建筑節(jié)能效果，還應(yīng)充分提升幕墻的遮陽(yáng)作用。應(yīng)用具有自動(dòng)遮陽(yáng)效果的玻璃能夠幫助建筑阻擋太陽(yáng)光對(duì)室內(nèi)的輻射，維持室內(nèi)擁有舒適的空間，防止溫度失控給建筑帶來(lái)能源浪費(fèi)問(wèn)題。夏季天氣炎熱，為了達(dá)到對(duì)公共建筑的遮陽(yáng)，應(yīng)做好室內(nèi)溫度調(diào)控，降低空調(diào)使用率，可以在建筑幕墻結(jié)構(gòu)融入遮陽(yáng)系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件將幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為垂直式或者水平式，合理利用遮擋材料提升對(duì)太陽(yáng)光的遮擋效果。圖1中的建筑位于奧地利，它開(kāi)辟了公共建筑智能遮陽(yáng)的新模式，這是由Ernst Giselbrecht和美國(guó)知名社交媒體Mashable共同設(shè)計(jì)的一座Kiefer Technic Showroom。

以該公共建筑外墻為例，其使用了實(shí)心磚材料設(shè)置外部保溫系統(tǒng)，墻立面安裝了電動(dòng)多孔鋁遮光板。整個(gè)建筑幕墻結(jié)構(gòu)的外遮陽(yáng)系統(tǒng)由56個(gè)電機(jī)一同控制，從而達(dá)到建筑采光、遮陽(yáng)以及節(jié)能目的。外立面采用了單元式設(shè)計(jì)，遮陽(yáng)板能夠像折紙一樣獨(dú)立展開(kāi)或者合攏，整個(gè)遮陽(yáng)系統(tǒng)從閉合狀態(tài)到通透展開(kāi)狀態(tài)的轉(zhuǎn)化只需30s，可以根據(jù)每天不同時(shí)間與溫度智能移動(dòng)，雨天時(shí)遮陽(yáng)系統(tǒng)關(guān)閉，通風(fēng)系統(tǒng)打開(kāi);正午陽(yáng)光較強(qiáng)，遮陽(yáng)板完全關(guān)閉，隨著陽(yáng)光的減弱，遮陽(yáng)板開(kāi)合角度自動(dòng)改變，讓室外自然風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度與亮度的個(gè)性化調(diào)節(jié)。

2.2.3 雙層幕墻

雙層玻璃幕墻是根據(jù)公共建筑的通風(fēng)層具體情況構(gòu)成的，主要分為敞開(kāi)式外循環(huán)雙層玻璃幕墻與封閉式內(nèi)循環(huán)雙層玻璃幕墻兩種，這種玻璃幕墻外部表層是全方位封閉的，中空鋼化玻璃和斷熱型材料構(gòu)成了整個(gè)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部還包含鋼化玻璃結(jié)構(gòu)的開(kāi)啟窗。在雙層玻璃內(nèi)層和外層之間具有一定的通風(fēng)區(qū)域，該區(qū)域厚度為120mm-200mm，通風(fēng)區(qū)域與吊頂處的暖通系統(tǒng)、排風(fēng)管道相連，使整個(gè)公共建筑擁有自上而下的空氣循環(huán)系統(tǒng)。公共建筑內(nèi)部空氣可以經(jīng)過(guò)內(nèi)部玻璃通風(fēng)裝置到達(dá)通風(fēng)各層，夏季白天時(shí)建筑內(nèi)的熱空氣可以被排放到外部，冬季時(shí)因溫室效應(yīng)而產(chǎn)生的熱量會(huì)依靠管道回路作用被重新傳遞到公共建筑內(nèi)部，提升公共建筑節(jié)能效率。應(yīng)用雙層幕墻，給人舒適的體驗(yàn)感受，但是其存在技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)高等不足，有待實(shí)踐中不斷優(yōu)化。

3 影響U值元素分析

3.1 隔熱條寬度

隔熱條截面高度從14.8mm增加至24.0mm時(shí)，型材節(jié)點(diǎn)的傳熱系數(shù)從3.28W/m?K降低至2.64W/m?K，降低幅度為0.64W/m?K;若按框窗比30%計(jì)算，整窗的傳熱系數(shù)可降低約0.2W/m?K。所以增加隔熱條截面寬度可有效改善鋁合金窗節(jié)能效果。

3.2 多道密封

采用三道密封時(shí)，即框扇空腔內(nèi)部多了鴨嘴膠條，而扇下側(cè)隔熱條設(shè)計(jì)為T(mén)形，使用雙道密封時(shí)模擬計(jì)算結(jié)果為2.923W/m?K;使用三道密封時(shí)模擬結(jié)果為2.729W/m?K，降低幅度0.194W/m?K。經(jīng)熱工計(jì)算，整窗傳熱系數(shù)降低約0.058W/m?K。

3.3 長(zhǎng)尾膠條

使用普通膠條時(shí)模擬結(jié)果為2.923W/m?K;使用長(zhǎng)尾膠條時(shí)模擬結(jié)果為2.877W/m?K，降低幅度0.046W/m?K。經(jīng)熱工計(jì)算，整窗傳熱系數(shù)降低約0.014W/m?K。

3.4 泡沫填充

未使用泡沫填充時(shí)模擬結(jié)果為2.923W/m?K，使用泡沫填充時(shí)模擬結(jié)果為2.843W/m?K，降低幅度0.08W/m?K。經(jīng)熱工計(jì)算，整窗傳熱系數(shù)降低約0.024W/m?K。

3.5 玻璃墊塊

未使用玻璃墊塊時(shí)模擬結(jié)果為2.923W/m?K，使用玻璃墊塊時(shí)模擬結(jié)果為2.777W/m?K，降低幅度0.146W/m?K。經(jīng)熱工計(jì)算，整窗傳熱系數(shù)降低約0.044W/m?K。

4 針對(duì)江蘇省門(mén)窗節(jié)能趨勢(shì)探討

4.1 門(mén)窗U值公式及江蘇省節(jié)能變化趨勢(shì)

門(mén)窗熱工的計(jì)算公式為：U=Ug*Ag+Uf*Af+ *L/Aw

從公式來(lái)看整窗的傳熱系數(shù)也就是我們經(jīng)常說(shuō)的U值，主要是通過(guò)幾個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算的，門(mén)窗的總面積、窗框的面積、玻璃的面積、玻璃區(qū)域的邊緣長(zhǎng)度以及窗框的傳熱系數(shù)、玻璃的傳熱系數(shù)、窗框和玻璃鑲嵌位置的傳熱系數(shù)。

江蘇目前的居住建筑節(jié)能要求的門(mén)窗U值為2.4 W/m?·K，未來(lái)的要求估計(jì)為2.1W/m?·K。

4.1.1 改變玻璃配置

可以將5+9A+5雙銀Low-E的玻璃配置（不充氬氣），優(yōu)化為5+12Ar+5雙銀Low-E充氬氣的玻璃配置，這樣我們其他的配置都不要進(jìn)行更換，就可以將整體優(yōu)化為2.1W/m?·K。

4.1.2 改變隔熱條寬度

可以將24mm系列的的隔熱條加寬為29mm系列的隔熱條，這樣我們其他的配置都不要進(jìn)行更換，就可以將整體優(yōu)化為2.1W/m?·K。

4.1.3 改變玻璃中空層

24mm系列不變，而在隔熱條型材內(nèi)以及玻璃周?chē)砑优菽?并且在玻璃配置略微提升的條件下（如：將中空層9A優(yōu)化為12A），也可以使達(dá)到整體2.1W/m?·K。

如果我們采用了24mm系列隔熱條，5+12Ar+5雙銀Low-E充氬氣的玻璃配置，再將普鋁間隔條換成暖邊間隔條，整體的門(mén)窗U值會(huì)是多少呢？2.0W/m?·K！可以適用于更多的區(qū)域現(xiàn)在和未來(lái)的要求。不需要更改型材的模具和加工工藝！也不需要更改玻璃配置！只需要更換中空玻璃的間隔條便能一步到位。

5 綜上所述

門(mén)窗幕墻行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)必定越來(lái)越快，新技術(shù)、新材料及新的幕墻種類(lèi)應(yīng)運(yùn)而生，可以滿足不同環(huán)境和需求的建筑要求。前玻璃幕墻已經(jīng)大范圍用于公共建筑的幕墻結(jié)構(gòu)，在提升建筑物美觀度的同時(shí)，也加大了建筑物的整體能耗。設(shè)計(jì)師在選擇幕墻結(jié)構(gòu)材料時(shí)應(yīng)優(yōu)選具有節(jié)能效果和環(huán)保性能的玻璃幕墻，同時(shí)優(yōu)選耗能較小、安全可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。更多的門(mén)窗幕墻應(yīng)注重節(jié)能環(huán)保要求，綠色建筑門(mén)窗幕墻的發(fā)展很重要，它對(duì)整個(gè)建筑都有深遠(yuǎn)意義。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：泰諾風(fēng)保泰（蘇州）隔熱材料有限公司上海分公司）