節(jié)能技術(shù)在建筑幕墻設(shè)計中的運用

張龍海，董業(yè)廷，許方輝

（中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟南 250100）

0 引言

近年來，建筑行業(yè)逐漸認識到“綠色”“節(jié)能”的重要性，在設(shè)計階段也得到體現(xiàn)。建筑幕墻設(shè)計中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，也可以達到經(jīng)濟性的目的。實際上，在建筑幕墻設(shè)計階段，最主要的是優(yōu)化建筑外結(jié)構(gòu)，保證外觀裝飾性，延長使用期限。幕墻的設(shè)計與應(yīng)用必然帶來大量的資源損耗，是節(jié)能性目標(biāo)實現(xiàn)最關(guān)鍵的影響因素?，F(xiàn)階段建筑設(shè)計行業(yè)確定了綠色、節(jié)能的發(fā)展理念，節(jié)能技術(shù)是建筑幕墻設(shè)計的關(guān)鍵因素，要在設(shè)計環(huán)節(jié)發(fā)揮優(yōu)勢，減少資源與能源損耗。

1 工程概況

某寫字樓工程采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑總層數(shù)為13層，建筑高度為39m，建筑面積為4.56萬m2，抗震烈度設(shè)計為8度，屬于高級辦公建筑。前期設(shè)計階段針對該建筑外立面、西立面進行幕墻設(shè)計，其中西立面進行鋁合金隔熱窗設(shè)計，面積為1 285m2，外立面分別進行隱框玻璃幕墻、干掛石材幕墻和鋁塑復(fù)合板的設(shè)計，面積分別為5 200，5 500，1 900m2。按照設(shè)計要求，本次寫字樓工程的幕墻設(shè)計需達到節(jié)能目標(biāo)要求，為此展開如下討論。

2 建筑幕墻節(jié)能設(shè)計要求

建筑幕墻設(shè)計工作需要提前分析附近環(huán)境，了解環(huán)境溫度、光照與氣候條件，關(guān)于建筑物所在朝向、高度與功能，也需要體現(xiàn)在節(jié)能設(shè)計中。選擇節(jié)能技術(shù)時，應(yīng)搭配施工技術(shù)共同分析，總結(jié)建筑幕墻設(shè)計可能存在的影響因素，重點關(guān)注采光、遮陽、傳熱性與水密性等性能，創(chuàng)建幕墻設(shè)計狀態(tài)指標(biāo)。建筑幕墻的節(jié)能設(shè)計要綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂颍鶕?jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、幕墻功能和性能，科學(xué)選擇形式、材料、構(gòu)造。在設(shè)計過程中，將幕墻當(dāng)作建筑物的一部分，與設(shè)計人員、暖通項目負責(zé)人實時交流，避免出現(xiàn)專業(yè)方面的問題，保障建筑幕墻設(shè)計質(zhì)量。

3 建筑幕墻節(jié)能設(shè)計的材料選擇

科學(xué)選擇節(jié)能材料是建筑幕墻設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常見的幕墻材料有玻璃、型材等，考慮到節(jié)能要求，挑選材料時還要注重節(jié)能環(huán)保。如果選擇節(jié)能型玻璃，該材料是建筑幕墻非常重要的材料，因為涉及的熱交換面積較大，所以節(jié)能設(shè)計非常關(guān)鍵。關(guān)于節(jié)能型玻璃的選擇，應(yīng)該按照玻璃實際位置進行判斷。例如，建筑朝向南、接受日光照射時間較長，需要通過玻璃阻隔太陽輻射，達到降低空調(diào)負荷的效果?；诖耍ㄗh玻璃選擇的重點放在吸熱性強、熱反射性強2個方面，如中空玻璃同時具備這2項優(yōu)勢；如果建筑地處于冬季較為寒冷的北方，要選擇熱傳導(dǎo)控制能力好的玻璃，輻射比較低。

節(jié)能型玻璃按照不同的形式有5種，即陽光控制鍍膜玻璃、夾層玻璃、低輻射玻璃、中空玻璃、真空玻璃。

1）陽光控制鍍膜玻璃 基于常規(guī)玻璃進行鍍膜，通過金屬化合物膜增強玻璃的色澤與美觀性，還可以起到控制太陽光射入室內(nèi)的作用，降低空調(diào)負荷。如果采用該類型玻璃，所帶來的透射率、反射率也比較好，有效吸收紫外線，保證室內(nèi)采光和透視度。

2）夾層玻璃 夾層玻璃具有良好的韌性，由2片以上的玻璃組成，屬于復(fù)合型玻璃。夾層玻璃包含中間層、外表層，中間層制作采用透明有機材料，對工藝有非常高的要求，需要保證抗震性與抗沖擊性，即便受到?jīng)_擊也可以抵抗外部沖擊對室內(nèi)環(huán)境舒適度造成的干擾。

3）低輻射玻璃 低輻射玻璃可見光度、透光率良好，可有效阻隔紅外線，在隔熱、室內(nèi)采光與節(jié)能等方面均有較明顯的優(yōu)勢。冬季保證室內(nèi)熱量與溫度，夏季杜絕太陽光輻射至室內(nèi)，同時保證節(jié)能性與經(jīng)濟性。

4）中空玻璃 中空玻璃是由2片以上玻璃組成，密封膠可以將組合玻璃之間的空間隔斷，起到隔聲、隔熱的作用。除此之外，中空玻璃質(zhì)量輕、負載小，有助于減小建筑負荷。

5）真空玻璃 應(yīng)用支撐物分離玻璃，附近全部密封，從而在玻璃內(nèi)形成真空層。換言之，真空玻璃是將中空玻璃內(nèi)部空氣抽走之后，使對流、傳導(dǎo)傳熱消除，以此達到隔熱效果。真空玻璃空腔有限，中間支柱分布均勻，相較其他種類隔熱玻璃，其制作工藝繁瑣，加上有分割支柱存在，必然會對實際應(yīng)用的美觀性帶來影響。

除了玻璃這一重要材料外，鋁合金斷熱型材也十分關(guān)鍵，主要起到支撐龍骨作用，與普通鋁型材相比，具有良好的節(jié)能性。如果幕墻設(shè)計選擇隔熱斷熱鋁合金型材，隔斷塑料導(dǎo)熱系數(shù)有限，設(shè)計環(huán)節(jié)的持續(xù)性隔熱區(qū)域，需要應(yīng)用到隔熱條分割鋁合金結(jié)構(gòu)。實際上這種隔熱條導(dǎo)熱系數(shù)較小，對比鋁合金，兩者的力學(xué)性能卻相同，以免因為熱脹冷縮出現(xiàn)鋁型材和隔熱條脫落的現(xiàn)象，有效承受外部環(huán)境壓力作用。

4 建筑幕墻設(shè)計中的節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用

4.1 光電幕墻技術(shù)

光電幕墻可以同時保證美觀性、隔熱、發(fā)電、隔聲等多種功效，既能夠滿足人們對幕墻的使用需求，又具有智能性。結(jié)合光電幕墻技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗，可以將其作為太陽能光電池技術(shù)，建筑幕墻設(shè)計階段，尤其是光電幕墻的設(shè)計，要加強抗震性、抗壓性、抗風(fēng)性，以保證建筑幕墻及建筑物安全。另外，設(shè)計階段針對幕墻外觀的美觀性、水密性、氣密性、隔聲性與保溫性等，也要結(jié)合實際設(shè)計要求予以強化。幕墻骨料內(nèi)有大量空腔，將墻面、幕墻技術(shù)與太陽能光電技術(shù)充分融合，便可組建功能型幕墻。

4.2 節(jié)能百葉技術(shù)

建筑幕墻設(shè)計中，節(jié)能百葉技術(shù)應(yīng)用最普遍，可有效降低室內(nèi)空調(diào)負荷，調(diào)整太陽光照射，保證室內(nèi)居住舒適度。然而，節(jié)能百葉技術(shù)主要采用百葉這一材料，該材料的節(jié)能效果有限，并且會在應(yīng)用中影響建筑幕墻的美觀性。

4.3 雙層幕墻技術(shù)

建筑幕墻設(shè)計中的雙層幕墻由內(nèi)、外兩層幕墻組成，利用相關(guān)裝置加強保溫、隔熱與通風(fēng)等效果。目前在建筑幕墻設(shè)計中，雙層幕墻技術(shù)會應(yīng)用封閉、敞開式的結(jié)構(gòu)，搭建緩沖空氣空間，加強室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的有效性與靈活性。除此之外，雙層通風(fēng)幕墻技術(shù)也是其中一種設(shè)計技術(shù)，包括兩層幕墻，同樣分為內(nèi)、外兩層。內(nèi)層為具有斷熱、隔熱性能的明框幕墻，外層為單層玻璃、非斷熱型材組成幕墻，內(nèi)、外層中間部位空間有熱通道，處于相對封閉狀態(tài)，始終和內(nèi)層幕墻的外表面進行熱交換。即使冬季氣溫低，通風(fēng)層關(guān)閉進、排風(fēng)口之后，換氣層也可以在陽光照射下提升室內(nèi)溫度與內(nèi)層玻璃溫度，達到減少建筑熱能耗損的目的。待天氣回暖，再將換氣層風(fēng)口打開，排除通風(fēng)間層熱量，使內(nèi)層玻璃外表面溫度降低，也可以減少能源消耗。

4.4 生態(tài)幕墻技術(shù)

數(shù)字化時代，建筑幕墻節(jié)能技術(shù)的種類越來越豐富，生態(tài)幕墻技術(shù)具有技術(shù)性、人性化的特點，在幕墻設(shè)計中得到廣大設(shè)計者的青睞，能夠了解人們的生活需求，在建筑幕墻設(shè)計中深入融合，加強環(huán)境舒適度。應(yīng)用生態(tài)幕墻技術(shù)，在設(shè)計中需要增設(shè)生物氣候緩沖層，避免對周圍環(huán)境質(zhì)量帶來影響，也有利于節(jié)省資源。

4.5 太陽光變向照明技術(shù)

建筑領(lǐng)域使用可再生資源，已經(jīng)成為節(jié)能目標(biāo)要求下的一項有效舉措。建筑幕墻設(shè)計中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，也可以利用太陽能替代其他設(shè)計能源，達到節(jié)能環(huán)保效果，并且可以減少因幕墻設(shè)計導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。建筑幕墻設(shè)計過程中，采用太陽光變向照明技術(shù)可以代替遮陽技術(shù)，以免遮陽技術(shù)中幕墻發(fā)揮反射作用，使太陽光線進入室內(nèi)，反射至室內(nèi)天花板、功能區(qū)，不但會對室內(nèi)照明環(huán)境帶來直接影響，還會降低居住舒適度。太陽光變向照明技術(shù)可保證照明效果，采用的照射方式也更加柔和、均勻，無須大量電能消耗。

例如，建筑幕墻設(shè)計采用遮陽系統(tǒng)，將部分太陽光阻隔在室外。如果室內(nèi)房間朝陽，則設(shè)計遮陽系統(tǒng)便可以很好地達到節(jié)能、隔熱的效果。若太陽光直射至室內(nèi)，一方面會增加空調(diào)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)負荷，另一方面還會降低環(huán)境舒適度。利用遮陽系統(tǒng)，在確保室內(nèi)良好采光條件的基礎(chǔ)上，有效降低空調(diào)設(shè)備運轉(zhuǎn)帶來的能源消耗。設(shè)計人員將遮陽系統(tǒng)和建筑幕墻設(shè)計結(jié)合，可以選擇垂直、水平、擋板等多種遮陽方式，按照建筑功能、周圍環(huán)境條件等優(yōu)化設(shè)計方案，精準(zhǔn)計算建筑幕墻各項參數(shù)，可以提高建筑幕墻的節(jié)能性。

5 結(jié)語

新時代，建筑行業(yè)面臨節(jié)能環(huán)保這一要求，建筑幕墻設(shè)計也要設(shè)定節(jié)能目標(biāo)，減少幕墻材料、技術(shù)等帶來的能源耗損。采用節(jié)能技術(shù)，既可以保證建筑幕墻的美觀性、功能性，又能減少能源消耗，避免對周圍環(huán)境帶來影響，符合建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求。