陈永泉
（上海市建筑装饰工程集团有限公司）
【摘 要】在我国城镇化建设迅速发展的背景下，对城市建筑的提出了更高的要求，实用性、功能性和节能环保的建筑深受人们欢迎。玻璃幕墙作为新型建筑外墙形式的一种，在公共建筑工程中应用十分广泛。但由于其在施工设计中，安全性、采光和节能性等方面存在不足，仍然需要加以改进优化才能得到更大的发展。现就玻璃幕墙节能原理进行阐述，深入分析公共建筑设计中与施工中的玻璃幕墙节能技术。
【关键词】玻璃幕墙；节能；优化设计
建筑幕墙很早就被应用于公共建筑施工中，但受到经济水平的影响，施工工艺水平偏低、施工材料质量较差，并未得到广泛应用。随着经济水平的迅速发展，更多的公共建筑材料及工艺被研发出来，其中最为典型的一种是玻璃幕墙，它是墙板结构的一种，具备轻薄的特征，在人们对公共建筑提出更高要求下，受到广泛应用。但因其传热系数高，增加了能耗，所以，做好玻璃幕墙节能优化设计，显得尤为重要。
一、玻璃幕墙节能原理剖析
玻璃幕墙是新型建筑外墙形式的一种，它的骨架是金属型材料，外覆面以玻璃为主，保温隔热材料是其内衬，它既可以减少混凝土外墙钢筋的使用量，又可以减少混凝土的使用量，从而实现了公共建筑建设节约资源和能源的目标[1]。正因为玻璃幕墙具备卓越的节能性能，进而被广泛应用于公共建筑施工。玻璃作为透明材料的一种，它具有传递热能的作用，方式以传导、符合和对流为主。玻璃传热时，除上述方式外，还可以利用太阳光穿过这一方式。为了准确的评估玻璃传递能量过程，可以借助单位时间、单位温差和单位面积内玻璃传递焦耳数来完成。焦耳数与玻璃能耗成正比，即焦耳数大玻璃损失的能耗则越多，反之则越少，玻璃损失越多的能耗，给节能造成负面影响。遮蔽系数是测试玻璃幕墙节能性能的一项重要指标，因此，可以通过其研究玻璃幕墙节能效果。在其他条件相同的情况下，分别把透明玻璃与玻璃组件放于太阳光下，借助辐射能量比值对玻璃幕墙遮蔽系数进行确定，遮蔽系数与节能效果成反比，即系数越小，节能效果越好。在太阳光穿过玻璃射入房间的过程中，一部分太阳能被玻璃幕墙吸收，并将其转变成热能，另一部分是直接透过玻璃。房间内有转化的热能进入，增加了房屋热能，从而提升房间温度。
二、公共建筑设计中的玻璃幕墙节能技术
1．幕墙节能设计要注意的问题
公共建筑能耗高低与透明玻璃幕墙有着密切联系，主要展现在两个方面，一是室外与室内的温差传热受到玻璃幕墙热工性能的影响，实际体现在房间夏季空调与动机采暖室内外的温差；二是太阳光传播玻璃射入房间内，能够改变公共建筑物室内的温度。室内温度在夏季普遍较高，为了降低室温，人们往往是通过开启空调方式，然而太阳光穿过玻璃射入室内后，给空调制冷造成负面影响，太阳光射入室内后改变空调的降温情况，进而影响了空调的降温效果。所以，人们在夏季应该采取有效措施，防止太阳光射入房间，进而保证空调降温效果达到最优。设计过程中，要充分考虑太阳光射入室内的实际时间以及公共建筑物的实际朝向，对玻璃幕墙大小进行确定，以保障公共建筑满足不同人群对热能的需求。此外，还应该使玻璃幕墙具备通风换气及部分开启装置，这样既可以对室内温度进行调节，还可以改善室内空气质量，增强室内的舒适度。由此可见，实现玻璃幕墙节能的重要手段是在玻璃幕墙安装通风装置。
2．玻璃幕墙遮阳体系方面的设计
从遮阳体系自身来看，按照位置划分，可分为内部遮阳和外部遮阳，进一步细分可分为固定式遮阳和活动式遮阳。依据公共建筑使用要求及当地气候特征，遮阳可以分为临时性、永久性。所谓的永久性遮阳，指的是将不同形式的遮阳帘与遮阳板设置于玻璃幕墙内外，而临时性指的是，将软百叶、布帘、帆布篷和珠帘等设置于玻璃幕墙内外。依据永久性遮阳设施构建是否能够活动，可以分为两种，一种是活动式，另一种是固定式。活动式遮阳灵活性较强，可根据季节发生变化，也可根据当日天空阴晴及时间变化情况，对遮阳板的角度进行调节。寒冷季节能够避免阳光遮挡，以获取更多的日照。
依据遮阳形式来划分，可分为挡板式、垂直遮阳、水平遮阳和综合式遮阳四种。就遮阳体系设计来说，需要注意以下四点：
其一，遮阳板面的构造与组合。阻挡直线阳光的基础上，各个板面的组合形式灵活多样，可以根据立面处理、视野、采光、通风和构造等实际要求，选取合理的板面组合形式。一般情况下，板面以部分百叶或全部百叶为主，这样既能使热空气散逸，还能避免采光及通风产生的不良影响。遮阳板的选择，通常选用铝板，或者是混凝土、轻金属制作的遮阳板。
其二，安装位置。通风与防热功能与遮阳板安装位置的选择有着密切联系，如在墙面布置处安装遮阳板，且位置紧贴，这样，容易使热空气进入室内。就此情况而言，综合式遮阳表现更明显，因此，遮阳板面应该与玻璃墙面保持一定距离，确保热空气顺着墙面排出，同时，尽可能避免遮阳板挡风。
其三，颜色与材料。尽可能选择质量轻的遮阳构件，以减轻自重。由于遮阳构件长期暴露在室外，加之受到风吹日晒的影响，极易导致其损坏，故要选择坚固性及耐久性强的材料。对于活动式遮阳，要求其具备良好的灵活性及轻便性，有助于拆除和调节。尽可能保证材料外表面的吸收系数，使其尽可能低。在设计过程中，满足上述要求的基础上，要充分考虑实际情况，对这样材料进行选择。遮阳构件颜色影响着隔热效果。如果在玻璃幕墙内侧安装百叶帘，白色遮阳系数为62%、中间色遮阳系数为74%、暗色遮阳系数为86%，暗色比白色的遮阳系数要高24%。朝向阳光面的遮阳帘，要选用淡色且发亮的颜色，以增强遮阳帘表明反射，避免吸收太阳辐射；背光面的遮阳帘，要选用无光泽、暗色，从而防止眩光。
其四，内遮阳与外遮阳。明色室内的百叶通常只能将17%的太阳辐射挡去，与室外南向呈45度仰角的水平遮阳板，能够将68%的太阳辐射遮去，可见两者的遮阳效果存在较大的差距。将软百叶、布帘等安装于窗口内侧，能够将太阳辐射产生的热量吸收，并在室内空气中散发。将遮阳板安装于窗口外侧，也能将太阳辐射产生的热量吸收，并将排放至室外空气，从而起到调节室内温度的作用。
3．玻璃幕墙节点方面的设计
通过分析玻璃幕墙节能原理，我们可以发现，使用断桥铝型材料与中空玻璃，是玻璃幕墙实现节能的重要途径。使用断桥铝型材料时，主要是利用它能形成连续隔热区域，在隔热条的作用下，使铝合金型材料分离，形成两个部分，进而减少玻璃幕墙能耗。
隔热幕墙中，要重点关注中空玻璃的设计与应用。若使用的中空玻璃为6+12A+6，它的传热系数约为2.8W/（m2K），与单层玻璃相比，传热系数降低了约50%，从而可以使能耗显著降低。若将惰性气体充入至中空玻璃内，传热系数能够显著降低。铝型材节点设计思路为，不改变铝合金型材截面的状态下，改变胶条与隔热条的尺寸，将其在分配到厚度不同的中空玻璃，以满足隔热要求，丰富业主的选择。选用隔热幕墙，不仅能够实现节能目标，还可起到良好的降噪作用。隔热幕墙的节约能耗与一般的单层玻璃，可节约20～50%，降噪范围可达30～40db左右。图1为断桥隔热幕墙标准节点。
另外，一种新型的节能幕墙形式——双层动态节能幕墙越来越多的在公共建筑中应用，它是由外层非绝热杆件与单层玻璃，和内层中空玻璃与绝热杆件组成。通常在内层与外层间的热通道，安装百叶，其具有自动调控功能。同时，将进风与排风装置安装于热通道上端与下端。在夏天，内层和外层的热通道的温度较高，通过开启安装的排风装置，能够使热空气由下至上流动，使通道内的热量散发出去，从而调节内侧幕墙的温度，以减少能耗，实现节约能源的目标。当开启进风装置时，能够改善屋内空气质量。在冬天，关闭排风装置，太阳光照射入热通道后，使温度上升，产生一个温室，这样有助于室内温度的提升。图2为双层动态节能幕墙工作原理
三、公共建筑施工中玻璃幕墙节能技术
1．幕墙施工中的节能控制要点
施工期间，要合理设置构配件与金属材料连接位置的柔性垫块、片，在主体结构与立柱上端、下端留有一条缝隙，以便于注胶密封。保证结构胶施工车间卫生状况、适度和温度满足相关要求，严格按照施工规范，开展结构胶施工。施工结束后，在规定的时间内进行养护，保证条件满足相关要求。对于耐候胶的施工，施工前要对玻璃打胶面彻底清理，使其清洁。禁止在雨季、夜晚开展耐候胶打胶施工。接缝内打耐候胶时，要遵循两对面粘结原则，以免造成密封作用消失。用岩棉填充幕墙与隔墙外沿及每层楼板，使其密实。控制好填充厚度，从而促进防火性能及保温隔热性能的提升。
2．幕墙节能质量验收
首先，需保证幕墙气密性能满足相关的设计等级要求。如果公共建筑外墙面积为50%或者幕墙面积超过3000㎡时，要对施工现场的配件与材料实施抽检，并检测其气密性能。当检测结果满足设计等级要求时，才能使用。镶嵌密封条时，要在正确的位置上进行严密对接镶嵌，保证其具备良好的牢固性。施工过程中，应积极采取有效措施保护保温材料，以免因其他因素影响其保温性能。用于施工中的材料一旦受潮后禁止使用。检查遮阳设施的安全位置，保证其符合相应的设计要求。对安装遮阳设施的牢固性进行检查，确保断桥连接安装牢固。隔断热桥措施的设计也要满足相应要求标准，紧密牢固连接断热节点。幕墙隔汽层的位置也要准确，具备良好的严密性和完整性。对于穿透隔汽层位置的节点要给予密封处理，保持冷凝水排水与收集顺畅，不得渗漏[2]。
总结：
玻璃幕墙在公共建筑工程中的广泛应用，证明了它既能够保证建筑物功能满足人们的需求，又能促进建筑物美观的提升。在玻璃幕墙设计过程中，要充分考虑当地地区气候、业务需求、房间使用要求等多种因素，做好玻璃幕墙各个节点设计工作，科学合理的设置遮阳设施，以降低玻璃幕墙的能源、资源消耗，实现公共建筑的可持续发展。
参考文献：
[1]王刚，金长江.浅析节能玻璃幕墙的节点设计[J].商品与质量?建筑与发展，2014（8）：185—186.
[2]陈玉亮.浅谈建筑玻璃幕墙节能设计[J].房地产导刊：中，2014（11）：286.
论文作者:陈永泉
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/14
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