建筑節能玻璃幕墻的節點設計

摘要：玻璃幕墻是現代化建筑的主要外圍護結構之一，其設計不僅要滿足建筑美學和建筑功能的要求，而且要更多地考慮熱工設計，充分體現當前國際上流行的建筑設計三大原則：“開放與交流、舒適與自然、環保與節能。”
　　關鍵詞：玻璃幕墻 熱工 原理 構造現階段，大多數提高玻璃幕墻節能保溫性能的工程主要措施是采用鍍膜玻璃、Low-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃及隔熱斷橋鋁型材降低結構傳熱系數K、消除結構體系“熱橋”、降低空氣滲透熱損失、減少開啟窗扇面積、提高其密封性等。總之，尚停留在消極設防的設計思想階段。
　　轉變設計理念：變被動為主動
　　玻璃幕墻的熱工設計，應該追求設計功能的主動性和積極性，變被動設防為主動利用能源的設計思想，為了減少冬季采暖供熱的熱損失和能源消耗，為了減少夏季空調制冷的熱襲入和能源消耗，玻璃幕墻熱工設計的發展趨向是：對于以采暖供熱為主的幕墻追求達到溫室效應，對于以空調制冷為主的幕墻追求達到冷房效果，無論何種幕墻都將追求合理利用太陽能。動態幕墻（也稱熱通道幕墻、雙層通風幕墻）是一種很好的發展方向，由光電板系統和幕墻系統組成的光電幕墻也是主動利用太陽能的一個應用發展方向，綜合運用光能、熱能、電能的智能玻璃幕墻是最理想的發展方向。
　　進行幕墻熱工設計時，必須對其復雜的傳熱過程和傳熱方式進行分析和研究。玻璃幕墻的傳熱過程大致有三種途徑：一是玻璃和鋁合金（不銹鋼）金屬框格的傳熱：通過單層玻璃的熱流傳熱，通過金屬框格傳熱，通過玻璃的鍍膜層減少輻射換熱；二是幕墻內表面與室內空氣和室內環境間的換熱：內表面與室內空氣間的對流換熱，內表面與室內環境間的輻射換熱；三是玻璃幕墻外表面與周圍空氣和外界環境間的換熱；外表面與周圍空氣間的對流換熱，外表面與外界環境間的輻射換熱，外表面與空間的各種長波（如電磁波、紅外線等產生的長度）輻射換熱。四是普通玻璃幕墻采用單層玻璃和鋁合金型材的梁柱結構，而節能玻璃幕墻則應從上述三種途徑加以考慮：第一種途徑（熱傳導）對節點設計影響最大，針對玻璃的導熱性能，設計時采用中空玻璃；針對鋁框的導熱性能，設計時采用尼龍66等結構塑料，形成“斷橋”，可增大熱阻，減少熱傳導，從而設計隔熱幕墻。在此基礎上，再考慮第二種途徑（熱對流）和第三種途徑（熱輻射），在構造上采用雙層Low-E玻璃，上下端對流開口，從而設計動態幕墻。
　　隔熱幕墻的節點設計
　　隔熱幕墻的節能原理是采用中空玻璃和隔熱斷橋鋁型材來實現節能的。隔熱斷橋鋁型材的隔熱原理是基于產生一個連續的隔熱區域，利用隔熱條將鋁合金型材分隔成兩個部分。隔熱條“冷橋”選用材料為聚酰胺尼龍66，其導熱系數為0.3W/（m2K），遠小于鋁合金的導熱系數210W/（m2K），而力學性能指標與鋁合金相當。20世紀70年代末，隔熱斷橋鋁型材在國外問世，主要用于高寒地區的鋁合金門窗，到20世紀80年代末開始用于高寒地區的有框玻璃幕墻。我國目前在保溫隔熱性能要求很高的建筑中，也開始把它用于明框隔熱玻璃幕墻、隱框隔熱玻璃幕墻及點支式隔熱玻璃幕墻。
　　此外，在隔熱幕墻中，更重要的是要注意中空玻璃的應用與設計（因為在幕墻中，玻璃所占的面積比鋁合金框要大的多）。如果采用10+12A+10中空玻璃，那么其傳熱系數K達3.0W/（m2K）左右，傳熱系數比單層玻璃低了近1/2，可以大大地降低能耗，因此，在保溫性能要求比較高的情況下，應采用中空玻璃，如果中空玻璃內充入惰性氣體，其K值還以可降至1.3W/（m2K）。
　　鋁型材節點設計的總體思路是：在鋁合金型材截面不變的情況下，通過改變隔熱條和膠條的尺寸，分別裝配不同厚度的中空玻璃，從而達到不同的隔熱設計要求，以供不同地區、不同類型的建筑、不同要求的業主選擇。采用隔熱幕墻能起到很好的節能和降噪效果。與普通的單層玻璃相比，節省能耗約25%~50%，降噪約達30db~40db.動態幕墻的節點設計動態幕墻是一種新型的節能幕墻，是幕墻技術的新發展。根據其結構，可以分為“封閉式內循環體系”和自然通風的“敞開式外循環體系”兩種類型。前者需要通過電機強制抽風，因而總體節能水平不高；后者通過自然通風，所以節能效果更為明顯。
　　自然通風式動態幕墻的構造，其外層由單層玻璃及非絕熱桿件組成的敞開結構玻璃幕墻，內層由絕熱桿件和中空玻璃組成的推拉門（或推拉窗）幕墻體系。兩層幕墻之間的熱通道一般裝有可自動調控的百葉。在熱通道的上下兩端裝有排風和進風裝置。
　　其運行原理可以按照不同的季節說明。夏天：內外兩層幕墻中間熱通道的溫度很高時，可打開熱通道上下兩端的排氣口裝置，在熱通道內由于熱煙囪效應產生自下而上的氣流運動，帶走了通道內的熱量，這樣可以降低內側幕墻的外表面溫度，減少空調制冷的負荷，節約能源，降低能耗。通過對通道上下兩端排氣、進氣裝置的調控，在通道內形成負壓，利用內側幕墻兩邊的壓差和開啟扇，可以隨時向室內輸入新鮮空氣。冬天：通道上下兩端的排氣口裝置關閉，內外兩層玻璃幕墻間的熱通道由于陽光的照射，溫度升高，像一個溫室，這樣等于提高了內側幕墻外表面的溫度，減少了建筑物采暖的運行費用。春、秋兩季溫度適中之時，不存在采暖和制冷，可以打開推拉門和室外自然氣溫交流而達到平衡。