玻璃幕墙对建筑节能的影响

玻璃幕墙对建筑节能的影响
摘要：近年来，玻璃幕墙越来越多的应用于建筑外围护结构，它实现了建筑围护结构的使用功能与装饰功能的巧妙融合，带来了建筑特殊的美学效果。

但玻璃幕墙作为外围护结构，其保温、隔热性能与传统墙体比，是传统墙体热损失的5～6倍。

幕墙的能耗有时能达到整个建筑能耗的40％左右，由于采暖与制冷能耗高的问题引起了越来越多人的重视，它也关系到我国可持续发展战略的实施。

本文分析讨论了玻璃幕墙对节能的影响，并结合本人多年工作实践体会提出几种节能措施。

关键词：玻璃幕墙建筑能耗节能措施
中图分类号：te08 文献标识码：a 文章编号：
前言：
我国关于玻璃幕墙的使用已有20多年的历史了，据不完全统计，有些城市幕墙总面积已超过1000万平方米，我国每年幕墙投入使用以10%的速度继续增长。

因此，在能源危机、建筑能耗不断增长的今天，研究玻璃幕墙的节能措施，降低建筑能耗具有重要意义。

1玻璃幕墙概述及节能措施
在世界能源紧张的今天，如何尽可能减少能量损失是建筑师越来越关心的话题。

伴随着玻璃幕墙越来越广泛的应用于建筑上，建筑师对玻璃幕墙及门窗节能技术都是围绕怎样克制；传导、对流和辐射这三种热传递方式展开的。

其核心目标就是减少热量的传递。

而外围护结构节能技术的主要衡量指标是：传热系数和遮阳系数。

1．1 玻璃节能评价参数
对流、辐射和传导是热量传递三种常见形式，玻璃除了具备三种形式外，还可以被太阳光辐射穿透。

能量传播参数主要有：传热系数k值、太阳能透过率、相对热增益等。

k值：是传导热、对流热和辐射热的函数，指的是热量在透过玻璃在单位面积、单位时间、单位温差内所传递的焦耳数，单位为。

k值越大，能量透过玻璃的损失越大，能耗也越大。

太阳能参数：太阳能参数一般有三个概念如下表1
表1 太阳能参数
太阳光穿透玻璃后，根据玻璃材料不同，传递的能量一是穿透玻璃通过的能量；二是被玻璃吸收转化为热能后部分进入室内。

(3)遮蔽系数（sc）：条件一定的情况下，太阳能透过玻璃组件的量与透过3毫米厚透明平板玻璃热量的比值，遮蔽系数越大，对太阳辐射能量遮蔽性能越差。

(4)相对热增益：条件一定的情况下（温差为15℃），透过玻璃的传热加上太阳的辐射热630w/可与遮蔽系数的积。

公式表示如下：q=
建筑物所在经纬度、季节、太阳光与玻璃夹角决定了玻璃的热增益，简单归结主要因素为遮蔽系数和玻璃材料的隔热能力。

当太阳能无法辐射到玻璃时，只有用k值衡量玻璃保温能力。

1.2 建筑节能玻璃的性能及选择
目前我国节能玻璃主要有吸热玻璃、中空玻璃、真空玻璃等。

吸热玻璃：通过金属离子对太阳能进行选择性吸收，分本体着色和表面镀膜两大类。

吸热玻璃在太阳光射入时，将光能转化为热能，热能再以导热、对流、辐射等形式散发出去，削弱了太阳热能进入室内的热量。

中空玻璃：由于玻璃内部存在一个封闭区间，空气无法对流，并且空气的导热系数仅是玻璃的1/27，因此，中空玻璃在隔热和节能上都具有较好的效果。

根据地区不同对中空玻璃要求也不同，居住区对隔音效果要求较高；高寒区对玻璃的保温效果要求较高，高层建筑，要求中空玻璃面积小点，以减少风力压力。

真空玻璃：通过将玻璃板上下两片图上焊接玻璃或有机粘接剂、低熔点金属等，经过高温加温去除有机物，用格子状支撑物围成四周封闭。

再合适位置用真空泵抽成真空，边形成真空玻璃。

其原理和保温瓶原理一样，
对玻璃的选择，对于建筑节能有着重要意义。

太阳辐射的特点是：可见光波长短(380≤λ≤780 nm)，热量小；红外线波长长(λ>780 nm)，热量大。

所以玻璃材料应尽量让短波可见光透射而让长波辐射热反射出去，这样在减少夏季空调负荷的同时又不至于降低采光效率。

一般来说炎热地带或者气温较高地区，适合采用吸热玻璃或热反射玻璃；过渡地带适合采用中空玻璃；寒冷地带多采用低辐射玻璃。

低辐射的中空玻璃，由于综合性较好，可以再有条件地区使用。

2节能型玻璃幕墙的设计原则
尽管我国地域面积广大，地区差异较大，环境的差异对建筑玻璃幕墙的要求也各不相同，但节能型玻璃幕墙基本性能指标大致相同：保温隔热和气密性。

对玻璃幕墙选择时应建立在充分分析建筑周边环境（采光性、温度、气候特征）的基础上，针对建筑特点，综合处理通风和热交换关系、隔声关系、气密性、水密性和传热关系，这个过程不是单一指标如k值能够解决的。

因此，玻璃幕墙设计过程中应遵循以下原则：
（1）科学性
全面考虑分析建筑功能、性能等因素，科学选择合理的构造和材质。

建筑区域的气候特征、建筑选材的传热系数、玻璃的导热系数等都影响着幕墙得传热系数。

（2）经济性
建筑节能不应仅仅考虑玻璃幕墙，玻璃幕墙只是建筑节能的一个方面，应从建筑整体出发，使经济和节能有机结合，才能真正体现建筑节能的真实意义。

（3）适用性
根据地方特色、标准和要求，国家相关节能政策规定，恰当处理节能和舒适度关系。

(4) 玻璃幕墙的传热途径大致分为3种：a）幕墙表面与周围空气对流换热，与外界环境辐射换热、与光线各种长波（电磁波、红
外线）辐射换热；b）幕墙内表面与室内空气对流换热，与室内环境辐射换热；c）幕墙通过单层玻璃、各金属框热传递。

3玻璃幕墙对建筑节能的影响
通过对玻璃幕墙的分析，可以看出幕墙对建筑能耗影响主要有：
①玻璃幕墙对冬季采暖，夏季空调使用温差传热的影响。

②玻璃材料对太阳辐射削弱作用对室内热量传递的影响。

对于夏季太阳辐射穿透玻璃传入室内，增加了空调制冷负担，和电能消耗，因此选择能够削弱太阳辐射和减少温差传递的玻璃材质是降低能耗的主要途径。

对于我国南方地区，由于纬度较低，夏季受到太阳辐射强度较大，透明面积占据建筑面积越大，建筑能耗就越高，因此，窗口或透明幕墙应多采用遮阳及严格控制热工性能等措施。

4建筑玻璃幕墙节能措施
通过对幕墙热值系数k、遮蔽系数等因素的分析，节能措施归结如下：
（1）降低传热系数k
玻璃传热系数是传导热、对流热、辐射热综合函数，是三者的综合表现，通过减小玻璃、金属框架的传热系数，结合热反射玻璃、中空玻璃处理技术，可以减小k值，减弱太阳辐射。

关于金属框架传热系数，可以选用导热系数较大的材料应用于幕墙建造。

随着技术的发展，隔热断桥型材已被普遍引入，并在减小金属框架传热系数上起着重要作用。

(2)处理好遮阳系数
针对我国地域区别，《公共建筑节能设计标准》gb50189对于幕墙热性能要求也不相同。

如我国寒冷的北方，建筑采暖是建筑主要能耗，仅仅对玻璃的传热系数提出了要求，忽略了遮阳系数。

实际生活中，寒冷地区，遮阳系数越大，建筑的采温能耗和照明能耗越低。

因此，寒冷地区在要求传热系数的同时，也应考虑到遮阳系数。

对于炎热的南方地区，建筑能耗主要是空调制冷，《公共建筑节能设计标准》gb50189对于遮阳系数有明确的规定，通过采用热反射玻璃、彩铀玻璃等均可达到降低遮阳系数的目的。

但具体方式的采用还应结合实际情况，综合考虑。

（3）加大幕墙气密性
建筑设计的通风性，在玻璃与框架连接处或玻璃周边密封处的空气渗透，均能造成空气气流的流动，幕墙气密性的增强能有效减少热能耗。

玻璃之间通常采用耐候硅酮胶密封加强幕墙气密性，金属框和玻璃之间通常采用结构硅酮胶粘结。

5江门市江银大厦事例
江门市（南方城市）建银大厦，建筑面积46000㎡，楼高23层，原没有考虑玻璃幕墙节能设计，玻璃幕墙采用单片蓝色玻璃，白色铝合金框；冷水机组采用2台700ｔｒ和1台1100ｔｒ，共2500
ｔｒ。

供电总视在容量5200ｋｖａ，选用2台1000kva及2台1600kva变压器。

业主考虑到电力增容费用和日后使用电力成本，
要求设计单位按玻璃幕墙节能设计；通过重新设计，建银大厦采用钢化夹胶中空low-e镀镆玻璃，遮阳系数≤0.5，内片采用透明清玻璃，东西方向尽量降低透光率；层间梁处因为结构梁，无透光要求，外层采用断热型的金属明框，减少金属型热桥，内层间用50mm 厚防火保温棉进行节能密封，选用抗老化性能好的硅酮密封胶及三元乙丙橡胶密封胶条,确保幕墙密封性满足节能密封要求，保证其节能效果。

通过幕墙节能设计，空调设计也从2500冷吨减少为1500冷吨，冷水机组用2台600ｔｒ和1台300ｔｒ，供电总视在容量由5200ｋｖａ减少为3600ｋｖａ，采用了2台800kva及2台1000kva变压器。

项目落成使用1年后，各项指标达到设计和使用要求，业主虽然增加幕墙造价一倍，但同时也减少电力增容费用和空调设备安装费用以及日后用电成本。

6结语
玻璃幕墙巧妙实现了使用功能与装饰功能融合，越来越多的被用于公共建筑，虽然能提供良好采光和视觉效果，但不利于建筑节能。

减少阳光的直接照射，避免室内过热，是建筑防热主要措施之一，尽管研究建筑材料的科技人员做了不少的努力，但仍然难以找到理想的材料来解决这一问题。

降低开窗率、外遮阳和玻璃遮蔽是外墙节能的主要措施。

虽然前期节能措施增加投资成本，但是后期节约的能源很好的弥补前期的投资。

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