淺談建筑節(jié)能中 幕墻的設計方案

    建筑幕墻作為建筑的外圍護結(jié)構(gòu)，其熱工性能直接影響建筑能耗�，F(xiàn)在廣泛使用的單層玻璃幕墻，雖然逐漸采用熱反射鍍膜玻璃、中空玻璃、斷熱型材等其他節(jié)能材料，在熱工性能方面比過去的門窗有所改善，但仍然存在能耗較大問題。

    雙層玻璃幕墻是由內(nèi)、外兩層玻璃幕墻組成，兩層幕墻中間要形成一個通道，同時外層幕墻設置進風口和出風口。外層幕墻一般采用隱框、明框和點式玻璃幕墻，內(nèi)層幕墻一般采用明框幕墻或鋁合金門窗，如圖1。

    雙層幕墻的節(jié)能是指幕墻在夏季利用“煙囪效應”，通過自然通風換氣，降低室內(nèi)溫度；在冬季能產(chǎn)生溫室效應，提高保溫效果，降低取暖能耗。雙層幕墻在夏季的陽光照射下，幕墻通道中的空氣被加熱；使空氣自下而上地流動，從而帶走通道中的熱空氣，達到降低房間溫度的作用。另一方面，由于雙層幕墻的特殊結(jié)構(gòu)，本身就具有一定的遮陽功能，可減少陽光對空氣的輻射，降低房間溫度，減少降溫負荷，起到節(jié)約能源的目的。在冬季，雙層幕墻可關(guān)閉外層幕墻的通風口，這樣幕墻內(nèi)部的空氣在陽光照射下溫度升高，減少室內(nèi)和室外的溫度差，也減少了室內(nèi)溫度的外界傳遞，起到房間保溫功效，降低房間取暖費用，如圖2。

    3. 幕墻耗能的計算公式

        ΔQ=(Q單 - Q雙)/Q單（1）

        式中：ΔQ——雙層幕墻的節(jié)能百分比，%；

        Q單——單層幕墻單位面積總耗能量，W/㎡；

        Q雙——雙層幕墻單位面積總耗能量，W/㎡。

        Q=Q墻+Q漏+Q通（2）

      式中：Q漏——單位面積幕墻空氣滲漏平均耗量，W/㎡；

        Q墻——單位面積幕墻材料單元平均耗能量，W/㎡；

        Q通——單位面積幕墻通氣換氣平均耗能量，W/㎡。

        Q墻=(t外- t內(nèi))(6miξiKiFi)P6miFi （3）

        式中：t外——室外平均計算溫度，K；

        t內(nèi)——室內(nèi)平均計算溫度，K；

        ξi——傳熱修正系數(shù)；

        Ki——不同材料單元的平均傳熱系數(shù)，W/m2·K；

        Fi——不同材料單元的面積，m2。

        Q漏=(t 外- t 內(nèi))(CPρAW2/3)F （4）

        式中：CP——空氣比熱容；

        ρ——空氣密度，kg/m3；

        W——計算風荷載，Pa；

        A——幕墻計算單位單位壓差和小時的漏氣量，m3/h·Pa3P2；

        F——幕墻計算單元的面積，m2。

        Q 通=(t外- t內(nèi))(CPρvT)/F （5）

        式中：V——單位時間內(nèi)通風換氣平均流量，m3/h；

        T——換氣通風時間，h。

    4. 雙層幕墻的節(jié)能設計方案

    從公式(1)可見，提高雙層幕墻節(jié)能的有效措施是減少幕墻的總耗能量。從公式(2)又可以看出，減少幕墻總耗能量有三個方面的因素。

    4.1 減少單位面積幕墻材料單元平均耗能量

    自然的熱傳遞方式為導熱、對流和輻射。雙層幕墻的傳熱是在室內(nèi)和通風道，以及通風道和外界之間進行，而外層幕墻的通風始終敞開，因此，解決導熱和輻射的關(guān)鍵是內(nèi)層幕墻的方案設計。

    4.1.1 內(nèi)層幕墻的導熱途徑

    （1）幕墻框架。內(nèi)層幕墻可用隱框、明框或鋁合金推拉窗等幾種形式。隱框玻璃幕墻的框架全部在室內(nèi)，無導熱問題，但其造價較高，一般很少采用。為降低幕墻制作成本和維護方便，內(nèi)層幕墻多采用鋁合金推拉窗，而鋁合金的導熱系數(shù)λ選取2.3(W/m2·K)，所以為減少幕墻框架的導熱，應采用斷熱塑鋁合金型材。斷熱型材的塑料連接件其λ為0.14，基本阻止了幕墻框架的導熱。

    （2）幕墻面板玻璃。玻璃是非金屬材料，雖然它的導熱系數(shù)僅為0.8~1W/m2·K，但內(nèi)層幕墻采用的玻璃比較薄，一般選用6~8mm，其自身熱阻R非常小，而玻璃面積占幕墻面積的70%左右，對室內(nèi)溫度的影響還是很大的，所以應采用真空玻璃，見圖3。

    4.1.2 輻射對幕墻的影響

    輻射對幕墻的影響主要表現(xiàn)在白天外界熱量對室內(nèi)的輻射和夜晚室內(nèi)熱量向外界的輻射。南方地區(qū)為減少太陽對室內(nèi)的輻射，可在幕墻通道內(nèi)設置電動百葉卷簾，通過百葉卷簾將陽光輻射擋在室外。而在北方寒冷地區(qū)，應采用LOW- E中空玻璃，既將白天的太陽熱能傳遞到室內(nèi)，又可在夜晚阻止室內(nèi)熱量向外散發(fā)，提高房間的保溫性能。

    4.1.3 對流對幕墻的影響

    影響幕墻保溫性能的另一因素是對流，如何合理地使用對流是雙層幕墻設計的關(guān)鍵因素之一。比如在夏季，一方面是阻止熱空氣傳遞到室內(nèi)，另一方面，又要求幕墻通道產(chǎn)生空氣流動，將室內(nèi)空氣熱量帶走，見圖4。解決這一問題的方法：①在通道中設置電動百葉卷簾，將外界熱量擋在室外，同時又不影響通道的空氣流動；②合理設計空氣通道尺寸，使通道自然產(chǎn)生煙囪效應，及時將熱空氣帶走，補充新鮮涼爽空氣。一般雙層幕墻的通道寬度在500mm左右，高度不低4000mm，否則煙囪效應不明顯，影響空氣的自然交換。

    4.2 減少單位面積幕墻空氣滲漏平均耗能量

    幕墻的空氣滲漏可通過幕墻玻璃板塊與幕墻框架之間的間隙，玻璃與玻璃框之間的間隙以及幕墻框架與建筑主體結(jié)構(gòu)之間的間隙進行。

    （1）減少幕墻玻璃板與框架之間間隙的最有效方法是采用隱框玻璃幕墻，隱框幕墻玻璃板塊之間打密封膠，形成連續(xù)的沒有間隙的立面。密封性最差的是推拉窗，推拉窗雖然扇與框之間設有密封條，但密封性不是很好，另外在門窗的四角也很難達到完全密封。

    （2）隱框玻璃幕墻的玻璃與玻璃框之間的間隙因外層打密封膠，不影響幕墻的空氣滲漏，只在有框幕墻和推拉門窗才存在空氣滲漏，解決玻璃與玻璃框之間空氣滲漏的關(guān)鍵是密封系統(tǒng)的設計。因內(nèi)層幕墻不存在防水問題，故玻璃與玻璃框的內(nèi)外兩側(cè)均可采用橡膠密封膠條，密封膠條與玻璃接觸的一側(cè)設計成波浪型，能有效地阻止空氣滲漏。

    （3）幕墻框架與建筑主體結(jié)構(gòu)一般都采取填充水泥砂漿密封，對空氣滲漏影響不大，但因水泥砂漿在干燥過程中會有收縮現(xiàn)象，另外，水泥砂漿與金屬框之間的粘合力不高，如處理不好的話，會產(chǎn)生縫隙，造成空氣滲漏。解決這一問題可采用聚氨脂發(fā)泡填充劑，通過聚胺脂的膨脹對幕墻框架和建筑主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的壓力，使密封嚴實。

    4.3 減少單位面積幕墻通風換氣平均耗能量

    幕墻的通風換氣和防止空氣滲漏是一對矛盾，要進行通風換氣就必須有空氣交換，自然產(chǎn)生空氣滲漏。如何科學地解決這一矛盾，是雙層幕墻設計的難關(guān)之一�，F(xiàn)在一些雙層幕墻要求立面通透，視野開闊，內(nèi)層幕墻往往采用推拉門窗形式，但推拉門窗的保溫性能較差，尤其在開窗換氣時，門窗開啟量不好控制，而且一旦開窗，其整個門窗的上下高度方向上全開，對室內(nèi)空氣產(chǎn)生一定的影響，所以最好采用懸窗結(jié)構(gòu)形式。另外，還有一種方法是設置通風器，通風器可安裝在幕墻的頂部，使得控制方便，通風換氣更自然、柔和，使人更加舒適。

    提高雙層幕墻節(jié)能效果的最好方法就是根據(jù)雙層幕墻的特點以熱的輻射、對流和導熱三個方面來降低幕墻的能耗，并合理地利用對流特性，既通風換氣又能降低溫度，合理地利用輻射產(chǎn)生室溫效應，提高房間的保溫性，最大限度地阻止熱的傳導，充分發(fā)揮雙層幕墻的通風換氣、遮陽、保溫，達到節(jié)能的目的。一般雙層幕墻比單層幕墻節(jié)能40~60%，節(jié)能的效果直接與幕墻設計有密切關(guān)系。