绿色节能技术在门窗幕墙设计中应用研究

邵男男

摘要：当前大型公共建筑中幕墙结构的应用比较常见，而窗又与我们生活息息相关，其结构不仅带有装饰作用，在绿色节能设计方面有着较高的应用价值。基于此，本文以门窗幕墙设计作为研究对象，阐述了绿色节能设计的原则，分析了门窗U值影响因素以及提高门窗热工性能的优化措施。通过保温隔热材料、遮阳系统以及双层玻璃幕墙的应用，论述了如何将绿色节能技术与门窗幕墙设计进行有效结合。

关键词：绿色节能技术;设计原则;门窗U值影响因素

现代化城市发展进程中，建筑整体结构设计应遵循绿色节能的设计原则，而幕墙结构属于一种围护结构，在提升公共建筑美观性的同时，使公共建筑的外形设计和视觉感受具有现代感。公共建筑幕墙设计可以突出绿色节能效果，无论是保温隔热材料的应用还是智能玻璃材料的利用都能有效减少城市光污染问题。

1 公共建筑幕墙绿色节能设计的原则

分析公共建筑幕墙绿色节能设计应遵循的原则，具体如下：

1.以当地气候条件作为幕墙结构设计的重要参考依据。气候条件不同，对建筑绿色节能效果也会产生不同的影响，在幕墙结构设计时需要考虑建筑朝向、高度、倾角等内容，按照外界自然条件变化优化幕墙结构的采光、通风与遮阳效果，从而尽可能的提升幕墙结构的绿色节能效益。

2.根据公共建筑的自身结构特点，保证幕墙结构与建筑主体结构相互协调，保障幕墙结构安全可靠，防止二者之间发生冲突与矛盾。设计师需要重视对公共建筑的整体结构设计，在了解主体结构的基础上完成幕墻结构设计，提升该环节的绿色节能水平。

3.兼顾美观性的原则。也就是说，幕墙结构绿色节能设计也要重视公共建筑的外部美观性，不能过于追求节能而导致幕墙结构缺乏艺术性。要求设计人员在幕墙结构设计时兼顾艺术性和实用性，努力在绿色节能与美观中之间找到平衡点。

2 绿色节能技术在公共建筑幕墙设计中的应用

2.1 保温隔热材料的应用

公共建筑幕墙结构设计，应优化对材料的选择，尽可能使用具有保温隔热性能的材料，规避后续公共建筑出现的能耗损失问题，突出建筑物的节能效益。从选择幕墙结构框架材料开始，应用铝合金材料或其他带有隔热性能的骨架材料，防止材料连接处出现热量损失。优选玻璃材料，比如热反射镀膜玻璃，这一材料应用后可以反射太阳光，避免建筑物内部受到强烈太阳光的影响。选择低辐射玻璃可以形成对建筑物的保护，同时防范红外线。使用封闭式内循环双重玻璃幕墙系统，或者使用敞开式外循环双层玻璃幕墙系统，提升玻璃幕墙节能保温性能。

在各类现代化公共建筑中，大范围使用玻璃幕墙已成为建筑设计的流行趋势，由于玻璃幕墙具有美观效应和艺术效果，且玻璃幕墙所消耗的能源只占普通材料的五成，因此选择节能保温材料有利于提升玻璃幕墙结构的节能效果。当前国家相关标准对于窗户的隔热与保温性能设计在指标从以往的23%提升到37.5%。设计师应重视对玻璃能量传递参数，了解不同玻璃材质的光辐射导热效果。断热材料的应用可以起到隔绝噪音、提升节能性能的作用，比如带有尼龙结构的断热铝型材料，基于该材料研发出隔热断桥穿条设施，经过穿条断桥连接方式，将经过氧化处理的银白料、着色料、彩色喷涂料、砂面料连接，全方位提升断热材料的美观度。

2.2 玻璃幕墙的应用

2.2.1 中空玻璃

中空玻璃是建筑中使用最广泛的玻璃之一。其具有良好的的保温、隔声等性能，并且成本不是很高，是设计师最青睐的选择。具体而言，中空玻璃是指由两片及两片以上玻璃组成，使用粘结剂粘结的玻璃。中空玻璃热传导效果高于空气27倍，但是对于当代大多数建筑而言，中空玻璃性能仍需进一步提高。高性能中空玻璃由此产生，它不仅可以满足采光、保温需要，还能够确保室内温度舒适，且具有较高节能价值。

2.2.2 遮阳性玻璃幕墙

对于公共建筑的幕墙结构设计，为了进一步提升建筑节能效果，还应充分提升幕墙的遮阳作用。应用具有自动遮阳效果的玻璃能够帮助建筑阻挡太阳光对室内的辐射，维持室内拥有舒适的空间，防止温度失控给建筑带来能源浪费问题。夏季天气炎热，为了达到对公共建筑的遮阳，应做好室内温度调控，降低空调使用率，可以在建筑幕墙结构融入遮阳系统，根据当地气候条件将幕墙结构设计为垂直式或者水平式，合理利用遮挡材料提升对太阳光的遮挡效果。图1中的建筑位于奥地利，它开辟了公共建筑智能遮阳的新模式，这是由Ernst Giselbrecht和美国知名社交媒体Mashable共同设计的一座Kiefer Technic Showroom。

以该公共建筑外墙为例，其使用了实心砖材料设置外部保温系统，墙立面安装了电动多孔铝遮光板。整个建筑幕墙结构的外遮阳系统由56个电机一同控制，从而达到建筑采光、遮阳以及节能目的。外立面采用了单元式设计，遮阳板能够像折纸一样独立展开或者合拢，整个遮阳系统从闭合状态到通透展开状态的转化只需30s，可以根据每天不同时间与温度智能移动，雨天时遮阳系统关闭，通风系统打开;正午阳光较强，遮阳板完全关闭，随着阳光的减弱，遮阳板开合角度自动改变，让室外自然风进入室内，实现对室内温度与亮度的个性化调节。

2.2.3 双层幕墙

双层玻璃幕墙是根据公共建筑的通风层具体情况构成的，主要分为敞开式外循环双层玻璃幕墙与封闭式内循环双层玻璃幕墙两种，这种玻璃幕墙外部表层是全方位封闭的，中空钢化玻璃和断热型材料构成了整个结构，内部还包含钢化玻璃结构的开启窗。在双层玻璃内层和外层之间具有一定的通风区域，该区域厚度为120mm-200mm，通风区域与吊顶处的暖通系统、排风管道相连，使整个公共建筑拥有自上而下的空气循环系统。公共建筑内部空气可以经过内部玻璃通风装置到达通风各层，夏季白天时建筑内的热空气可以被排放到外部，冬季时因温室效应而产生的热量会依靠管道回路作用被重新传递到公共建筑内部，提升公共建筑节能效率。应用双层幕墙，给人舒适的体验感受，但是其存在技术复杂、造价高等不足，有待实践中不断优化。

3 影响U值元素分析

3.1 隔热条宽度

隔热条截面高度从14.8mm增加至24.0mm时，型材节点的传热系数从3.28W/m?K降低至2.64W/m?K，降低幅度为0.64W/m?K;若按框窗比30%计算，整窗的传热系数可降低约0.2W/m?K。所以增加隔热条截面宽度可有效改善铝合金窗节能效果。

3.2 多道密封

采用三道密封时，即框扇空腔内部多了鸭嘴胶条，而扇下侧隔热条设计为T形，使用双道密封时模拟计算结果为2.923W/m?K;使用三道密封时模拟结果为2.729W/m?K，降低幅度0.194W/m?K。经热工计算，整窗传热系数降低约0.058W/m?K。

3.3 长尾胶条

使用普通胶条时模拟结果为2.923W/m?K;使用长尾胶条时模拟结果为2.877W/m?K，降低幅度0.046W/m?K。经热工计算，整窗传热系数降低约0.014W/m?K。

3.4 泡沫填充

未使用泡沫填充时模拟结果为2.923W/m?K，使用泡沫填充时模拟结果为2.843W/m?K，降低幅度0.08W/m?K。经热工计算，整窗传热系数降低约0.024W/m?K。

3.5 玻璃垫块

未使用玻璃垫块时模拟结果为2.923W/m?K，使用玻璃垫块时模拟结果为2.777W/m?K，降低幅度0.146W/m?K。经热工计算，整窗传热系数降低约0.044W/m?K。

4 针对江苏省门窗节能趋势探讨

4.1 门窗U值公式及江苏省节能变化趋势

门窗热工的计算公式为：U=Ug*Ag+Uf*Af+ *L/Aw

从公式来看整窗的传热系数也就是我们经常说的U值，主要是通过几个数据来计算的，门窗的总面积、窗框的面积、玻璃的面积、玻璃区域的边缘长度以及窗框的传热系数、玻璃的传热系数、窗框和玻璃镶嵌位置的传热系数。

江苏目前的居住建筑节能要求的门窗U值为2.4 W/m?·K，未来的要求估计为2.1W/m?·K。

4.1.1 改变玻璃配置

可以将5+9A+5双银Low-E的玻璃配置（不充氩气），优化为5+12Ar+5双银Low-E充氩气的玻璃配置，这样我们其他的配置都不要进行更换，就可以将整体优化为2.1W/m?·K。

4.1.2 改变隔热条宽度

可以将24mm系列的的隔热条加宽为29mm系列的隔热条，这样我们其他的配置都不要进行更换，就可以将整体优化为2.1W/m?·K。

4.1.3 改变玻璃中空层

24mm系列不变，而在隔热条型材内以及玻璃周围均添加泡沫;并且在玻璃配置略微提升的条件下（如：将中空层9A优化为12A），也可以使达到整体2.1W/m?·K。

如果我们采用了24mm系列隔热条，5+12Ar+5双银Low-E充氩气的玻璃配置，再将普铝间隔条换成暖边间隔条，整体的门窗U值会是多少呢？2.0W/m?·K！可以适用于更多的区域现在和未来的要求。不需要更改型材的模具和加工工艺！也不需要更改玻璃配置！只需要更换中空玻璃的间隔条便能一步到位。

5 综上所述

门窗幕墙行业发展趋势必定越来越快，新技术、新材料及新的幕墙种类应运而生，可以满足不同环境和需求的建筑要求。前玻璃幕墙已经大范围用于公共建筑的幕墙结构，在提升建筑物美观度的同时，也加大了建筑物的整体能耗。设计师在选择幕墙结构材料时应优选具有节能效果和环保性能的玻璃幕墙，同时优选耗能较小、安全可靠的系统设计。更多的门窗幕墙应注重节能环保要求，绿色建筑门窗幕墙的发展很重要，它对整个建筑都有深远意义。

参考文献：

[1] 葛芳敏.绿色节能技术在公共建筑幕墙设计中的应用[J].建材与装饰，2019（32）.

[2] 梅惠.绿色节能技术在公共建筑幕墙设计中的应用分析[J].门窗，2019（09）.

[3] 张朝霞.绿色节能技术在公共建筑幕墙设计中的应用[J].城市建设理论研究 （电子版），2019（01）.

（作者單位：泰诺风保泰（苏州）隔热材料有限公司上海分公司）