建筑设计中幕墙工程的节能与排烟做法初探

王超 蒋敏

摘 要 在现代建筑设计中，幕墙的节能设计与防排烟设计是对建筑外立面影响最大的重要方面，本文从建筑要求出发，总结节能设计的原则、目标及要求，同时总结幕墙设计中针对不同要求的较常用的做法。

关键词 幕墙;高层建筑;节能;排烟

概述

近几年，国家连续发布了几部节能及防排烟方面的设计规范，如《民用建筑热工设计规范GB50176-2016》《公共建筑节能设计标准GB50189-2015》《建筑防烟排烟系统技术标准GB51251-2019[3]》，对建筑幕墙的设计细节产生了巨大的影响。在新的要求下，如何使幕墙的设计满足节能与防排烟要求显得尤为重要。

1节能与防排烟对幕墙的要求

节能要求：对于建筑经常使用玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙而言，玻璃幕墙主要考察采光、遮阳、通风及保温性能，金属幕墙、石材幕墙主要是考察保温性能。

排烟要求：主要考虑使用空间的防排烟要求，如果是机械排烟，则不要求立面开启，如果采用自然排烟，则需要考虑窗扇开启[1]。

2建筑幕墙对自然光相关的要求

（1）采光。处于减少白天的照明能耗要求，希望对自然光加以利用。规范规定了，在不同窗墙比的情况下，透光材料（主要是玻璃）的可见光透射比，以保证白天室内的可见光的强度。对于我们常见的全玻璃幕墙建筑，玻璃的可见光透射比不应小于 0.40。

（2）遮阳。有光就有热，为了保证白天室内的可见光的强度，而加大太阳光的获得，也就意味着室内温度会升高，对于无采暖要求的季节，过多的太阳光会造成空调制冷的压力，因此太阳光不是越多越好，我们要有选择的接受太阳光。由于太阳光中可见光部分的能量和不可见的太阳辐射热的能量约各占一半，遮阳的作用就尽量较多的过滤不可见的太阳辐射热，保证适度的可见光。遮阳的主要措施有两个：一是在透明材料上做文章，一是在附加遮阳构件上做文章;在实际的工程案例中，通常是两种措施并举，主要有以下几种：

1）玻璃的遮阳性能。在玻璃幕墙中，玻璃的面积通常是较大的，因此，通过改变玻璃的光学特性来实现对太阳能辐射的选择性屏蔽，从而达到环保节能效果，是一种常用的手段，市场上较常用的主要有反射/镜面玻璃、有色玻璃、光谱选择透过性玻璃、透过率可调玻璃几类：

反射/镜面玻璃（单向玻璃）、有色玻璃：在20世纪末，市场上出现了大量的单向玻璃、有色玻璃的建筑物，其通过反射和吸收太阳光的方式，实现了遮阳效果，但由于光污染、偏色等原因，逐渐被淘汰了。

光谱选择透过性玻璃：这种技术实际上包含Low-E玻璃、热反射玻璃等技术，是通过在玻璃表面镀膜，使得可见光透过玻璃进入室内，不可见的太阳辐射被过滤。这种玻璃是现在市场上主流的产品。

透过率可调玻璃：这种可调玻璃可以在热、光和电流变化的情况下，致玻璃变色，实现对太阳辐射能量的有效控制，从而满足节能要求。由于价格原因，透过率可调玻璃现在市场上的使用案例并不多。

2）外遮阳。建筑外遮阳，就是使用不同的室外构件，挡住了光线的直射，同时又保证室内的采光，达到良好的节能效果。关于建筑外遮阳的种类是比较多的，主要有遮阳膜结构、遮阳篷、室外软/硬卷帘、格栅、金属百叶/翻板。

3）玻璃复合遮阳。玻璃与百页复合的遮阳系统是对传统百叶遮阳的综合改进。利用中空玻璃的空腔设置遮阳帘，并且能实现变化控制。

3建筑幕墙空气调节与排烟要求

本文主要考虑自然通风和自然排烟。按规范要求，自然通风的房间设可开启窗扇的有效通风换气面积，不宜小于所在房间幕墙面积的10%，自然排烟的房间设可开启窗扇的有效排烟面积不应小于所在房间面积的2%。

（1）通风开启扇。不同的开启窗扇的形式，其有效的通风的计算方式不一样，大致可参考《建筑设计防火规范 GB50016-2014》 （2018年版）规定的排烟计算方式。

（2）幕墙通风器。近年来，为了便于管理，有部分的高层建筑幕墙被设计成为无开窗的空间，与之匹配的，出现了相关的幕墙通风器产品。有电动的和自然的两类，本文主要说自然通风器，常见的便于隐藏，有水平、竖向通风器等，均需内设风压自平衡装置，可以在极端天气自动关闭，主要要便于利用幕墙构件实现隐藏的效果。

（3）通风双层幕墙。双层幕墙利用气压差、热压差和烟囱效应的原理。双层幕墙之间的空气可有序流动和交换。双层幕墙包括幕墙外层、幕墙中部空间和幕墙内层表面外层抵制天气的变化并提高隔声能力。

（4）排烟开启扇。与通风不同，通风窗可以开在建筑的任何高度，但排烟窗要求应设置在储烟仓以内，且高于最小清晰高度要求。有效的开窗种类有平开窗、下悬窗、推拉窗、平推窗等，其有效的通风的计算方式，参考《建筑设计防火规范 GB50016-2014》 （2018年版）规定的排烟方式即可。对于不能方便开启的，还需设置电动开启装置[2]。

4建筑幕墙的热工设计要求

（1）框架材料。通常情况下，采用铝合金材料及钢结构，由于金属材料的导热系数均比较大，因此会有热桥现象。对于室内外温差较大的区域，可以选用断热式铝型材，降低空调能耗损失，提高节能效果。

（2）中空玻璃。由于单片6mm厚的玻璃其k值约在5.7左右，作为幕墙玻璃，其节能效果不是太理想。使用两片（或三片）复合成中空玻璃，其保温性能将大大优越于普通单层玻璃，常见的双层中空玻璃的K值约为1.8～2.7之间。

（3）封堵材料。幕墙体系门窗与墙体间竖向缝隙、金属幕墙与砌体基墙的空腔一般用封堵保温岩棉或玻璃棉封堵，有防火要求的还要求使用防火岩棉。

5结束语

通过对建筑节能的要求、常用建筑做法、幕墙材料的性能、进行资料收集和研究，并对建筑幕墙构造及节能做法进行总结，得到初步的系统的建筑幕墙节能做法，有利于未来的项目实践。

参考文献

[1]《建筑设计防火规范》图示18J811-1（2019修正版）[EB/OL].http：//gf.1190119.cn/list-1013.htm.

[2] 建筑設计防火规范：GB50016-2014（2018年版）[S].北京：中国标准出版社，2018.

[3] 建筑防烟排烟系统技术标准：GB51251-2019[S].北京：中国标准出版社，2019.