节能技术在建筑幕墙设计中的运用

张龙海，董业廷，许方辉

（中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250100）

0 引言

近年来，建筑行业逐渐认识到“绿色”“节能”的重要性，在设计阶段也得到体现。建筑幕墙设计中应用节能技术，也可以达到经济性的目的。实际上，在建筑幕墙设计阶段，最主要的是优化建筑外结构，保证外观装饰性，延长使用期限。幕墙的设计与应用必然带来大量的资源损耗，是节能性目标实现最关键的影响因素。现阶段建筑设计行业确定了绿色、节能的发展理念，节能技术是建筑幕墙设计的关键因素，要在设计环节发挥优势，减少资源与能源损耗。

1 工程概况

某写字楼工程采用框架-剪力墙结构，建筑总层数为13层，建筑高度为39m，建筑面积为4.56万m2，抗震烈度设计为8度，属于高级办公建筑。前期设计阶段针对该建筑外立面、西立面进行幕墙设计，其中西立面进行铝合金隔热窗设计，面积为1 285m2，外立面分别进行隐框玻璃幕墙、干挂石材幕墙和铝塑复合板的设计，面积分别为5 200，5 500，1 900m2。按照设计要求，本次写字楼工程的幕墙设计需达到节能目标要求，为此展开如下讨论。

2 建筑幕墙节能设计要求

建筑幕墙设计工作需要提前分析附近环境，了解环境温度、光照与气候条件，关于建筑物所在朝向、高度与功能，也需要体现在节能设计中。选择节能技术时，应搭配施工技术共同分析，总结建筑幕墙设计可能存在的影响因素，重点关注采光、遮阳、传热性与水密性等性能，创建幕墙设计状态指标。建筑幕墙的节能设计要综合考虑当地气候，根据设计标准、幕墙功能和性能，科学选择形式、材料、构造。在设计过程中，将幕墙当作建筑物的一部分，与设计人员、暖通项目负责人实时交流，避免出现专业方面的问题，保障建筑幕墙设计质量。

3 建筑幕墙节能设计的材料选择

科学选择节能材料是建筑幕墙设计的关键环节。常见的幕墙材料有玻璃、型材等，考虑到节能要求，挑选材料时还要注重节能环保。如果选择节能型玻璃，该材料是建筑幕墙非常重要的材料，因为涉及的热交换面积较大，所以节能设计非常关键。关于节能型玻璃的选择，应该按照玻璃实际位置进行判断。例如，建筑朝向南、接受日光照射时间较长，需要通过玻璃阻隔太阳辐射，达到降低空调负荷的效果。基于此，建议玻璃选择的重点放在吸热性强、热反射性强2个方面，如中空玻璃同时具备这2项优势；如果建筑地处于冬季较为寒冷的北方，要选择热传导控制能力好的玻璃，辐射比较低。

节能型玻璃按照不同的形式有5种，即阳光控制镀膜玻璃、夹层玻璃、低辐射玻璃、中空玻璃、真空玻璃。

1）阳光控制镀膜玻璃 基于常规玻璃进行镀膜，通过金属化合物膜增强玻璃的色泽与美观性，还可以起到控制太阳光射入室内的作用，降低空调负荷。如果采用该类型玻璃，所带来的透射率、反射率也比较好，有效吸收紫外线，保证室内采光和透视度。

2）夹层玻璃 夹层玻璃具有良好的韧性，由2片以上的玻璃组成，属于复合型玻璃。夹层玻璃包含中间层、外表层，中间层制作采用透明有机材料，对工艺有非常高的要求，需要保证抗震性与抗冲击性，即便受到冲击也可以抵抗外部冲击对室内环境舒适度造成的干扰。

3）低辐射玻璃 低辐射玻璃可见光度、透光率良好，可有效阻隔红外线，在隔热、室内采光与节能等方面均有较明显的优势。冬季保证室内热量与温度，夏季杜绝太阳光辐射至室内，同时保证节能性与经济性。

4）中空玻璃 中空玻璃是由2片以上玻璃组成，密封胶可以将组合玻璃之间的空间隔断，起到隔声、隔热的作用。除此之外，中空玻璃质量轻、负载小，有助于减小建筑负荷。

5）真空玻璃 应用支撑物分离玻璃，附近全部密封，从而在玻璃内形成真空层。换言之，真空玻璃是将中空玻璃内部空气抽走之后，使对流、传导传热消除，以此达到隔热效果。真空玻璃空腔有限，中间支柱分布均匀，相较其他种类隔热玻璃，其制作工艺繁琐，加上有分割支柱存在，必然会对实际应用的美观性带来影响。

除了玻璃这一重要材料外，铝合金断热型材也十分关键，主要起到支撑龙骨作用，与普通铝型材相比，具有良好的节能性。如果幕墙设计选择隔热断热铝合金型材，隔断塑料导热系数有限，设计环节的持续性隔热区域，需要应用到隔热条分割铝合金结构。实际上这种隔热条导热系数较小，对比铝合金，两者的力学性能却相同，以免因为热胀冷缩出现铝型材和隔热条脱落的现象，有效承受外部环境压力作用。

4 建筑幕墙设计中的节能技术与应用

4.1 光电幕墙技术

光电幕墙可以同时保证美观性、隔热、发电、隔声等多种功效，既能够满足人们对幕墙的使用需求，又具有智能性。结合光电幕墙技术的应用经验，可以将其作为太阳能光电池技术，建筑幕墙设计阶段，尤其是光电幕墙的设计，要加强抗震性、抗压性、抗风性，以保证建筑幕墙及建筑物安全。另外，设计阶段针对幕墙外观的美观性、水密性、气密性、隔声性与保温性等，也要结合实际设计要求予以强化。幕墙骨料内有大量空腔，将墙面、幕墙技术与太阳能光电技术充分融合，便可组建功能型幕墙。

4.2 节能百叶技术

建筑幕墙设计中，节能百叶技术应用最普遍，可有效降低室内空调负荷，调整太阳光照射，保证室内居住舒适度。然而，节能百叶技术主要采用百叶这一材料，该材料的节能效果有限，并且会在应用中影响建筑幕墙的美观性。

4.3 双层幕墙技术

建筑幕墙设计中的双层幕墙由内、外两层幕墙组成，利用相关装置加强保温、隔热与通风等效果。目前在建筑幕墙设计中，双层幕墙技术会应用封闭、敞开式的结构，搭建缓冲空气空间，加强室内温度调节的有效性与灵活性。除此之外，双层通风幕墙技术也是其中一种设计技术，包括两层幕墙，同样分为内、外两层。内层为具有断热、隔热性能的明框幕墙，外层为单层玻璃、非断热型材组成幕墙，内、外层中间部位空间有热通道，处于相对封闭状态，始终和内层幕墙的外表面进行热交换。即使冬季气温低，通风层关闭进、排风口之后，换气层也可以在阳光照射下提升室内温度与内层玻璃温度，达到减少建筑热能耗损的目的。待天气回暖，再将换气层风口打开，排除通风间层热量，使内层玻璃外表面温度降低，也可以减少能源消耗。

4.4 生态幕墙技术

数字化时代，建筑幕墙节能技术的种类越来越丰富，生态幕墙技术具有技术性、人性化的特点，在幕墙设计中得到广大设计者的青睐，能够了解人们的生活需求，在建筑幕墙设计中深入融合，加强环境舒适度。应用生态幕墙技术，在设计中需要增设生物气候缓冲层，避免对周围环境质量带来影响，也有利于节省资源。

4.5 太阳光变向照明技术

建筑领域使用可再生资源，已经成为节能目标要求下的一项有效举措。建筑幕墙设计中应用节能技术，也可以利用太阳能替代其他设计能源，达到节能环保效果，并且可以减少因幕墙设计导致的环境污染问题。建筑幕墙设计过程中，采用太阳光变向照明技术可以代替遮阳技术，以免遮阳技术中幕墙发挥反射作用，使太阳光线进入室内，反射至室内天花板、功能区，不但会对室内照明环境带来直接影响，还会降低居住舒适度。太阳光变向照明技术可保证照明效果，采用的照射方式也更加柔和、均匀，无须大量电能消耗。

例如，建筑幕墙设计采用遮阳系统，将部分太阳光阻隔在室外。如果室内房间朝阳，则设计遮阳系统便可以很好地达到节能、隔热的效果。若太阳光直射至室内，一方面会增加空调系统运转负荷，另一方面还会降低环境舒适度。利用遮阳系统，在确保室内良好采光条件的基础上，有效降低空调设备运转带来的能源消耗。设计人员将遮阳系统和建筑幕墙设计结合，可以选择垂直、水平、挡板等多种遮阳方式，按照建筑功能、周围环境条件等优化设计方案，精准计算建筑幕墙各项参数，可以提高建筑幕墙的节能性。

5 结语

新时代，建筑行业面临节能环保这一要求，建筑幕墙设计也要设定节能目标，减少幕墙材料、技术等带来的能源耗损。采用节能技术，既可以保证建筑幕墙的美观性、功能性，又能减少能源消耗，避免对周围环境带来影响，符合建筑行业可持续发展要求。