摘要:幕墙主要是指悬挂或支承在主体结构上的外墙。广义的幕墙可以包括由任何建筑材料构成的建筑物围护墙,狭义的幕墙专指现代化高层建筑的轻金属或玻璃围护墙。幕墙由镶嵌或悬挂在建筑物钢质或钢筋混凝土框架结构外的无数轻金属或玻璃预制单元组成,因其不承受荷载、大片连接又质轻如幕,故名＂幕墙＂。也有的幕墙采用不锈钢、搪瓷、塑料、轻混凝土等材料制成。幕墙构件在建筑物结构中主要起到围护的作用,不作为主要抵抗外荷载作用的受力构件。本文结合工作实践针对现代建筑幕墙节能中的节能体系、节能新技术、节能设计标准进行一系列的探讨。
关键词:现代建筑幕墙节能体系节能新技术节能设计标准实例分析
中图分类号： TU201.5 文献标识码：A文章编号：
随着经济的发展和社会的进步，玻璃幕墙在建筑上的应用越来越多，在一些公共建筑特别是高层办公楼中，玻璃幕墙几乎成了建筑立面的代言。现代建筑幕墙已不再仅仅是一种简单的装饰性外围护结构，其对于大厦的环保节能性能的影响，已经达到了至关重要的地步。幕墙的环保节能程度也已成为人们衡量幕墙品质的一个重要指标，而节能计算是建筑幕墙节能设计中不可缺少的重要环节。
一、幕墙建筑节能的设计原则
建筑幕墙的节能是在对建筑周边的自然环境，如光线、温度、风压、气候状况等充分分析和了解的基础上，针对建筑本身的朝向、高度、室内功能等特点，通过有效地系统技术和产品对室内环境起到适应和调整的过程。这个过程需要综合多种因素考虑，需要处理多种关系，如隔热和得热、采光和遮阳、通风和热交换的关系，气密性、水密性和传热、隔声的关系等等。这个过程不应仅仅依据于单一的状态指标，如传统的传热系数K值就能够说明和解决的。因此，节能幕墙的设计应遵循如下原则：
科学性：需综合、全面权衡各因素，充分考虑其功能、性能等诸多方面，合理选型（幕墙的型式和窗墙面积比）、选材和构造。
适用性：结合环境因素与项目的具体情况，参照标准规定与地方要求，认真落实国家有关节能政策，同时要处理好建筑低能耗与高舒适度的关系。
经济性：建筑幕墙只是建筑围护结构的一部分，只是建筑节能的一个方面，节能的考虑需全盘考虑，只有达到节能与经济的统一才能体现节能的作用与价值。
二、幕墙节能体系的选用
2.1 双层幕墙技术
以节能环保为目的，近年来幕墙行业在开发新型幕墙结构方面进行了很多有益探索，取得了一些成果。这其中双层幕墙技术尤其引人注意。其节能原理是，循环幕墙由双层玻幕或一层玻幕及一层普通开窗墙体组成，内外两层均上下设置通风口，夏季时打开外层上下通风口，在阳光的照射下，中间空气层温度升高而自然上浮，形成自下而上的空气流，由于烟囱效应带走通道的热量，降低内层表面温度。冬季时，关闭外层通风口，打开内层通风口，夹层中的空气在阳光的照射下温度升高，形成一个小温室有效提高内层玻璃及空气温度，气体自然上浮，与室内形成微量气体循环，提高室内温度，减少热负荷的需求。这种双层玻璃幕墙与传统的单层玻璃幕墙相比，采暖时可以节约能据42%-52%，制冷时可以节约能源38%-60%。
2.2 节能百页技术
节能百页是对传统百叶遮阳的综合改进。由于太阳直射对建筑的冷热负荷有直接影响，冬季的阳光进入室内，夏季遮阳能有效地控制负荷总值。但传统建筑中的百叶或挂于室内，难以高效控制己人室内的热量；或悬于室外，不能形成循环通风道，或多或少地对建筑节能有一定的负面影响。中挂百叶是幕墙改革的一个较好方案，这种百叶幕墙解决了适时调节百叶的角度，以最佳状态达到节能的目的。
三、现代建筑节能设计标准的重要技术参数
3.1 窗墙比：
《公共建筑节能设计标准》GB50189中将窗墙比的上限定为0.7，一般来说，某个立面即使是采用全玻璃幕墙，扣除各层楼板及楼板下面梁的面积(因为楼板及楼板下面梁与幕墙之间的间隙必须设置保温隔热材料)，其窗墙比也不超过0.7。
3.2 传热系数(K)：
K值是门窗传热系数的指标，表示门窗内外温差是10K时，每平方米面积门窗上所流失的能量值，其定义是：
K=Q1/(TO一Ti)
TO⋯ 室内温度
Ti⋯ 室外温度
Q1⋯ 1小时内通过1m2由室外传入室内的热量
3.3 遮阳系数SC
遮阳系数SC，它是玻璃的太阳能总透过率与3mm无色透明玻璃太阳能总透过率的比值，即玻璃的遮阳系数是义为
SC= Q2/0.889
Q2--包括太阳光的直接透射率和玻璃吸收太阳光后以热辐射的形式向室内的二次透射率。
除严寒地区未对Sc做明确量化控制以外，其它三类地区均对门窗的遮阳系数有明确要求。对于寒冷地区而言外遮阳可以不做重点考虑，因为中空玻璃的SC一般在0.8左右，加至窗框的所占整窗比例经综合平均，达到相应要求难度不大，但对夏热冬冷及夏热冬暖地区，SC的要求应予重视。
3.4 体形系数
体形系数是指建筑物外表面积对比整体建筑物的建筑面积的比例。在本标准中，体形系数是严寒、寒冷地区对外门窗K值要求的第二分级标准。由于外表面积比例越大，就会导致建筑传热损失越大，而传热损失对室内外温差最为敏感，所以就冬季室内外温差较大的取暖地区而言，体形系数越大则对外窗保温要求就越高。
四、现代建筑幕墙节能在主要材料中热工分析
建筑幕墙节能设计考虑的主要构件为玻璃及铝合金型材，以下对这两大材料的热工性能进行分析：
4.1 建筑幕墙玻璃
近年来，随着科学技术的不断发展，出现了以下有利于节能的新型玻璃。阳光辐射控制玻璃（a.光谱选择透过性玻璃、b.透过率可调玻璃)和隔热玻璃（a.惰性气体隔热玻璃b.气凝胶隔热玻璃c.真空隔热玻璃）等。
另外依据《公共建筑节能设计标准》GB50189的要求，对于严寒地区，根据不同的体型系数和窗墙比，传热系数的限值为1.5―3.2W／(m2•K)可满足设计标准。普通中空玻璃的传热系数2.5―3.2W／(m2•K)，只能部分满足节能设计要求，而LOW―E中空玻璃,其传热系数为1.5―2.1W／(m2•K)，可满足节能设计标准。
LOW―E中空玻璃，特别是双银L0W―E中空玻璃，不但其传热导数低，保温性能良好，其遮阳系数也可降至0.3～0.6，隔热性非常好，可满足《公共建筑节能设计标准》在任何地区对玻璃传热系数和遮阳系数的要求，因此建议设计上采用此种玻璃，以满足建筑的节能设计的需要。
4.2 建筑幕墙铝合金型材
除玻璃为热传导的主要部件外，构成幕墙系统的另外一个重要构件--铝合金型材对能量的传导也起到比较大的影响作用，铝合金型材的框边与玻璃面积的比例达到8％一18％，并且铝合金的热传导能力是玻璃的上百倍，传热系数达到203W／(m2•K)，普通的铝合金框架将形成热桥产生能耗及结露的影响。因此在设计中应该采用铝合金断桥处理做法，断桥的材料也不同，如聚酷胶(PA)断热条，聚氨酷(PU)等。
断热铝型材亦称隔热铝型材或绝热铝型材，由铝与塑料复合而成，其中间塑料隔热层主要生产工艺有嵌入式、挤压式和填充式等。
五、现代建筑幕墙节能设计计算
本项目总建筑面积5.8万m2，地下1层，地上25层，高92m，大楼采用半隐框L0W―E中空玻璃幕墙5100m2，铝合金L0W―E玻璃窗3900m2，石材幕墙2lO00m2。
在节能设计上，由于项目所处地区处于夏热冬暖地区，夏季时间长，阳光照射强烈，节能的主要方向为提高围护系统的隔热效果，尽量降低阳光照射的面积，提高外窗的遮阳效果，减少室外的热量传入室内，本工程采取下列节能措施：首先对大厦东西向日照时间长、强度高的立面上采用具有高隔热性的25mm厚非透明石材幕墙，石材后置20mm保温棉，80mm空气层，后置钢筋混凝土架，上砌粘土砖砌体，墙厚200mm，所有铝合金窗与非透明石材幕墙的窗墙比只有0.22，这与国家节能规定上限0.7少了近3倍，并且所有窗采用具有外遮阳性的凸出300mm的窗套，具有很强的遮阳性。幕墙不透光部分的热阻为：
RO= Ri+ 尺+ 尺棉+ 尺空+ 尺e= 0.11+0.134+O.O2／O.05+0.18+0.148+0.05=0.89(m2•K)／W，K=1／RO=1.12W／(m2•K)
满足节能要求。对采光要求高的南北面，主要设计为LOW―E中空玻璃幕墙，有透光率大，通风量好的特点。
南北面用的LOW―E中空玻璃幕墙，其幕墙不透光部分每层间采用6mmLOW―E+9A 中空层+6mm玻璃后加20m 保温棉，空气层的热阻值为夏季：
RO= Ri+ 尺+ 尺棉+ 尺空+ 尺e= 0.11+0.134+O.O2／O.05+0.18+0.04=1.064(m2•K)／W，K=1／RO=0.94W／(m2•K)南北面窗墙比为1.(1.15×26)／92=0.675，根据节能要求选用K≤3.0／(m2•K)，此设计也达到节能的要求。
该项目所有的幕墙、门窗玻璃均采用了隔热性及遮阳系数较高的6mm LOW―E+9A 中空层+6mm双钢化节能玻璃。
该工程在铝合金型材的构造上在考虑经济条件及所处地区的夏热冬暖地区常年温差不大，铝合金表面不易产生结露，没有选用节能断热型材，但在室内、室外的铝合金型材之间增加一种传热系数很小，只有0.16W／Mkr PVC尼：龙垫片，有效阻止室内外热量通过传热性很强的铝合金传导，而起到很好的节能效果，如图1所示：
图1幕墙铝合金型材节能的隔热措施
六、结束语
在资源有限、科技快速发展的今天，节能的话题已经是全球关注的重要课题，我国的建筑节能工作已成为当务之急。“北京建筑外墙热损失是加拿大的4.4倍，窗户热损失是加拿大的2.2倍，屋顶热损失是加拿大的4.2倍。”这是我国著名的能源战略专家牛文元先生在前不久召开的一次论坛上引用的数字，数字的反差深刻揭示了我国建筑能耗的现状，更加预示着我国建筑节能有着巨大的潜力，建筑的节能工作任重道远。不论是在节能观念、节能技术的应用、新能源或清洁能源的使用、节水节材方面、供热技术等等我们和欧美发达国家相比我们能做的实在是太多了。长期以来，人们总是认为幕墙建筑不节能，但是随着科学技术的不断发展，幕墙节能材料和节能系统的不断完善，玻璃幕墙也可以做出很节能的建筑物。幕墙节能，并不是人民想象存在技术上的问题，更多的是我们对它的重新认识与合理运用的问题。随着国家的各项节能法规的深入贯彻，相信节能产品的应用将得到更大的推广。
