探究建筑玻璃幕墙的节能设计.docx

探究建筑玻璃幕墙的节能设计.docx

《探究建筑玻璃幕墙的节能设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探究建筑玻璃幕墙的节能设计.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

探究建筑玻璃幕墙的节能设计

1.何为玻璃幕墙1

2.玻璃幕墙的功能作用2

3.玻璃幕墙的基本分类2

4.玻璃幕墙的形式构成3

5.玻璃幕墙的构成部件4

6.与传统幕墙的区别5

7.玻璃幕墙的节能设计理念6

8.找到能耗，选择节能材料7

8.1根据玻璃的主要参数选择合适的玻璃7

8.2木材框架材料的选用8

8.3木材密封材料9

8.4幕墙结构粘接材料9

9.玻璃幕墙的构造节能设计9

10.结语11

探究建筑玻璃幕墙的节能设计

【摘要】当节能逐渐出现在大家的观念中时，建筑也走上了节能的道路。

玻璃幕墙不仅是建筑经常使用的外围结构，同时它又是高耗能的东西，所以对于玻璃幕墙的节能设计成为了建筑节能的很重要的环节。

城市建筑中大面积运用玻璃幕墙，那带来美观的同时，也带来了大能耗的问题，所以对于玻璃幕墙节能的探讨很有意义。

【关键词】玻璃幕墙；节能策略；建筑设计

1.何为玻璃幕墙

玻璃幕墙（reflectionglasscurtainwall），是指由支承结构体系可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构。

墙体有单层和双层玻璃两种。

玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑墙体装饰方法，是现代主义高层建筑时代的显著特征。

2.玻璃幕墙的功能作用

现代化高层建筑的玻璃幕墙采用了由镜面玻璃与普通玻璃组合，隔层充入干燥空气或惰性气体的中空玻璃。

中空玻璃有两层和三层之分，两层中空玻璃由两层玻璃加密封框架，形成一个夹层空间；三层玻璃则是由三层玻璃构成两个夹层空间。

中空玻璃具有隔音、隔热、防结霜、防潮、抗风压强度大等优点。

据测量，当室外温度为－10℃时，单层玻璃窗前的温度为－2℃，而使用三层中空玻璃的室内温度为13℃。

而在炎热夏天，双层中空玻璃可以挡住90%的太阳辐射热。

阳光依然可以透过玻璃幕墙，但晒在身上大多不会感到炎热。

使用中空玻璃幕墙的房间可以做到冬暖夏凉，极大地改善了生活环境。

3.玻璃幕墙的基本分类

（1）明框玻璃幕墙

明框玻璃幕墙是金属框架构件显露在外表面的玻璃幕墙。

它以特殊断面的铝合金型材为框架，玻璃面板全嵌入型材的凹槽内。

其特点在于铝合金型材本身兼有骨架结构和固定玻璃的双重作用。

明框玻璃幕墙是最传统的形式，应用最广泛，工作性能可靠。

相对于隐框玻璃幕墙，更易满足施工技术水平要求。

（2）隐框玻璃幕墙

隐框玻璃幕墙的金属框隐蔽在玻璃的背面，室外看不见金属框。

隐框玻璃幕墙又可分为全隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙两种，半隐框玻璃幕墙可以是横明竖隐，也可以是竖明横隐。

隐框玻璃幕墙的构造特点是：

玻璃在铝框外侧，用硅酮结构密封胶把玻璃与铝框粘结。

幕墙的荷载主要靠密封胶承受。

4.玻璃幕墙的形式构成

点式玻璃幕墙是近年来新出现的一种支承方式。

点式玻璃幕墙它的全称为金属支承结构点式玻璃幕墙但一经出现，在城市发展很快。

按照支承结构的不同方式，点式玻璃幕墙在形式上可分为以下几种：

（1）金属支承结构点式玻璃幕墙。

这是目前采用最多的一种形式，它是用金属材料做支承结构体系，通过金属连接件和紧固件将面玻璃牢固地固定在它上面，十分安全可靠。

充分利用金属结构的灵活多变以满足建筑造型的需要，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃的整个结构体系。

玻璃的晶莹剔透和金属结构的坚固结实，“美”与“力”的体现。

增强了“虚”、“实”对比的效果。

（2）全玻璃结构点式玻璃幕墙。

它通过金属连接件及紧固件将玻璃支承结构（玻璃肋）与面玻璃连成整体，成为建筑围护结构。

施工简便造价低，玻璃面和肋构成开阔的视野，使人赏心悦目，建筑物室内、外空间达到最大程度的视觉交融。

（3）拉杆（索）结构点式玻璃幕墙。

它采用不锈钢拉杆或用与玻璃分缝相对应拉索做成幕墙的支承结构。

玻璃通过金属连接件与其固定。

在建筑中充分运械加工的精度，使构件均为受拉杆件，因此，施工时要加以预应力，这种柔接可降低震动时玻璃的破损率。

5.玻璃幕墙的构成部件

（1）支承体系。

支承体系是将面玻璃所受的各种荷载直接传递到建筑主构上。

因此，它是主要受力构件，一般是根据承受的荷载大小和建筑造型来结构形式和材料，如玻璃肋、不锈钢立柱、铝型材柱或加上适当的防腐、防面处理的钢析架、钢立柱及不锈钢拉杆（索）等。

（2）金属连接件。

金属连接件包括固定件（俗称爪座和爪子）和扣件。

固定件通常用不锈普通钢铸造而成，而扣件则是不锈钢机加工件。

考虑到金属相容性，爪座必须采用与支承体系相同的材质，或使用机械固定。

　金属连接件是建筑点式技术的精华所在。

它把面玻璃固定在支承结构上不仅产生玻璃孔边缘附加应力，而且能够允许少量的位移来调节由于建筑安装带来的施工误差，同时还有减震措施以提高抗震能力，因此设计时考虑的因素是多方面的。

金属连接件还产生显著的装饰效果，因此它除满足功能上的要求之外，还要有优美的造型设计和精细的加工制造，起“画龙点睛”的作用。

（3）玻璃。

建筑点式玻璃幕墙所用的玻璃，由于钻孔而导致孔边玻璃强度降低约30%，因此建筑点式玻璃幕墙必须采用强度较高的钢化玻璃（钢化玻璃的抗冲击强度是浮法玻璃的3-5倍，抗弯强度是浮法玻璃的2-5倍）注，钢化玻璃另一个重要特性是使用安全，在遇到较大外力而破坏时产生无锐角的细小碎块（俗称”玻璃雨”），不易伤人。

6.与传统幕墙的区别

（1）结构形式：

点式玻璃幕墙是采用计算机设计的现代结构技术和玻璃技术相结合的一种全新建筑空间结构体系，幕墙骨架主要由无缝钢管、不锈钢拉杆（或再加拉索）和不锈钢爪件所组成，它的面玻璃在角位打孔后，用金属接驳件连接到支承结构的全玻璃幕墙上。

而一般玻璃幕墙则多为平面框式、竖向杆件受力体系的结构。

（2）玻璃固定形式：

点式玻璃幕墙的玻璃是用不锈钢爪件穿过玻璃上预钻的孔得以可靠固定的，而一般玻璃幕墙，如全隐式或半隐式都是用结构胶粘接固定在框架上的。

（3）构件加工：

点式玻璃幕墙的主要金属构件，均需车钻、冲压机床的精密加工，成批工厂化生产，现场安装精度高而质量好。

而一般玻璃幕墙的铝合金多在施工现场就地赖电动机具制作，加工略嫌粗糙，精度不高，效能低。

（4）玻璃品种与规格：

点式玻璃幕墙所用的玻璃多为低辐射或白钢化中空玻璃，且对解决城市光污染有一定效果，玻璃规格限制不是那么严格。

而一般玻璃幕墙常采用镀膜反射玻璃，玻璃规格一般偏小。

7.玻璃幕墙的节能设计理念

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，节能玻璃幕墙的设计应遵循如下原则：

（1）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。

幕墙的传热系数由建筑物的外形和所处地区的气候条件、型材的传热系数和玻璃的传热系数

（2）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。

（3）经济性：

建筑玻璃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。

（4）进行幕墙热工设计时，必须对其复杂的传热过程和传热方式进行分析和研究。

8.找到能耗，选择节能材料

8.1根据玻璃的主要参数选择合适的玻璃

因为玻璃的厚度远远小于实体墙的厚度，玻璃的传热系数远小于有一定厚度的实体墙，所以幕墙的节能首先要考虑玻璃。

玻璃的计算太阳能流失的单位有玻璃的传热系数k值、太阳能透过率、遮蔽系数、相对热增益等。

（1）k值：

k值是用来表征在一定条件下热量通过玻璃在单位面积（通常是1m2）、单位温差（通常指室内温度与室外温度之差一般1℃或1k）、单位时间内所传递焦耳数，它的单位通常是w/m2.k。

k值是玻璃的传导热、对流热和辐射热的函数，它是这三种传热方式的综合体现。

节能的参考是k值大小，k值越小证明玻璃保温性能越好，节能效果越好。

（2）太阳能参数玻璃中其实有两种能量的流通：

1是没有在玻璃中逗留的能量，2是被玻璃留下的能量，它大多数进入室内提高室内温度了。

（3）遮蔽系数相同条件下，太阳辐射能量透过某玻璃组件的量与透过3mm厚普通透明平板玻璃的量之比就是该玻璃组件的遮蔽系数，用sc表示。

遮蔽系数越小，阻挡阳光直接辐射的性能越好。

（4）相对热增益用于反映玻璃综合节能的指标，它是指在一定条件下，即室内外温度差为15℃时，单位面积（<3mm厚透明，1m2）玻璃直接从太阳接受的热辐射与通过玻璃传入室内的热量之和。

也就是室内外温差在15℃时透过玻璃的传热加上太阳的辐射热630w/m2与遮蔽系数的积。

可用公式表示：

q=（t外—t内）×k+scx630[3]。

热特性和光特性是决定玻璃性能的主要因素，所以，幕墙玻璃应选择节能型的玻璃。

目前我国开发应用的节能玻璃有吸热玻璃、热反射镀膜玻璃、低辐射玻璃（low-e玻璃）、中空玻璃、真空玻璃等。

8.2木材框架材料的选用

从幕墙的构成来说幕墙框架是幕墙的结构材料，缺之不可，那么如何选用呢？

首先要考虑建筑物美观效果，由于铝合金材料与钢材相比密度小、熔点低、加工难度小精度级别高可以制成比较复杂的结构，而且结构性能优越可以满足幕墙构件设计的需要，在加上型材表面处理多种多样可以制成丰富多彩的表面颜色从而备受建筑设计师的青睐。

不论结构框架是钢材还是铝材都是金属材料，金属材料热传导率很高，当室内外温差大时，热传导就成为影响玻璃幕墙保温隔热性能的一个重要因素，所以其次就因该解决结构框架的节能性能。

目前解决结构框架的热传导率是采用复合材料和设置隔热垫的方法阻断热量的传导，对于铝合金框架大多采用铝合金断热型材，是将原本一体的型材断面一分为二，中间通过传导率很低的断热材料相连并满足结构性能；对于结构框架为钢材和铝材的也可以在玻璃面材与框架结构之间设置低传导率隔热垫将其分开，阻断室内外热量的传导。

8.3木材密封材料

橡胶密封胶条玻璃板块之间和玻璃板块与结构框架之间用隔热的密封胶条密封。

从而阻断了物体之间热量的传导和室内外空气的对流，提高了玻璃幕墙的整体节能性能。

密封胶条与玻璃接触的一侧设计成波浪型，能有效地阻止空气渗漏，防止冷空气直接进入室内。

要求胶条具有耐紫外线、耐老化、耐永久变形，耐污染等特征。

8.4幕墙结构粘接材料

硅酮结构密封胶将建筑幕墙玻璃粘结到支撑结构上。

结构硅酮密封胶既起结构粘结作用，又起幕墙密封胶作用，所以选择质量合格的结构胶非常重要，保证幕墙的密封性能也就保证了幕墙的保温节能性能。

要保证幕墙的安全和长时间适用，就不能轻视它的硅胶的材质。

没有通过性能检测和兼容性测试的产品坚决不可以使用，在选择前还要仔细看看安全监测报告。

9.玻璃幕墙的构造节能设计

建筑外围护结构的节能设计，由开窗、方位、遮阳到隔热材料等因素环环相扣，这些因素左右建筑物的耗能量。

台湾的西拉雅研究室曾对台湾的办公建筑的外围护结构进行研究，对建筑外围护结构的各要素的耗能量进行了分析。

从以上分析结果可以得出结论：

（1）外墙的开窗率是外墙节能的最重要因素，降低开窗面积率是节能最重要手段，但是降低开窗率也必顾及确保适当的自然采光，并免除心理的封闭感。

但是对于追求通透效果的玻璃幕墙而言，只能采用降低开启窗面积并加强不透光地方的隔热设计来达到节能要求。

（2）外遮阳和玻璃遮蔽是外墙节能的第二重要因素，玻璃材质及外遮阳都影响遮蔽率的大小，但是装设遮阳板、遮阳百页等外遮阳远比改变玻璃材质的效果大。

遮阳具有防止太阳辐射、避免产生眩光、改善室内环境气候及建筑外观上光影美学效果之功能，但也对室内的采光、通风带来不同层次的影响，所以遮阳措施的正确布局也非常关键，其次遮阳的形式及构造设计要合理。

（3）建筑方位因素是外墙节能设计的第三要素（占了12%的比重）。

大面积的玻璃幕墙应避免东照西晒。

建筑的长向应朝南北向配置。

（4）采取双层幕墙设计。

双层玻璃幕墙与传统幕墙相比，其最大的特点是，它在内外两层幕墙之间形成一个通风换气层，比传统的幕墙采暖时节约能源30%-40%，制冷时节约能源的比例最高可超过50%，同时，对室外环境的隔音效果可以达到50-60db。

其中目前较为先进的也被人称为”敞开式外循环呼吸式幕墙”，由位于空气层上下两端的进风和排风设备带动自然空气经过沙尘滤网引入空气层，进而送至室内，可以看作是室外自然环境的延伸。

采用这种分隔方法的双层玻璃幕墙除具备保温、隔声的作用。

10.结语

资源是有限的，无论我们社会在发达科技再进步，人类都是无法战胜自然的，我们不应该为了自己的舒服自在而去破坏下一代的资源。

在能耗成为世界性关注的问题时，建筑节能频频上位，玻璃幕墙的节能设计应运而生。

我们在认识到问题的同时，虽然及时的推出了玻璃幕墙的节能战略，但那只是开始，以后还有很长的路要走，要想很好的实现节能战略，不仅需要更深层次的研究，还需要我们节能意识的提高，所以只要大家共同努力，节能就不再艰难。

参考文献：

[1]田丽华.浅谈玻璃幕墙设计的一般原则[j].科技情报开发与经济，2011，21（21）：

205-207.[2]史忠海.对建筑玻璃幕墙节能降耗的探讨[j].建材发展导向，2011，9（5）：

92-93.[3]宋德首编著.节能建筑设计与技术.上海：

同济大学出版社，2003.2.