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1. 前言
节能已经成为世界发展的一个重要课题，社会对建筑节能的意识也在逐渐增强。建筑节能相当部分是围护结构的节能，而幕墙是现代建筑围护结构的一个重要组成部分，幕墙以其结构新颖、美观及多功能赢得大家的喜爱，但如果不能很好地解决幕墙的能耗问题，势必会影响幕墙的使用发展。因此，我们着重探讨幕墙的节能设计及新版《民用建筑热工设计规范》在幕墙节能设计中的指导作用。
2. 幕墙的节能设计内容
幕墙的节能设计，顾名思义，就是要减少幕墙的所带来的建筑能耗。建筑通过外围护结构(包含幕墙)与外界联系，因此，幕墙的传热和隔热效果对整体建筑的能耗有较大的影响作用。
幕墙的节能设计是通过分析热原理的不同内容对可能会导致幕墙能耗高的原因进行判定，并以这一结果为基础来制定出有效的处理措施，最终能够提高建筑整体设计的科学性与可靠性。
幕墙节能设计需要遵循热耗能原理、热传递原理、隔热原理。
3. 《民用建筑热工设计规范》在幕墙节能设计中的运用
3.1 保温及隔热性能设计
保温隔热性能是指幕墙两侧存在空气温差条件下，幕墙阻抗从高温一侧传向低温一侧传热的能力，不包括从缝隙中渗透空气的传热。
幕墙的保温性能应通过控制总热阻值和选取相应的材料来解决。为了减少热损失，可以从以下三个方面进行改善：第一是改善采光窗玻璃的保温隔热性能，尽量选用中空玻璃，并减少开启扇;第二是对非采光部分采用隔热效果好的材料作后衬墙(如浮石、轻混凝土)或设置保温芯材;第三是做密闭处理和减少透风。
幕墙的隔热性能则应通过减少传进室内的热量和降低围护结构的内表面温度来解决，因而要合理地选择外围护结构的材料和构造形式，选用遮阳型的透光材料和设置外遮阳是减少太阳辐射热进入室内的十分有效措施。
3.2 透明(玻璃)幕墙、采光顶的节能设计要点
3.2.1 保温设计
根据《民用建筑热工设计规范》GB 50176-2016 ,并按建筑所处的热工分区选取传热系数。再依据热工要求选用幕墙玻璃材料、幕墙龙骨及做好周边缝隙密封。
考虑玻璃幕墙使用的适应性和最大限度地减少能耗，对于玻璃幕墙而言，由于玻璃的面积占外立面的85%以上，参加热交换的面积很大，能耗相对也多，其玻璃材料是节省能源的关键。中空玻璃的保温性能远远优于单片玻璃，单片普通玻璃传热系数在5.5W / (m2·K)～ 5.8W/ (m2·K) ，单片LOW-E玻璃可达到 3.5W/ (m2·K) 左右， 以12mm气体层为例，普通中空玻璃可以达到2.8W/ (m2·K) 左右，Low-E中空玻 璃可以达到1.8W / (m2·K) 左右，充氩气的中空玻璃可以达到1.4W/ (m2·K) 左右，三 层双中空的Low-E 中空玻璃可以达到1.0W/ (m2·K)～1.4W/ (m2·K)， 真空玻璃更是可以降低到0. 4W/ (m2·K)～O. 6W/ (m2·K)，对于保温要求较高的建筑，所使用的门窗（词条“门窗”由行业大百科提供）、玻璃幕墙、采光顶应当考虑气候区、建筑热工设计等综合要求，选择合适的玻璃系统，以提高整体的保温性能。
玻璃板块分格的缝隙对玻璃幕墙的保温隔热性能有很大影响，特别是明框幕墙。传统明框幕墙室内外铝型材之间没有其它隔热材料间隔，而隔热断桥铝型材在室内外铝型材之间有—道隔热保温（词条“隔热保温”由行业大百科提供）性能非常好的隔热体，做了断热处理之后，框的传热系数基本可做到4.0W/(m2·K) 、5.0(m2·K) 。对于严寒地区应加强保温， 幕墙应使用断热构造或断热铝合金型材，进一步提高幕墙系统的保温性能，同时减少型材处的结露问题。隐框幕墙对铝型材没有严格的保温隔热要求。
门窗、玻璃幕墙周边与墙体或其他围护结构连接处，如果不做特殊处理，易形成热桥， 对于严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、温和地区来说，冬季就会造成结露，因此要求对这特殊部位采用保温、密封构造，特别是一定要采用防潮型保温材料，如果是不防潮的保 温材料在冬季就会吸收了凝结水变得潮湿，降低保温效果。这些构造的缝隙必须采用密封材 料或密封胶密封，杜绝外界的雨水、冷凝水等影响。
如工程项目A幕墙采用了6+1.52pvb+6(loe-E)+12A+6中空玻璃，并采用铝合金（词条“铝合金”由行业大百科提供）断热型材，幕墙透明部分传热系数为2.016W/(m2·K);幕墙层间部位增加背衬保温棉(与玻璃面板间隔大于50mm)，则层间非透明部分的传热系数为0.264W/(m2·K)，透明部分和非透明部分的面积比为2：1，则该幕墙的综合传热系数为1.432W/(m2·K)，符合整体建筑热工设计要求。
3.2.2 隔热设计
建筑热工设计主要任务之一，是要采取措施提高外围护结构防热能力。对屋面、外墙(特别是西墙)要进行隔热处理，应达到防热所要求的热工指标，减少传进室内的热量和降低围护结构的内表面温度，因而要合理地选择外围护结构的材料和构造形式。最理想的是白天隔热好而夜间散热又快的构造形式。自然通风是排除房间余热，改善室内热环境的主要途径之一。要合理设计围护结构的热工参数，要有利于房间的通风散热。
根据《民用建筑热工设计规范》GB 50176-2016 ,并按建筑所处的热工分区选取得热系数。合理地选择外围护结构的材料(如玻璃的遮阳系数)和构造形式(设置遮阳装置)是满足相关得热系数的主要措施。
在夏热冬暖地区，隔热是建筑围护结构节能的主要问题。玻璃幕墙的隔热性能主要是针对辐射、传导与对流。在谈及反射玻璃时，人们往往只强调它的辐射性能。固然，辐射是上面各种方式中最主要的部分，可占全部热量的2/3左右，空调的主要负荷也来源于太阳辐射，因此，应有效阻挡太阳辐射。但在实际使用中，如幕墙在持久的曝晒下，反射玻璃由于散热较其它玻璃慢，尽管它的反射能力大，但热量的累积使它不可避免地成为一个新热源，所以，玻璃幕墙对太阳能的透射能力是值得关注的问题。温差传热、空气流动热交换也是夏季围护结构节能应考虑的问题，这两个方面的传热均是由室内外温差造成的，不同的是前者是通过传热，后者是通过室内外空气渗透。在进行幕墙热工设计时，必须对其进行具体分析和研究，如：幕墙外表面与周围空气和外界环境间的对流换热（词条“对流换热”由行业大百科提供）、幕墙内表面与室内空气和室内环境间的换热、幕墙和金属框格的传热、通过玻璃的镀膜层减少的辐射换热等。
保温性能好的玻璃未必遮阳性能就优良。比如普通的透光中空玻璃，其传热系数可以达到2.8W/(m2·K)左右，遮阳系数值也较高;单片绿色玻璃传热系数高达 5.7W/(m2·K)，但是其遮阳系数值较透明中空玻璃大幅降低 。 对于夏季，透光围护结构的隔热以遮阳隔热为主，因此从玻璃遮阳隔热的角度来看，着色玻璃、遮阳型单片 Low-E玻璃、着色中空玻璃、热反射中空玻璃、遮阳型Low-E中空玻璃更加合适，建议不要使用普通的透光中空玻璃。
建筑遮阳的目的在于防止直射阳光透过玻璃进人室内，减少阳光过分照射加热建筑室内， 是门窗隔热的主要措施由于太阳的高度角和方位角不同，投射到建筑物水平面、西向、东向、 南向和北向立面的太阳辐射强度各不相同。夏季，太阳辐射强度随朝向不同有较大差别一般 以水平面最高，东、西向次之，南向较低，北向最低但我国幅员辽阔，有部分地区处于北回 归线以南，该部分地区夏季北向也会有较大的太阳辐射，也该予以一定的关注。为此，建筑遮阳设计、选择的优先顺序应根据投射的太阳辐射强度确定，所以设计应进行夏季太阳直射轨迹分析。
窗户是建筑围护结构中热工性能最薄弱的构件。透过窗户进入室内的太阳辐射热，构成夏季室内空调的主要负荷。建筑各立面朝向中，东、西向易受太阳直射，因此东、西向建筑外墙和外窗(透光幕墙)设置外遮阳，是减少太阳辐射热进入室内的十分有效措施。外遮阳形式多种多样，如结合建筑外廊、阳台、挑檐遮阳，外窗设置固定遮阳或活动遮阳等。随着建筑节能的发展，遮阳的形式和品种越来越多，各地可结合当地条件加以灵活采用。遮阳不仅要考虑降低空调负荷，改善室内的热舒适性，减少太阳直射;同时也需要考虑非空调时间的采光以及冬季的阳光照射需求。
房间的天窗和采光顶位于太阳辐射最大的朝向，应采取活动式遮阳即满足采光需要也防止室内过热，但即便是设置了遮阳的天窗或采光顶，在外侧半球空间的散射辐射和内侧集聚的高温空气作用下，天窗或采光顶构件的温度高于室内表面温度对室内产生热辐射，所以应采取设置通风装置或开设天窗等措施排除天窗顶部的热空气，设置淋水、喷雾装置降低天窗和采光顶的温度，意见爱你各地天窗或采光顶表面对室内环境的热辐射作用。
工程项目B幕墙玻璃幕墙面板遮阳系数为0.3，增加了竖向悬挑线条(既作为遮阳构件，同时丰富立面造型)后，遮阳系数降为0.27，满足了建筑热工设计要求。
3.3.1 保温设计
非透光部分的幕墙，在设计时是作为墙体来要求其热工性能，因此使用高效保温材料，技术易实现， 成本也低，并且能达到很好的保温效果，提高建筑的整体热工性能。幕墙与主体结构之间的 连接部位、跨越室内外的金属构件是幕墙传热的薄弱部位，应进行保温处理，不要形成热桥， 导致冬季结露。
幕墙行业常用的保温隔热材料有以下几种：保温岩棉、聚氨酯、纤维板、挤塑泡沫保温隔热材料等，其中挤塑泡沫保温隔热材料性能最佳，它的导热系数仅为0.0289w/m2.k。
3.3.2 隔热设计
在玻璃幕墙、石材幕墙、金属板幕墙等各种幕墙构造背后添加保温材料之后，都属于非透光幕墙，在计算时都是当做墙体进行热工计算如果背后添加的保温材料的热阻不小于1.0(m2·K) ，再考虑幕墙本身的热阻，也就是基本保证此非透光幕墙构造的传热系数不大于0.7W/(m2·K), 基本能满足隔热要求。如果室内侧还有实体墙，隔热效果就更好了。
4. 结束语
在建筑幕墙设计中，要做到灵活运用各种构造处理，材料选用以符合《民用建筑热工设计规范》的要求，适应各种热工分区对建筑幕墙的不同系数选取，需要我们深刻体会规定的概念及原因，熟悉各种设计技巧，才能满足建筑师对幕墙设计提出的日益丰富的要求。
参考文献
[1] 民用建筑热工设计规范 GB 50176-2016
[3] 中国建筑遮阳技术 涂逢祥 段恺 北京中建建筑科学研究院有限公司
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