節(jié)能玻璃幕墻的熱工設計與節(jié)點設計

　　構造現(xiàn)階段，大多數(shù)提高玻璃幕墻節(jié)能保溫性能的工程主要措施是采用鍍膜玻璃、Low-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃及隔熱斷橋鋁型材降低結構傳熱系數(shù)K、消除結構體系“熱橋”、降低空氣滲透熱損失、減少開啟窗扇面積、提高其密封性等。總之，尚停留在消極設防的設計思想階段。

　　1、轉變設計理念：變被動為主動
　　玻璃幕墻的熱工設計，應該追求設計功能的主動性和積極性，變被動設防為主動利用能源的設計思想，為了減少冬季采暖供熱的熱損失和能源消耗，為了減少夏季空調(diào)制冷的熱襲入和能源消耗，玻璃幕墻熱工設計的發(fā)展趨向是：對于以采暖供熱為主的幕墻追求達到溫室效應，對于以空調(diào)制冷為主的幕墻追求達到冷房效果，無論何種幕墻都將追求合理利用太陽能。動態(tài)幕墻（也稱熱通道幕墻、雙層通風幕墻）是一種很好的發(fā)展方向，由光電板系統(tǒng)和幕墻系統(tǒng)組成的光電幕墻也是主動利用太陽能的一個應用發(fā)展方向，綜合運用光能、熱能、電能的智能玻璃幕墻是最理想的發(fā)展方向。

　　進行幕墻熱工設計時，必須對其復雜的傳熱過程和傳熱方式進行分析和研究。玻璃幕墻的傳熱過程大致有三種途徑：一是玻璃和鋁合金（不銹鋼）金屬框格的傳熱：通過單層玻璃的熱流傳熱，通過金屬框格傳熱，通過玻璃的鍍膜層減少輻射換熱；二是幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣和室內(nèi)環(huán)境間的換熱：內(nèi)表面與室內(nèi)空氣間的對流換熱，內(nèi)表面與室內(nèi)環(huán)境間的輻射換熱；三是玻璃幕墻外表面與周圍空氣和外界環(huán)境間的換熱；外表面與周圍空氣間的對流換熱，外表面與外界環(huán)境間的輻射換熱，外表面與空間的各種長波（如電磁波、紅外線等產(chǎn)生的長度）輻射換熱。四是普通玻璃幕墻采用單層玻璃和鋁合金型材的梁柱結構，而節(jié)能玻璃幕墻則應從上述三種途徑加以考慮：第一種途徑（熱傳導）對節(jié)點設計影響最大，針對玻璃的導熱性能，設計時采用中空玻璃；針對鋁框的導熱性能，設計時采用尼龍66等結構塑料，形成“斷橋”，可增大熱阻，減少熱傳導，從而設計隔熱幕墻。在此基礎上，再考慮第二種途徑（熱對流）和第三種途徑（熱輻射），在構造上采用雙層Low-E玻璃，上下端對流開口，從而設計動態(tài)幕墻。


　　2、隔熱幕墻的節(jié)點設計
　　隔熱幕墻的節(jié)能原理是采用中空玻璃和隔熱斷橋鋁型材來實現(xiàn)節(jié)能的。隔熱斷橋鋁型材的隔熱原理是基于產(chǎn)生一個連續(xù)的隔熱區(qū)域，利用隔熱條將鋁合金型材分隔成兩個部分。隔熱條“冷橋”選用材料為聚酰胺尼龍66，其導熱系數(shù)為0.3W/（m2K），遠小于鋁合金的導熱系數(shù)210W/（m2K），而力學性能指標與鋁合金相當。20世紀70年代末，隔熱斷橋鋁型材在國外問世，主要用于高寒地區(qū)的鋁合金門窗，到20世紀80年代末開始用于高寒地區(qū)的有框玻璃幕墻。我國目前在保溫隔熱性能要求很高的建筑中，也開始把它用于明框隔熱玻璃幕墻、隱框隔熱玻璃幕墻及點支式隔熱玻璃幕墻。

　　此外，在隔熱幕墻中，更重要的是要注意中空玻璃的應用與設計（因為在幕墻中，玻璃所占的面積比鋁合金框要大的多）。如果采用10+12A+10中空玻璃，那么其傳熱系數(shù)K達3.0W/（m2K）左右，傳熱系數(shù)比單層玻璃低了近1/2，可以大大地降低能耗，因此，在保溫性能要求比較高的情況下，應采用中空玻璃，如果中空玻璃內(nèi)充入惰性氣體，其K值還以可降至1.3W/（m2K）。

　　鋁型材節(jié)點設計的總體思路是：在鋁合金型材截面不變的情況下，通過改變隔熱條和膠條的尺寸，分別裝配不同厚度的中空玻璃，從而達到不同的隔熱設計要求，以供不同地區(qū)、不同類型的建筑、不同要求的業(yè)主選擇。采用隔熱幕墻能起到很好的節(jié)能和降噪效果。與普通的單層玻璃相比，節(jié)省能耗約25%~50%，降噪約達30db~40db.動態(tài)幕墻的節(jié)點設計動態(tài)幕墻是一種新型的節(jié)能幕墻，是幕墻技術的新發(fā)展。根據(jù)其結構，可以分為“封閉式內(nèi)循環(huán)體系”和自然通風的“敞開式外循環(huán)體系”兩種類型。前者需要通過電機強制抽風，因而總體節(jié)能水平不高；后者通過自然通風，所以節(jié)能效果更為明顯。

　　自然通風式動態(tài)幕墻的構造，其外層由單層玻璃及非絕熱桿件組成的敞開結構玻璃幕墻，內(nèi)層由絕熱桿件和中空玻璃組成的推拉門（或推拉窗）幕墻體系。兩層幕墻之間的熱通道一般裝有可自動調(diào)控的百葉。在熱通道的上下兩端裝有排風和進風裝置。

　　其運行原理可以按照不同的季節(jié)說明。夏天：內(nèi)外兩層幕墻中間熱通道的溫度很高時，可打開熱通道上下兩端的排氣口裝置，在熱通道內(nèi)由于熱煙囪效應產(chǎn)生自下而上的氣流運動，帶走了通道內(nèi)的熱量，這樣可以降低內(nèi)側幕墻的外表面溫度，減少空調(diào)制冷的負荷，節(jié)約能源，降低能耗。通過對通道上下兩端排氣、進氣裝置的調(diào)控，在通道內(nèi)形成負壓，利用內(nèi)側幕墻兩邊的壓差和開啟扇，可以隨時向室內(nèi)輸入新鮮空氣。冬天：通道上下兩端的排氣口裝置關閉，內(nèi)外兩層玻璃幕墻間的熱通道由于陽光的照射，溫度升高，像一個溫室，這樣等于提高了內(nèi)側幕墻外表面的溫度，減少了建筑物采暖的運行費用。春、秋兩季溫度適中之時，不存在采暖和制冷，可以打開推拉門和室外自然氣溫交流而達到平衡。