一、前言

      以《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189—2005實施為標(biāo)志，中國建筑幕墻進(jìn)入有節(jié)能設(shè)計要求時代。在此以前，我國的建筑幕墻是沒有節(jié)能設(shè)計的，玻璃幕墻通常采用單片玻璃，普通非斷橋鋁合金型材，石材和鋁板面板后面也沒有保溫巖棉。建筑幕墻設(shè)計只有一個要求，即安全。2005年7月1日之后，《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189—2005開始實施，我國的建筑幕墻設(shè)計不但要滿足安全要求，同時也要滿足節(jié)能要求。因此建筑幕墻在設(shè)計上增加了許多新的概念，如玻璃幕墻傳染系數(shù)、遮陽系數(shù)，石材幕墻和鋁板幕墻傳熱系數(shù)等。盡管建筑幕墻節(jié)能設(shè)計已經(jīng)實施十幾年，但行業(yè)內(nèi)依然對某些節(jié)能要點存在模糊、甚至是錯誤的認(rèn)知。本文現(xiàn)對建筑幕墻節(jié)能設(shè)計中重要且依然容易出錯的技術(shù)要點進(jìn)行闡述。

　    二、透明幕墻和非透明幕墻

　　建筑幕墻按面板可分為玻璃幕墻、石材幕墻、鋁板幕墻、人造板幕墻等，按構(gòu)造可分為單元式幕墻、構(gòu)件式幕墻、雙層幕墻等�！豆�共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189—2005中又給出透明幕墻和非透明幕墻的概念。石材幕墻和鋁板幕墻屬于非透明幕墻是非常好理解的，但如果把玻璃幕墻一概認(rèn)定為是透明幕墻就錯誤了，例如層間部位的玻璃幕墻就屬于非透明幕墻。工程中把層間部位的玻璃幕墻誤作為透明幕墻設(shè)計是有許多工程案例的，更有幕墻工程安裝完成，竣工驗收時遇到巨大障礙，甚至拆除。透明幕墻的傳熱系數(shù)要求低(傳入系數(shù)要求低，傳熱系數(shù)大)，非透明幕墻的傳熱系數(shù)要求高(傳入系數(shù)要求高，傳熱系數(shù)小)。

　　因此層間部位玻璃幕墻面板后面應(yīng)設(shè)置保溫層，那種認(rèn)為單純中空玻璃都滿足熱工要求，層間部位中空玻璃后面還有混凝土墻，更能滿足熱工要求的認(rèn)知是錯誤，因為層間部位玻璃幕墻屬于非透明幕墻，傳熱系數(shù)要求高。這是錯誤認(rèn)知之一。錯誤認(rèn)知之二是將透明幕墻傳熱系數(shù)與非透明的傳熱系數(shù)按面積進(jìn)行計權(quán)平均，得出建筑幕墻的傳熱系數(shù)，并以此作為幕墻熱工性能定級的依據(jù)。我國所有建筑熱工標(biāo)準(zhǔn)對透明幕墻和非透明幕墻的熱工性能都是分別給出要求和規(guī)范，并沒有對建筑幕墻進(jìn)行整體規(guī)范。不同類型的透明幕墻在同一朝向允許按面積計權(quán)平均，非透明幕墻不允許按面積計權(quán)平均，每種非透明幕墻都必須滿足熱工要求。透明幕墻和非透明幕墻應(yīng)按其熱工性能分別定級。

      三、采光頂傳熱系數(shù)

　　玻璃是透明材料，其熱工參數(shù)之一是傳熱系數(shù)。中空玻璃傳熱系數(shù)不是定值，其大小與其空間取向有關(guān)。中空玻璃垂直水平面時其傳熱系數(shù)最小;中空玻璃與水平面平行時其傳熱系數(shù)最大，其原因與中空玻璃空氣腔的空氣對流有關(guān)。通常玻璃生產(chǎn)企業(yè)給出的中空玻璃傳熱系數(shù)都是中空玻璃的最小值，作為幕墻或門窗玻璃使用是正確的，但如果作為采光頂玻璃，該傳熱系數(shù)就不準(zhǔn)確了，其數(shù)值要大一些，具體數(shù)值應(yīng)按《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113計算得出。

　　四、開縫石材幕墻

　　石材幕墻有開縫和閉縫之分，石材板塊周邊不注膠為開縫，注膠為閉縫，兩種在裝飾效果和許多性能方面有差異。其他方面不計，單就其傳熱系數(shù)，兩者之間也不同。閉縫石材幕墻其熱阻從石材面板外表面計算到室內(nèi)墻內(nèi)表面，而開縫石材幕墻的熱阻應(yīng)從石材面板后面保溫層外表面算起。不但石材板的熱阻不能計入，就是石材板和保溫層之間空氣的熱阻也不能計入，兩者計算結(jié)果差異較大。

      五、遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)的期望值

　　玻璃幕墻的熱工性能采用遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)表征，石材幕墻和鋁板幕墻等非透明幕墻僅采用傳熱系數(shù)表征其熱工性能。如要最大限度地提高幕墻的熱工性能，遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)的期望值是什么呢?顯然玻璃幕墻的遮陽系數(shù)不是越小越好，因為隨著玻璃遮陽系數(shù)的降低一定伴隨著玻璃可見光透光率不同程度的下降。過小的玻璃可見光透過率不但會增加室內(nèi)照明能耗，也會影響建筑室內(nèi)舒適性。另外，玻璃幕墻遮陽系數(shù)夏季是正作用，會顯著降低建筑空調(diào)能耗，但冬季是負(fù)作用，會增加建筑的采暖能耗，因為冬季通過玻璃進(jìn)入室內(nèi)的陽光減少了。即便對于沒有采暖要求的地區(qū)，冬季盡可能多陽光進(jìn)入室內(nèi)也會增加舒適性。因此對于任何氣候分區(qū)，遮陽系數(shù)不是越小越好，滿足要求，適中才是其期望值。

　　那么傳熱系數(shù)呢?他的期望值是什么?夏季，有制冷要求的建筑才有空調(diào)能耗。建筑空調(diào)只要啟動，室外即是熱端，室內(nèi)即為冷端，既有熱量通過建筑幕墻自室外向室內(nèi)傳遞，其大小與幕墻的傳熱系數(shù)成正比。傳熱系數(shù)越小，由室外通過幕墻傳入室內(nèi)的熱量越少，空調(diào)能耗越小。冬季，有采暖要求的建筑才有采暖能耗。建筑采暖系統(tǒng)只要啟動，室外即是冷端，室內(nèi)即為熱端，既有熱量通過建筑幕墻自室內(nèi)向室外傳遞，其大小與幕墻的傳熱系數(shù)成正比。傳熱系數(shù)越小，由室內(nèi)通過幕墻傳入室外的熱量越少，采暖能耗越小。因此，對于任何氣候分區(qū)，建筑幕墻的傳熱系數(shù)越小，節(jié)能效果越好。建筑幕墻的傳熱系數(shù)期望值應(yīng)該是零，即絕熱最好。在實際工程設(shè)計中，還要考慮造價成本、可行性等多方面因素，建筑幕墻傳熱系數(shù)不可能取成零，但傳熱系數(shù)越低越節(jié)能是其期望的方向，因此對于任何氣候分區(qū)，不要試圖采用單片玻璃去替代中空玻璃而達(dá)到更節(jié)能的目的。

      六、玻璃遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)

　　我國引入玻璃遮陽系數(shù)術(shù)語是在《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測定》GB/T 2680—1994中，該標(biāo)準(zhǔn)是參考ISO9050制訂的。由于當(dāng)時國家沒有強(qiáng)調(diào)建筑節(jié)能，玻璃遮陽系數(shù)這一術(shù)語并未被人們所重視和熟知。2005年國家公布實施《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189—2005，在該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范了透明幕墻的遮陽系數(shù)限值，采用遮陽系數(shù)表征透明幕墻的太陽熱效應(yīng)。

　　自此透明幕墻遮陽系數(shù)這一術(shù)語逐漸為行業(yè)熟知和普遍接受。透明幕墻遮陽系數(shù)源自于玻璃遮陽系數(shù)，其定義為玻璃太陽光總透射比與3mm透明玻璃太陽光總透射比理論值的比值。3mm透明玻璃太陽光總透射比理論值在《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測定》GB/T 2680—1994中規(guī)定取0.889。

　　2009年國家公布實施《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算工程》JGJ/T 151—2008，該標(biāo)準(zhǔn)是參照ISO15099、ISO10077、ISO10292、ISO9059制訂。在《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算工程》JGJ/T 151—2008標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，3mm透明玻璃太陽光總透射比取0.87。由定義可知，玻璃太陽光總透射比是該玻璃物性參數(shù)，其大小具有絕對意義，而玻璃遮陽系數(shù)是其太陽光總透射比與3mm透明玻璃太陽光總透射比理論值的比值，具有相當(dāng)意義，并且參照標(biāo)準(zhǔn)不同，3mm透明玻璃太陽光總透射比理論值取值不同，即同一塊玻璃，采用不同標(biāo)準(zhǔn)，其遮陽系數(shù)出現(xiàn)兩個數(shù)值，在有些情況下，采用《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測定》GB/T 2680—1994得出的玻璃遮陽系數(shù)滿足工程設(shè)計要求，但同一塊玻璃，采用《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算工程》JGJ/T 151—2008標(biāo)準(zhǔn)得出的遮陽系數(shù)卻不滿足工程設(shè)計要求，造成應(yīng)用上困惑和混亂。

　　《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189于2015年公布實施修訂版，在新版《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189—2015中，摒棄了透明幕墻遮陽系數(shù)，采用太陽得熱系數(shù)(即太陽光總透射比)標(biāo)準(zhǔn)透明幕墻太陽光的熱效應(yīng)�，F(xiàn)階段，許多建筑幕墻相關(guān)熱工要求專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒有修訂，透明幕墻仍然采用遮陽系數(shù)參數(shù)，但《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189—2015設(shè)計要求，是綱領(lǐng)性標(biāo)準(zhǔn)，建筑幕墻熱工性能必須滿足其要求，因此工程設(shè)計中應(yīng)明確透明幕墻遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)的對應(yīng)換算關(guān)系。

　　七、雙層玻璃幕墻的熱工性能

　　雙層玻璃幕墻最大的優(yōu)點就表現(xiàn)在熱工性能上，分歧最大的也在熱工性能上。雙層幕墻有明顯的溫室效應(yīng)，顧名思義，溫室效應(yīng)即是雙層幕墻通道能形成熱屏蔽，冬季能阻止室內(nèi)的熱量流向室外，夏季能阻止室外的熱量流向室內(nèi)，使得室內(nèi)處于較恒定的熱環(huán)境中。雙層幕墻的溫室效應(yīng)共有三種表現(xiàn)形式：

　　其一是在炎熱的夏季，雙層幕墻中通道里的進(jìn)氣口和出氣口全部打開，由于煙窗效應(yīng)，空氣將在通道中自下而上的運(yùn)行，在空氣運(yùn)行過程中，將通道內(nèi)的熱量帶出通道，使得內(nèi)層幕墻處于較低的溫度環(huán)境中，阻止了熱量由室外流向室內(nèi)，這是雙層通道幕墻溫室效應(yīng)的表現(xiàn)形式之一。但是這種溫室效應(yīng)是動態(tài)的、隨機(jī)的，只能定性描述，目前還無法定量計算，即使采用計算軟件模擬計算，其結(jié)果的準(zhǔn)確性也不好評價。

　　其二是在冬季，雙層幕墻通道里的進(jìn)氣口和出氣口全部關(guān)閉，通道中的空氣靜止，在陽光的照射下，通道中的空氣將有較大的溫升，使得內(nèi)層幕墻處于較高的溫度環(huán)境中，阻止了熱量由室內(nèi)流向室外，這是雙層通道幕墻溫室效應(yīng)的表現(xiàn)形式之二。但是這種溫室效應(yīng)是動態(tài)的、隨機(jī)的，只能定性描述，目前還無法定量計算，即使采用計算軟件模擬計算，其結(jié)果的準(zhǔn)確性也不好評價。

　在夏季，如果雙層幕墻內(nèi)的空氣不能及時的將通道內(nèi)的熱量帶走，通道內(nèi)的溫度就會逐漸升高，通常會達(dá)到50—60度,甚至更高，這也是認(rèn)為雙層幕墻不節(jié)能看法形成的基礎(chǔ)。但認(rèn)為雙層幕墻節(jié)能的看法剛好相反，認(rèn)為即使雙層幕墻通道內(nèi)空氣不循環(huán)，雙層幕墻也是節(jié)能的，而且通道內(nèi)溫度越高，節(jié)能效果越好，因為它把原本應(yīng)該進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱留在了通道內(nèi)，并將其中的一部分傳到室外，其結(jié)果是進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱減少。同時，由于雙層幕墻通道內(nèi)溫度較高，甚至?xí)�超過室外空氣溫度，在此情況下，原本環(huán)境熱量應(yīng)該由室外傳向室內(nèi)，現(xiàn)在變?yōu)橥ǖ纼?nèi)的熱量由通道傳向室外，環(huán)境熱量不能進(jìn)入室內(nèi)，即雙層幕墻的通道形成了熱位壘，室外熱量無法穿越。

　　其三是雙層幕墻的傳熱系數(shù)比單層幕墻的傳熱系數(shù)降低很多，阻止了室內(nèi)外環(huán)境熱量的交換，這是雙層幕墻溫室效應(yīng)的表現(xiàn)形式之三。

　　在溫暖的春季和秋季，室內(nèi)既不必采暖，也不必制冷，因此不涉及耗能問題，也就談不上節(jié)能問題，耗能和節(jié)能是針對寒冷的冬季和炎熱的夏季的。雙層幕墻由于其傳熱系數(shù)比單層幕墻的傳熱系數(shù)低，空氣滲透性能比單層幕墻優(yōu)良，因此雙層幕墻比單層幕墻節(jié)能。

　　在夏季，雙層幕墻的遮陽系數(shù)比單層幕墻的遮陽系數(shù)小，降低了夏季環(huán)境制冷的能耗，效果極為明顯。需要說明的是，由于雙層幕墻設(shè)計時往往在通道中設(shè)置遮陽系統(tǒng)，使得雙層幕墻的遮陽效果更好。

　　雙層玻璃幕墻在節(jié)能機(jī)理上與中空玻璃、雙層玻璃窗是相同的。今天已經(jīng)不再有人懷疑中空玻璃和雙層玻璃窗的節(jié)能效果，因此雙層玻璃幕墻的節(jié)能效果也一定會被逐漸接受。

　　八、結(jié)束語

　　建筑幕墻節(jié)能是永恒的主題，不會朝令夕改，只會要求越來越高，因此清晰認(rèn)識建筑幕墻節(jié)能要點，準(zhǔn)確把握行業(yè)節(jié)能發(fā)展技術(shù)與方向是極為重要的。

　　參考文獻(xiàn)：

　　【1】《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189;

　　【2】《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ 113;

　　【3】《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測定》GB/T 2680;

　　【4】《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算工程》JGJ/T 151。