武正北

摘要：我國地域遼闊，部分地區(qū)四季溫差較大，針對房屋建筑來講，其日常運行過程中較大的能耗比例都來自于玻璃外窗和幕墻能耗損失方面，因此要想從根本上提升建筑工程本身的節(jié)能效果，就必須給予外窗幕墻節(jié)能設(shè)計以高度重視。鑒于此，本文從公共建筑外窗幕墻玻璃選擇、窗墻比的確定、外窗方位及雙玻幕墻等角度出發(fā)，詳細探討了公共建筑外窗幕墻的節(jié)能設(shè)計，以供參考。

關(guān)鍵詞：公共建筑;外窗幕墻;節(jié)能設(shè)計

一、公共建筑外窗幕墻玻璃選擇

（一）玻璃選擇原則

突出玻璃遮陽功能、實現(xiàn)合理采光是公共建筑外窗幕墻玻璃選擇過程中應(yīng)遵循的主要原則。公共建筑是在人類社會和文明不斷進步的背景下產(chǎn)生的，通常情況下其可以劃分成包含金融建筑和商場在內(nèi)的商業(yè)建筑、政府部門辦公室以及寫字樓等在內(nèi)的辦公建筑和娛樂場所以及旅館飯店在內(nèi)的旅游建筑組成的，同時還有部分建筑屬于交通運輸類建筑，如橋梁、車站建筑以及機場等。民用建筑通常包含兩種類型，分別為居住建筑和公共建筑，而工業(yè)建筑和民用建筑統(tǒng)稱為建筑[1]。

公共建筑內(nèi)部功能相對完善，是我國現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分，我國部分公共建筑在冬季運行過程中，對采暖擁有較高的要求，此類型公共建筑在運行過程中呈現(xiàn)出以下特點：首先，建筑使用者人數(shù)較多，呈現(xiàn)出人員密集的特點，會產(chǎn)生較大的人體散熱量;其次，公共建筑功能相對完善，能夠滿足建筑使用者對辦公設(shè)備的需求，同時具有較強的智能化特點，建筑運行中會產(chǎn)生較大的設(shè)備耗電量，因此也會產(chǎn)生較大的熱能;再次，近年來，世界各地頻繁出現(xiàn)城市熱島效應(yīng)，因此同郊區(qū)公共建筑相比，城市中心公共建筑擁有更高的溫度;最后，根據(jù)我國平均氣溫年度變化統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近50年內(nèi)我國每年平均氣溫都會升高1.1攝氏度左右，同北半球和全球升溫幅度相比，我國每年平均氣溫上升幅度較高[2]。例如，我國杭州地區(qū)具有夏熱冬冷的特點，近年來當(dāng)?shù)馗邷厝詹粩嘣黾?。再加上全球氣候急劇變暖的趨勢，?dāng)?shù)販囟瘸尸F(xiàn)出明顯升高的現(xiàn)象。而現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是我國多數(shù)公共建筑的主要結(jié)構(gòu)特點，鋼筋混凝土材料在應(yīng)用過程中具備了一定保溫功能，再加上部分地區(qū)在冬季并沒有采暖要求，因此在實際進行公共建筑建設(shè)的過程中，可以忽略其他保暖設(shè)計，而是將保溫設(shè)計的重點放在外窗幕墻上即可，外窗幕墻應(yīng)具備合理采光以及良好的遮陽效果，這應(yīng)成為公共建筑外窗幕墻節(jié)能設(shè)計的重要原則之一[3]。

（二）外窗玻璃選擇

針對公共建筑來講，外窗玻璃面積占建筑總面積比例較大，因此公共建筑外窗幕墻能夠擁有較大的輻射和導(dǎo)熱面積。我國各地區(qū)在積極進行公共建筑建設(shè)的過程中，應(yīng)注重對外窗幕墻玻璃的合理選擇，只有這樣才能夠從整體上提升公共建筑的節(jié)能設(shè)計效果。

傳熱系數(shù)K值和遮陽系數(shù)是表示玻璃熱工性能的兩個重要參數(shù)，一方面，傳熱系數(shù)K值[4]，當(dāng)公共建筑室內(nèi)外溫度形成較大差異，傳熱系數(shù)K值可以在單位時間內(nèi)、單位溫差條件下以及單位面積基礎(chǔ)上實現(xiàn)有效的玻璃熱量傳遞;另一方面，遮陽系數(shù)，即玻璃太陽能總透過率與3mm厚無色透明玻璃太陽能總透過率之間的比值。我國在積極進行公共建筑建設(shè)的過程中，需要考慮夏季強烈日照的客觀條件，在這一過程中會產(chǎn)生較高的建筑物制冷能耗，因此應(yīng)在堅持上述外窗幕墻玻璃選擇原則的基礎(chǔ)上來合理選擇玻璃。

其中具有較高遮陽系數(shù)的普通白玻在應(yīng)用過程中，由于公共建筑使用過程中，增加建筑空調(diào)能耗的主要因素是太陽輻射較大，缺乏良好遮陽性能的玻璃會極大增加空調(diào)能耗量[5]。擁有較低遮陽系數(shù)的玻璃在應(yīng)用過程中，會對較少太陽能量進行傳遞，這樣一來就能夠為實現(xiàn)建筑物制冷節(jié)能奠定良好基礎(chǔ)。但是，如果玻璃在使用過程中擁有較低的遮陽系數(shù)，那么就無法促使公共建筑在日間運行過程中實現(xiàn)有效自然采光。

而在對Low-E中空玻璃進行應(yīng)用的過程中，其所采用的材料鍍膜具有不吸熱、紅外線高反射的功能，尤其是雙銀Low-E中空玻璃近年來被廣泛應(yīng)用于我國各地區(qū)的公共建筑建設(shè)當(dāng)中，其可以對遠紅外波段的熱輻射以及太陽能波段的熱輻射產(chǎn)生良好的反射效果。在對這一玻璃進行應(yīng)用的過程中，其呈現(xiàn)出良好的保溫性能，同時傳熱系數(shù)較低，并具有一定選擇性，可以實現(xiàn)低熱能可見光的通過，在這一過程中還可以將多數(shù)高熱能的近紅外光遮斷，甚至可以產(chǎn)生0.30～0.60的遮陽系數(shù)，太陽輻射的有效降低，充分證明我國在積極進行公共建筑建設(shè)的過程中，針對外窗幕墻節(jié)能設(shè)計可以對Low-E中空玻璃進行充分應(yīng)用[6]。

二、窗墻比的確定

公共建筑外窗幕墻設(shè)計過程中，應(yīng)對窗墻比的重要性產(chǎn)生深刻認知，窗墻比的合理性對于公共建筑節(jié)能效果具有直接影響。窗戶洞口面積與房間立面單元面積之間的比值即窗墻比，也就是建筑物高與開間定位線圍成的面積之間的比值。由于窗戶是室外熱量向室內(nèi)傳遞的主要媒介，在這一過程中主要涉及到的途徑包括太陽輻射、窗材導(dǎo)熱、空氣滲透等。而窗子大小對這些熱量傳遞途徑具有直接影響，線性關(guān)系存在于空調(diào)負荷大小與窗子面積之間[7]。要想將窗戶的能耗量降低，新時期世界各國在積極進行公共建筑建設(shè)的過程中，各種節(jié)能窗戶不斷產(chǎn)生，但是無論哪種類型的窗戶在應(yīng)用過程中，都只能夠?qū)崿F(xiàn)對部分能源的節(jié)約，事實上由于公共建筑外窗幕墻面積較大，在大開窗的情況下，空調(diào)能源浪費的現(xiàn)象是無法得到本質(zhì)上的改變的。

從節(jié)能的角度來看，要想有效降低空調(diào)負荷，減小圍護結(jié)構(gòu)外窗面積值至關(guān)重要。公共建筑實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計的首要環(huán)節(jié)是對開窗率進行有效限制，然而較小的窗墻比會嚴(yán)重影響公共建筑室內(nèi)通風(fēng)以及采光效果。

根據(jù)相關(guān)實驗顯示，多數(shù)建筑使用者都非常認可20%的開窗率;面對30%的開窗率，人們表示非常滿意;而超過30%的開窗率不會給人們的心理以及視覺享受帶來直接影響[8]。同時，在對最小開窗面積進行設(shè)計的過程中，應(yīng)以樓地板面積為基礎(chǔ)，其6.25%則為最小開窗面積，而針對通風(fēng)效果來講，20%～30%的開窗率已經(jīng)可以滿足通風(fēng)要求。

三、外窗方位及雙玻幕墻的節(jié)能設(shè)計

（一）外窗方位

不同的房屋外窗方位，會產(chǎn)生差異化太陽輻射接收熱量。詳細分析天空中太陽的運行規(guī)律，能夠得到最大太陽輻射熱量的為冬季南向墻面窗戶和夏季東西兩面墻面窗戶。

詳細分析日照方位分區(qū)圖可以發(fā)現(xiàn)，終年沒有日照的為從西偏北到東偏北方向;只有夏季才有日照的為東偏北和西偏北方向，在這些地區(qū)進行公共建筑外窗幕墻節(jié)能設(shè)計的過程中，最強的太陽輻射會在夏季產(chǎn)生;而常年有日照的區(qū)域進行公共建筑外窗幕墻設(shè)計的過程中，無法實現(xiàn)始終滿足夏季陰涼冬季向陽的條件。我國多數(shù)地區(qū)都擁有夏熱冬冷的特點，南向的玻璃窗在公共建筑當(dāng)中，在夏季不僅需要承受強烈的太陽輻射，同時還必須承受來自其他墻體的反射。東、西向的玻璃窗在公共建筑當(dāng)中，能夠?qū)ο募咎栞椛溥M行有效遮擋，盡管此時所產(chǎn)生的太陽輻射低于南向，但是在東、西向墻面的強烈熱反射作用下，通過西向墻的熱量是同面積下西向墻玻璃窗熱量的8～15倍，在這一過程中應(yīng)用科學(xué)的遮陽措施，會導(dǎo)致窗戶的熱作用被有效限制[9]。同時，我國南方地區(qū)在積極進行公共建筑建設(shè)的過程中，需要綜合分析夏季風(fēng)向特點，以東南風(fēng)和南風(fēng)為主，因此在實際進行窗戶設(shè)計的過程中，應(yīng)盡量選擇利于室內(nèi)形成穿堂風(fēng)的方向，因此窗戶布置應(yīng)以北向、東南向、南向為主。

氣候變化將對水平屋頂產(chǎn)生直接而嚴(yán)重的影響，會直接影響頂層居住環(huán)境以及空間能源，因此在實際展開設(shè)計的過程中，必須給予屋頂強化保溫設(shè)計以高度重視，避免對水平天窗的設(shè)計的應(yīng)用。夏季水平天窗設(shè)計所能夠吸引的太陽輻射較多，但是在冬季，這一設(shè)計會產(chǎn)生較高的采暖能耗量，因此在實際進行公共建筑設(shè)計的過程中，盡量不要將天窗設(shè)置在屋頂，必要情況下，可以對垂直天窗進行設(shè)計。

我國多數(shù)地區(qū)具有冬冷夏熱的特點，此類型地區(qū)在公共建筑建設(shè)中，應(yīng)采取有效措施充分考慮屋頂自然采光和避開水平日射量的問題，因此屋頂造型應(yīng)具備變化性特點，同時對垂直開窗采光設(shè)計進行綜合應(yīng)用。

在綜合分析季風(fēng)影響和太陽輻射等因素的背景下，在實際展開設(shè)計的過程中，應(yīng)以正對南向方位開窗和擴大房屋外墻面積為主要設(shè)計目標(biāo)，同時房屋外墻不開窗一面應(yīng)設(shè)計在西向和東向方位，北向方位應(yīng)盡量減少開窗，這樣一來對于提升公共建筑外窗幕墻節(jié)能設(shè)計效果具有重要意義。

（二）雙玻幕墻

近年來，我國在積極加強建筑節(jié)能設(shè)計研究的過程中，不斷進行了技術(shù)和材料的創(chuàng)新，建筑墻體裝飾方面的創(chuàng)新以玻璃幕墻為主，在對這一設(shè)計方式進行廣泛應(yīng)用的過程中，不僅能夠產(chǎn)生藝術(shù)感較強的公共建筑外觀，同時對于降低建筑能耗量、提升室內(nèi)熱舒適度都具有重要意義。

在對單一玻璃幕墻具有較大能耗量這一問題進行改變的過程中，可以對雙層呼吸式幕墻進行充分應(yīng)用。這一技術(shù)起源于歐洲，“雙層皮”幕墻指的是在構(gòu)建玻璃幕墻的過程中，采用內(nèi)、外兩層玻璃，中間包含一個通道，將進風(fēng)口和出風(fēng)口設(shè)置在外層幕墻中，在這種情況下，夏季高溫環(huán)境中，“對流排熱”就可以在空氣中實現(xiàn)，而“中間活動遮陽”需要被設(shè)置在雙玻幕墻的中間。

通常情況下，在實際進行公共建筑外窗幕墻節(jié)能設(shè)計的過程中，需要對節(jié)能玻璃進行充分應(yīng)用，而雙玻幕墻呈現(xiàn)出了較高的應(yīng)用價值。根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，同“單層皮”玻璃幕墻相比，“雙層皮”玻璃幕墻在應(yīng)用過程中產(chǎn)生了更高的節(jié)能效果，節(jié)能比率增加了40%～60%。同“單層皮”玻璃幕墻相比，冬季和夏季“雙層皮”玻璃幕墻在應(yīng)用的過程中都能夠形成更加良好的保溫效果，對于室內(nèi)氣候的改善、空調(diào)使用時間的減少、降低能耗量等都具有重要意義。然而，現(xiàn)階段我國對雙層皮技術(shù)的研究和應(yīng)用實踐還相對較少，從長遠的角度來看，我國在積極進行公共建筑外窗幕墻節(jié)能設(shè)計的過程中，必須對這一技術(shù)的重要性產(chǎn)生深刻認知，通過先進節(jié)能技術(shù)來彌補大面積玻璃能源浪費問題。

值得注意的是，在對玻璃幕墻進行應(yīng)用的過程中，所形成的圍護形式缺乏文化感，沒有結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂虻纫蛩卣归_設(shè)計，為了實現(xiàn)現(xiàn)代化建筑建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，一定程度上忽視了節(jié)能理念，因此盡管在對雙玻幕墻進行應(yīng)用的過程中能夠產(chǎn)生一定良好的節(jié)能效果，但是其能耗量始終相對較高。

四、結(jié)語：

綜上所述，近年來，世界各國在積極進行現(xiàn)代化建設(shè)的過程中，環(huán)境污染和生態(tài)破壞現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，而能源節(jié)約問題也日益突出，在這種情況下，節(jié)能理念開始同各個領(lǐng)域進行緊密結(jié)合。隨著公共建筑不斷增加，要想提升公共建筑的節(jié)能效果，采取有效措施實施科學(xué)的外窗幕墻節(jié)能設(shè)計至關(guān)重要，這就要求我國相關(guān)領(lǐng)域工作人員結(jié)合建筑以及地區(qū)特點，不斷提升設(shè)計的科學(xué)性，才能夠推動我國建筑設(shè)計領(lǐng)域的全面發(fā)展。

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