玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)中如何選擇幕墻玻璃

【中玻網(wǎng)】玻璃作為一種光學(xué)建筑材料，其節(jié)能效果好壞主要由其光熱物理性能決定。。二玻璃的光熱性能主要體現(xiàn)在對(duì)到達(dá)地面的太陽全光譜的選擇性透過、吸收和反射。

　　1、到達(dá)地面的太陽能光譜

　　圖1的光譜根據(jù)美國國家可更新能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）相關(guān)數(shù)據(jù)制作而成的精簡版本（2004），原數(shù)據(jù)來自Standard ASTM G173-02（ASTM，2003）。

　　從上述光譜圖中，人脈講太陽光譜根據(jù)波長不同劃分成三個(gè)區(qū)域，分別是紫外線、可見光和紅外線。其中人眼課件的部分波長在380-780mm之間的太陽光譜—可見光，這事人們希望通過使用玻璃幕墻進(jìn)入室內(nèi)的部分；而其余的太陽光譜，無論是波長更短的紫外線還是波長更長的紅外線，視覺都是無法感受到的—不可見光，但人們的觸覺卻能夠感受到能量輻射形式的傳播。紫外線對(duì)人體和室內(nèi)家居物品有不同程度的損壞，使人們希望阻隔的；而對(duì)紅外線卻存在兩面性，冬季希望盡量多地進(jìn)入室內(nèi)，夏季則希望盡量少地進(jìn)入室內(nèi)。

　　2玻璃光熱性能物理概念

　　建筑或玻璃鍍膜技術(shù)主要針對(duì)太陽光譜的選擇性透過、吸收和反射二誕生的玻璃加工技術(shù)；由此也衍生了考量建筑幕墻玻璃光熱性能的物理概念—可見光透光率和反射率、太陽能透過率和反射率，太陽能總透過率（g值或SHGC），遮陽系數(shù)（SC）和傳熱系數(shù)U值。

　�。�1）傳熱系數(shù)U值

　　不考量幕墻玻璃對(duì)太陽光的輻射傳熱阻隔能力，僅僅考量由于玻璃的梁側(cè)所處環(huán)境溫度不同時(shí)，通過傳導(dǎo)和對(duì)流方式能量（太陽能轉(zhuǎn)化成的熱能）的傳播速率，在現(xiàn)有鍍膜和中空玻璃技術(shù)下，單腔體鍍膜中空玻璃的U值基本在1.-3.2W（m2·K），無論在什么氣候條件下，U值越低，玻璃兩側(cè)因溫度不同導(dǎo)致的熱傳遞速率越低，對(duì)建筑節(jié)能越有利。類似考量棉被質(zhì)量，無論冬天“保溫”，還是夏天“保冷”（避免冰棍融化），棉被越厚，效果越好。

　�。�2）太陽能透過率、太陽能總透過系數(shù)（g值或SHGC）、遮陽系數(shù)（SC）

　　這兩個(gè)物理概念都考量波長從250-2500mm的太陽光，以輻射傳播方式透過幕墻玻璃的量站照射到幕墻玻璃上太陽光總量的比例，因此是沒有單位的純小數(shù)或百分?jǐn)?shù)；太陽能總透過率（g值或SHGC）和遮陽系數(shù)（SC）的數(shù)值中包含有被幕墻白玻璃吸收后，二次輻射透過幕墻玻璃的太陽能部分，g值（SHGC）-0.87=SC；而太陽能透過率則不包含幕墻玻璃吸收的部分。

　�。�3）可見光透光率

　　考量波長從380-780mm范圍的太陽光（太陽光譜中的一部分），以輻射傳播方式透過幕墻玻璃的量占照射到幕墻玻璃上該波長范圍的太陽光總量的比例，其實(shí)質(zhì)是考量幕墻玻璃的視覺通透性。

　�。�4）可見光反射率和太陽能反射率

　　考量被幕墻玻璃直接以輻射傳播方式反射回去的量占照射到幕墻玻璃太陽光總量的比例，對(duì)應(yīng)太陽光波唱范圍分別是380-780mm和250-2500mm�？梢姽馐翘柟饪偰芰康囊徊糠郑s占50%），與節(jié)能同樣有密不可分的關(guān)系，節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)不容忽視。紫外線部分波長能量非常大、破壞力強(qiáng)，但總量占太陽光總能量卻非常小（2％-3%），一般節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)不做考慮。

　　3選擇幕墻玻璃的基本思路

　　理解了上述太陽光總能量和幕墻玻璃與太陽光有關(guān)物理概念后，給予這些認(rèn)知和概念，在建筑玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，選擇幕墻玻璃的基本思路如下：

　�。�1）應(yīng)考慮目標(biāo)建筑所在地的氣候環(huán)境狀況，不同氣候狀況建筑玻璃幕墻的節(jié)能要點(diǎn)不同在做建筑玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)前，先確認(rèn)建筑所在地的氣候特點(diǎn)、年平均氣溫和太陽能輻照資源情況，例如：夏熱冬冷、夏熱冬暖和溫和地區(qū)，年平均氣溫均≥12℃，冬季時(shí)間短且無需采暖，即使采暖，采暖時(shí)間總體較短（三個(gè)月左右）；而夏季需要制冷時(shí)間較長（至少五個(gè)月），如此整個(gè)建筑節(jié)能的要點(diǎn)在如何阻隔外界熱能通過玻璃幕墻進(jìn)入室內(nèi)。此時(shí)根據(jù)太陽能不同，需要區(qū)別對(duì)待。太陽能資源≥1400（kWh）/m2的地區(qū)，根據(jù)國家節(jié)能規(guī)范規(guī)定，幕墻玻璃的可見光透過率≥0.4，g值（SHGC）≤0.35。而此時(shí)可見光反射率，除各地區(qū)規(guī)范有規(guī)定外，建議盡量接近國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的≤0.3，傳熱系數(shù)選擇≤1.8W/（m2·K），建筑的采光和節(jié)能都達(dá)到較佳狀況，全年綜合節(jié)能效果較佳。但對(duì)于太陽能總輻照＜1400（kWh）/m2的四川、江西、湖南和硅脂等西南大片區(qū)域，由于日照時(shí)間短，日照輻射能小，選擇幕墻玻璃時(shí)可以適當(dāng)放寬g值（SHGC）到≤0.45，適當(dāng)收緊傳熱系數(shù)U值的要求到≤1.6W/（m2·K），而可見光反射率較好是遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)的≤0.3，如此能夠確保建筑在使用過程中，充分利用自然光資源的同時(shí)彌補(bǔ)冬季因?yàn)殛柟赓Y源不足導(dǎo)致的能量散失。

　　寒冷、嚴(yán)寒地區(qū)，太陽能資源均大于1400（kWh）/m2，但年平均氣溫≤12℃，冬季時(shí)間長且需采暖，采暖總體時(shí)間又較長（至少五個(gè)月）；而夏季幾乎無需制冷，即使制冷，時(shí)間總體也較短（三個(gè)月左右）。如此整個(gè)建筑技能的要點(diǎn)在如何保持室內(nèi)熱能不因?yàn)椴Ａ粔θ�。雖然國家節(jié)能規(guī)范規(guī)定幕墻玻璃的可見光透過率≥0.4，但本人建議幕墻玻璃的可見光透過率≥0.45；g值（SHGC）≥0.35盡量再高些，而此時(shí)可見光反射率除有地區(qū)規(guī)范規(guī)定外，壕選擇略小于國家標(biāo)準(zhǔn)的≤0.3，而傳熱系數(shù)選擇至少≤1.6W/（m2·K），壕更低。如此充分利用冬季豐富的太陽光資源，減少采暖能耗；建筑的采光和保溫都達(dá)到較佳狀況，全年綜合節(jié)能效果較佳。

　　（2）需要考慮建筑所在地理位置的維度情況

　　眾所周知，緯度越高太陽高度角越��；緯度越低，太陽高度角越大。太陽高度角越大，太陽能直接進(jìn)入室內(nèi)環(huán)境的比例就小，建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)水平遮陽措施作用明顯，但幕墻玻璃上半部分物理這樣措施所起到的作用減�。惶柛叨冉切�，太陽能進(jìn)入室內(nèi)環(huán)境的總量就大，建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)水平遮陽措施作用微小，但幕墻玻璃上半部分物理遮陽所起到的作用就大。同時(shí)，緯度越高，夏季日照時(shí)間越長；緯度越低，夏季日照時(shí)間越短，反之亦然。這些由于地理位置變化導(dǎo)致太陽能對(duì)建筑的影響，在設(shè)計(jì)玻璃幕墻時(shí)，選擇合適幕墻玻璃，對(duì)建筑節(jié)能又是一種非常有效的措施。例如高緯度地區(qū)，多為寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)，日照資源豐富，在這些區(qū)域，選擇幕墻玻璃時(shí)，每層可視部分的玻璃上部采用彩釉或其他遮掩措施，建筑幕墻結(jié)構(gòu)采用水平遮陽材料，既能夠有效遮擋夏季強(qiáng)烈的陽光，又能夠確保冬季足夠的太陽光能進(jìn)入室內(nèi)，且設(shè)計(jì)合理時(shí)，還賦予建筑裝飾美學(xué)效果。而對(duì)于低緯度地區(qū)或陽光資源不足區(qū)域，這些措施意義就不大了，有時(shí)還適得其反。而劃分緯度高低的界限，建議以37°為界。

　　(3）考慮建筑朝向和設(shè)計(jì)參數(shù)

　　首要原則是建筑窗墻比和幕墻玻璃的可見光透過率，國家的建筑節(jié)能規(guī)范規(guī)定了窗墻比和SHGC的關(guān)系，這些是基本要求。其實(shí)應(yīng)該增加可見光透過率相關(guān)規(guī)定，不應(yīng)直接忽略可見光的能量對(duì)建筑節(jié)能的影響，因此，應(yīng)該以氣候區(qū)域劃分的為依據(jù)，增加對(duì)可見光透過率的規(guī)定。例如寒冷地區(qū)，窗墻比低于0.4的，可見光透過率就必須高于0.6；而夏熱冬冷地區(qū)必須高于0.55；溫暖地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)則必須高于0.50。這樣既保證一定的自然采光，避免室內(nèi)照明的能耗，又阻止因?yàn)榇罅靠梢姽膺M(jìn)入室內(nèi)導(dǎo)致的額外能耗。

　　而針對(duì)建筑朝向，建筑師和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)師需要明確一點(diǎn)，建筑幕墻玻璃的反射顏色色系基本一致的情況下，可見光透過率和可見光反射率相差0.05不會(huì)導(dǎo)致明顯的視覺上的差異。因此可以在玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)上，選擇在不同朝向上使用一個(gè)色系，但玻璃的可見光透過率和反射率不同的玻璃，既顯示建筑的個(gè)性，又對(duì)建筑整體節(jié)能做貢獻(xiàn)。原則是：北向的可見光透過率反射率；東向可見光率比北向略低，反射率也略低；以此類推是南向和西向。調(diào)整的幅度不超過0.05，若希望各朝向明顯有差異則另當(dāng)別論，從節(jié)能角度調(diào)節(jié)的方向順序應(yīng)保持不變，這是考慮了太陽的亮度和高度角后給出的建議。