摘要：本文论述建筑节能的设计就是考虑对外围护结构进行隔热保温，提出我国当前建筑幕墙保温性能的现状和提高建筑幕墙保温性能的途径。
关键词：幕墙 节能
建筑幕墙是建筑外围护结构，其保温性能较为薄弱。我国建筑能耗已占全总能耗的25%，而建筑幕墙使用能耗约占整个建筑物使用能耗的50%，十分可观。建筑节能已引起政府和社会的普遍关注。依据国家《节约能源法》，1999年10月建设已颁发了《民用建筑节能管理暂行规定》，“十五”我国建筑节能的第三阶段再节能30%的工作目标已开始实施，对建筑幕墙保温性能提出了更高要求。虽然我国在幕墙的节能研究开发的技术引进方面作了大量工作,总体上说幕墙保温性能有较大提高，基本上能满足我国当前建筑节能的需要。但与先进国家相比，仍有较大差距。
一、当前建筑幕墙保温性能的现状：
随着《公共建筑节能设计标准》（GB20189-2005）的贯彻执行，研究开发保温性能好的新型节能幕墙是当前的主攻方向。我国是一个南北气候差很大，各地经济资源的技术水平发展不平衡的国家，应以研究开发适合我国国情的不同类型的节能幕墙来满足不同需求。为了满足不同地区和不同档次要求，我国相继开发出各种形式的玻璃、铝板、石材及不锈钢幕墙。经科研、设计和生产部门的努力，各种形式的具备节能措施的幕墙相继投入使用，从而打破了过去明框幕墙一统天下的局面。为了提高幕墙的保温性能，幕墙厂家先后引进断热铝型材和低辐射膜（LOW-E）中空玻璃生产线，生产出档次更高的节能保温幕墙。而在幕墙外加设遮阳板，以及引进国外比较先进的双层通风幕墙则是当今各设计单位的主要科研课题。
二、提高建筑幕墙保温性能的途径：
幕墙是由各种不同材性的材料拼装而成，它的保温性能受型材断面设计、玻璃层数，镀膜与否，两玻之间空气层厚度，断热桥长度、立面设计等多种因素影响，彼此差别很大。下面从传热系数(K值)对比幕墙的保温性能：
1、隐框玻璃幕墙保温性能优于无断热铝型材的明框玻璃幕墙；
2、中空玻璃的保温性能明显优于同类结构的单片玻璃；
3、单层铝板幕墙是保温性能最差的一类幕墙；在寒冷的北方必需加设保温棉才能达到设计要求；
4、明框幕墙采用铝合金断热型材保温性能明显优于不断热的幕墙，铝合金断热LOW-E中空玻璃幕墙的保温性能比铝合金断热中空白玻璃幕墙更好。
中空玻璃幕墙节能明显优于单片玻璃幕墙，尤其是断热铝型材的节能效果更好。断热铝型材LOW-E中空玻璃幕墙节能效果达59～66%，双层通风LOW-E中空玻璃幕墙节能达75%，效果更佳。
要提高建筑幕墙保温性能，首先应弄清楚影响它的主要因素，有针对性地加以解决，才能收到较好的效果。下面谈几点看法。
1、铝型材断面设计
型材断面形式是影响幕墙保温性能的因素之一。金属与非金属的热工特性差别很大，传热系数K（W/m2・K）愈大传热能力愈强。与幕墙密切相关的材料传热系数，玻璃为1.0，铝为203，PVC塑料为0.14。铝合金龙骨是幕墙的支撑体系，明框玻璃幕墙铝合金型材贯穿室内外，在表面积中占有一定比例，由于铝材的导热系数比玻璃大得多，于是在明框处形成一道“冷桥”。从保温角度，型材断面最好设计为多腔型材，腔壁垂直于热流方向分布。因为型材内的多道腔壁对通过的热流起到多重阻隔作用，腔内传热（对流、辐射和导热）相应被削弱。特别是辐射传热强度随腔数量增加而成倍减少。但对于金属型材（如铝型材），虽然也是多腔，保温性能的提高并不理想，其原因是铝材导热性能太好，通过腔壁传导的热量远远大于腔内空气的导热、对流和壁面辐射传热量之和。为了减少金属框的传热，可用PVC塑料作断热桥对金属型材作断热处理，这里需要指出的是断热桥应有足够长度（指金属断开的距离），才能保证断热桥有足够大的热阻R （m2・K/W），否则金属断热型材传热能力降低效果不明显。我国目前采用的铝合金断热桥长度一般为5mm，长度偏小是导致铝合金断热幕墙保温性能不理想的原因之一，断热桥一般不宜小于15mm。
2、提高玻璃的质量
玻璃是非金属材料，虽然它的传热系数K仅为0.8～1.0W/m2・K，远远低于金属，但单片玻璃厚度一般为6mm，自身热阻R非常小，几乎可以忽略不计。对于玻璃幕墙的传热量十分可观。因此提高幕墙玻璃质量是改善幕墙保温性能的重要途径之一。
（1）改变玻璃结构
采用中空玻璃保温性能会明显提高。玻璃保温性能的提高并不是玻璃厚度增加的缘故，而是两片玻璃之间形成的密闭空气层具有良好的保温性能。密闭的空气层具有一定的热阻R（m2・K/W），它随空气层厚度改变而变化：δ=0～10mm，R随δ增加几乎成直线变化；δ=10～30mm，R随δ增加成抛物线变化；δ>30mm R随δ增加几乎不变。合理选择两玻之间的空气厚度δ，可以获得良好的保温性能和经济效果。δ一般不宜小于9 mm。如果型材断面尺寸允许，δ尽可能作大些。δ偏小会降低保温性能，δ太大既不经济，保温效果增加也不明显。
（2）玻璃镀膜
①．采用热反射镀膜玻璃
热反射镀膜玻璃又称阳光控制膜玻璃，是在优质浮法玻璃表面用真空磁控阴极溅射的方法镀一至多层金属或化合物薄膜而成。薄膜的主要功能是按需要的比例控制太阳直接辐射的反射、透过和吸收，并产生需要的反射颜色。采用热反射镀膜玻璃的一大优点就是能够保证透过适量的自然光，同时又能够阻隔太阳热进入室内，从而节约照明费用及空调电费等。产品颜色可选择范围宽，其反射率绝大多数都在30％以下。
②．采用低辐射镀膜玻璃
低辐射镀膜玻璃（又称LOW-E玻璃）的节能体现在其对阳光热辐射的遮蔽性――即隔热性，对暖气外泄的阻挡性――即保温性两个方面。因使用地域和设计要求的不同，LOW―E玻璃划分为遮阳型、高透型两大系列。
高透型LOW―E玻璃的特点是具有较高的可见光透过率，较高的太阳能透过率及极高的远红外线反射率。其保温性特点使其适用于北方寒冷地区，冬季允许太阳热辐射进入室内以增加室内的热能，并将室内暖气、家用电器及人体发出的远红外热暖气反射回室内，有效降低暖气的能耗。其高透光率特点使其适用于不分地域的高通透性外观设计的建筑，使建筑物透明、通透，突出自然光采。
实验证明，中空玻璃镀低辐射膜（其中一块玻璃镀膜）后，中空玻璃的热工性能明显改善。传热系数K（W/m2・K）由普通中空玻璃的3.0～3.1降为1.7～2.3；在热箱、冷箱温度分别为18℃和-20℃左右试验条件下，里层玻璃内表面温度由4℃左右上升为9℃左右。用空气层厚度为12mm的低辐射中空玻璃作成铝合金断热幕墙，传热系数K降到1.7W/m2・K，基本上能满足我国北方严寒地区保温要求。
遮阳型LOW―E玻璃的特点是具有适中的可见光透过率，较低的太阳能透过率及极高的远红外线反射率。其隔热性、保温性特点使其不仅适用于南方地区，也适用于北方地区，夏季可有效地阻挡太阳照射的热能进入室内（85～90%），并反射来自室外的背景远红外热辐射。尽管冬季它限制了部分太阳热能的进入，但夏季它将限制更多的太阳热能进入，因为冬季的太阳能强度仅为夏季的1/3左右，此外其保温性能也未受到影响。事实上,对我国沈阳以北地域冬、夏两季节能效果的综合模拟计算显示，其节能效率优于高透型LOW-E玻璃。
对于南方地区，如果在中空玻璃的外层玻璃镀热反射膜，内层玻璃镀低辐射膜，不但将照射在玻璃上的太阳辐射热的85～90%被反射回去，而且中空玻璃的传热能力明显降低，对降低夏季建筑物内的空调负荷有重要作用。
3、采用遮阳措施
采用遮阳措施对南方炎热地区是最有效的节能办法。在夏季，阳光透过玻璃射入室内，是造成室内过热的主要原因。特别在南方炎热地区，如果人体再受到阳光的直接照射，将会感到炎热难受。在玻璃幕墙上设置遮阳系统，可以最大限度减少阳光的直接照射，从而避免室内过热。设置遮阳后，会有以下作用及效果：
（1）遮阳对太阳辐射的作用。外围护结构的保温隔热性能受许多因素的影响，其中影响最大的指标就是遮阳系数。一般来说，遮阳系数受到材料本身特性和环境的控制。遮阳系数就是透过有遮阳措施的围护结构和没有遮阳措施的围护结构的太阳辐射热量的比值。遮阳系数愈小，透过外围护结构的太阳辐射热量愈小，防热效果愈好。在广州地区进行实测得到的各主要朝向窗口的遮阳系数分别为：西向17%，南向45%，北向60%。由此可见，遮阳对遮挡太阳辐射热的效果是相当大的，玻璃幕墙建筑设置遮阳措施更是效果明显。
（2）遮阳对室内温度作用。遮阳防止室内温度上升有明显作用，在广州某西向房间试验观测表明：在闭窗的情况下，有、无遮阳 ，室温最大差值达20 C,平均差值1.4 0 C。而且有遮阳时，房间温度波幅值较小，室温出现最大值的时间延迟，室内温度场均匀。因此，遮阳对空调房间可减少冷负荷，所以对空调建筑来说，遮阳更是节约电能的主要措施之一。
（3）遮阳对采光的作用。从天然采光的观点来看，遮阳措施会阻挡直射阳光，防止眩光，使室内照度分布比较均匀，有助于视觉的正常工作。对周围环境来说，遮阳可分散玻璃幕墙的玻璃（尤其是镀膜玻璃）的反射光，避免了大面积玻璃反光造成光污染。但是，由于遮阳措施有挡光作用，从而会降低室内照度，在阴雨天更为不利。因此，在遮阳系统设计时要有充分的考虑，尽量满足室内自然采光的要求。
（4）遮阳对建筑外观的作用。一般人都认为玻璃幕墙设计只能平板化，无法设计外遮阳等遮阳设施，但是由国外的许多案例我们可以发现金属玻璃幕墙能以轻巧的金属板设计成优美的遮阳形式并成为建筑造型有趣的一部份。遮阳系统在玻璃幕墙外观的玻璃墙体上形成光影效果，体现出现代建筑艺术美学效果。因此，在欧洲建筑界，已经把外遮阳系统作为一种活跃的立面元素，加以利用，甚至称之为双层立面形式。一层是建筑物本身的立面，另一层则是动态的遮阳状态的立面形式。这种具有“动感”的建筑物形象不是因为建筑立面的时尚需要，而是现代技术解决人类对建筑节能和享受自然需求而产生的一种新的现代建筑形态。
（5）遮阳对房间通风的影响。遮阳设施对房间通风有一定的阻挡作用，在开启窗通风的情况下，室内的风速会减弱22-47%，具体视遮阳设施的构造情况而定。而对玻璃表面上升的热空气有阻挡作用，不利散热，因此在遮阳的构造设计时应加以注意。
4、采用双层通风幕墙
双层幕墙是由内外两层幕墙有机地组成，能产生较普通幕墙更优越的功能作用的幕墙系统。双层幕墙的类型按空气流在幕墙中的循环方式分有封闭式内循环和开放式外循环双层幕墙。目前应用最广泛的形式是开放式外循环双层幕墙，开敞式外通风幕墙的内幕墙是封闭的，采用中空玻璃；外幕墙采用单层玻璃，设有进风口和排风口。它的工作原理如下：在炎热的夏天，强烈的太阳透过外层幕墙加热通道中的空气，产生“烟囱效应”，热空气从外层幕墙顶部流出，外界相对较“冷”的空气从外层幕墙的底部进入补充，实现双层幕墙“通风。”由于通风作用，流动的空气带走内层幕墙外表面的热量，使从内层幕墙外表传入内表面（即室内）的热量大大减少，这就可以降低室内的空调负载，实现节能；在寒冷的冬天，将外层幕墙顶部的出风口关闭，室外的太阳光加热通道中的空气，通道中的热空气不能流出，使内层幕墙外表面的温度提高，减少内层幕墙内外表面间的温差，即可减少室内热量向外界传播，从而降低室内采暖负荷，实现节能，此即所谓“温室效应”。
双层幕墙无须专用机械设备，完全靠自然通风，维护和运行费用低，能有效地起到隔热和保温作用。但同时双层幕墙技术较复杂，又多了一道外幕墙，造价较高。我国双层通风幕墙尚处在发展、研究初期，国外应用时间也不长，仍需要各幕墙设计和施工单位多作研究及实践。
三、节能幕墙发展的探讨
当前，我国建筑幕墙的保温性能总体水平与国外有较大差距，北欧和北美国家幕墙传热系数K值已达到1.0（W/m2・K）以下。我国是能耗大国，随着国民经济的发展，能耗的增量和增速愈来愈快，环保节能问题已被越来越多的人所认识和重视，甚至把它提高到有关建筑幕墙的可持续发展和国家经济的可持续发展的战略高度来认识，节能势在必行，节能工作已是我国的重要产业政策，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，对建筑幕墙的质量使用功能和装饰效果要求会更高，研究开发新型节能幕墙是今后的主攻方向。当前要以政策为指导，以市场为导向，以技术为依托，协调发展、完善多层多品种节能幕墙，满足当前建筑市场的需要。同时要有超前的意识，吸收国外先进技术，研究开发适合我国未来建筑市场所需的新型节能幕墙，重点应放在提高北方严寒地区幕墙保温性能。
参考文献
[1] 《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003.中华人民共和国建设部，北京：中国工业出版社，2003年3月28日
[2] 《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005.中华人民共和国建设部，北京：中国工业出版社，2005年4月4日
[3] 建筑玻璃的节能特性许武毅著
