2009年,广州市进行了大规模的公共建筑能耗调查,结果见下表1:
其中,玻璃幕墙建筑与一般建筑能耗比较很值得大家注意。一般办公建筑平均年能耗为88(kWh/m2.a),某玻璃幕墙建筑为203(kWh/m2.a);综合商业建筑平均年能耗为94(kWh/m2.a),某玻璃幕墙建筑为214(kWh/m2.a);宾馆饭店建筑平均年能耗为147(kWh/m2.a),而某玻璃幕墙建筑为213(kWh/m2.a)。
玻璃幕墙建筑能耗高,主要有以下几方面原因:
(1) 玻璃幕墙建筑围护结构热容量小,容易受到天气变化影响;
(2) 太阳得热大,空调负荷高;
(3) 外立面不容易设置
外遮阳装置;
(4) 保温效果差。
在欧洲,有人甚至认为“玻璃盒子”这样的高耗能建筑是建筑垃圾,正在受到环保人士的批评,但他们却把它搬到了中国。
有的发展商(甚至政府官员)热衷请国际设计事务所设计,这些设计师靠所谓“大手笔”、“大立面”,而节能指标在前期规划成了被人遗忘的角落。有的发展商在项目建设前甚至不知道制冷耗电量有如此大。等到知道了,木已成舟,只有把高额的用电成本摊到进驻用户头上。北京某集团总部大楼,东南向办公室冬季温度高达32℃,不得不请中国建筑科学研究院帮助解决室内环境问题。
一般来说,玻璃幕墙建筑朝东、西的办公室,
室内热环境普遍不佳。玻璃幕墙建筑在下班后空调关闭,无法使用办公室。而且,玻璃幕墙办公室外窗多不能开启,通风换气差。采用内遮阳又严重影响建筑立面效果。
玻璃幕墙建筑在室内环境方面还存在如下问题:
(1) 外区(尤其是东西)房间内太阳辐射强烈,空调虽能降低温度,但辐射太强,仍非常不舒适;
(2) 建筑不同朝向空调需求不同,控制功能差的空调系统往往难以协调;
(3) 玻璃幕墙通风换气装置设置有难度,造价也比较高;
(4) 内遮阳的控制管理有难度,许多建筑的内遮阳效果不佳。
4 建筑节能设计与幕墙的热工设计
解决建筑环境问题和节能首先要从建筑设计开始。建筑幕墙行业的设计人员应该具备一些建筑设计的知识。建筑室内环境与节能设计主要应注意以下几个方面:
(1)应该减少东西朝向幕墙的透明面积;
(2)夏季为主的地区的建筑应减少幕墙的透明面积;
(3)应该严格控制玻璃
采光顶的面积,满足采光即可;
(4)透明部分尽可能采用外遮阳措施;
(5)内遮阳最好采用智能控制,兼顾采光和遮阳;
(6)避免室内区域受阳光直射;
(7)空调系统应根据房间的位置、朝向进行设计计算,控制应多分区域,不同区域单独控制;
(8)南方湿热地区的集中空调系统尽可能采用温度、湿度独立控制。
在玻璃幕墙工程的热工设计方面,幕墙设计人员应在以下几个方面进行认真的设计:
(1)(严寒、寒冷地区)保温设计方面:金属型材应设计隔热构造,非透明部分设保温棉(无机类材料,防火性能好),透明部分采用中空、
低辐射玻璃,开启和固定部分均应有良好的
气密性能。在经济允许的情况下采用
双层幕墙。
(2)防止在幕墙内部产生凝结水。幕墙应有足够好的型材隔热构造(结露验算),非
透明幕墙部分应做好隔汽层,允许的情况下应设计凝结水集排系统。
(3)
建筑遮阳。一般幕墙可采用外遮阳装置,如格栅、百叶、穿孔板、挑檐等。大型玻璃幕墙可采用内遮阳加智能控制,采用遮阳型玻璃(如阳光控制玻璃、Low-E玻璃、热
反射玻璃),双层幕墙中间设遮阳装置等。
(4)设置通风换气系统。可以利用窗台下方、天花上方、型材构造等设置通风换气装置。
在玻璃幕墙的保温设计中,应采用
中空玻璃。如果一般中空玻璃不满足要求,可以加大中空尺寸、采用Low-E中空、充
惰性气体等。如果还不满足要求,可以采用两层或多层中空等。严寒地区可采用双层玻璃幕墙提高保温。
保温型玻璃幕墙应采取措施,避免形成跨越分隔室内外
保温玻璃面板的“热桥”。主要措施包括:采用
隔热型材、连接
紧固件采取隔热措施、采用隐框结构等。保温型玻璃幕墙周边与墙体或其它围护结构连接处应采用有弹性、防潮型
保温材料填塞,缝隙应采用
密封剂或
密封胶密封。
在玻璃幕墙隔热设计中,主要措施是遮阳,降低幕墙的
遮阳系数最为重要。降低遮阳系数可以采用
吸热玻璃、
镀膜玻璃(包括热反射镀膜、Low-E镀膜、阳光控制镀膜等)、吸热中空玻璃、镀膜(包括热反射镀膜、Low-E镀膜、阳光控制镀膜等)中空玻璃等。空调建筑的向阳面,特别是东、西朝向的玻璃幕墙,应采取各种固定或活动式遮阳措施进行遮阳。玻璃幕墙的遮阳应综合考虑建筑效果、建筑功能和经济性,合理采用建筑外遮阳并和特殊的玻璃系统相配合。
幕墙中采用自然通风节能措施。一般,空调状态下建筑物是密闭的,但自然通风好的建筑可以减少空调的使用,从而节约建筑能耗。医院、办公楼、旅馆、学校等公共建筑的外窗应设置足够面积的开启部分。采用玻璃幕墙时,在每个有人员经常活动的房间,玻璃幕墙均应设置可开启的窗扇或独立的通风换气装置。
在
双层通风幕墙设计中,严寒、寒冷地区宜采用空气内循环的双层形式;夏热冬暖地区宜采用空气外循环的双层形式;夏热冬冷地区和温和地区应综合考虑建筑外观、建筑功能和经济性采用不同的形式。空调建筑的双层幕墙内应设置可以调节的活动遮阳装置。
建筑幕墙抗结露设计。严寒、寒冷、夏热冬冷地区建筑的玻璃幕墙应进行结露验算,在设计计算条件下,其内表面温度不应低于室内的
露点温度。建筑幕墙的非透明部分,应充分利用幕墙面板背后的空间,采用高效、耐久的保温材料进行保温。严寒、寒冷地区,幕墙非透明部分面板背后保温材料所在的空间应充分隔汽密封,防止结露。幕墙与主体结构间(除结构连接部位外)不应形成冷桥。在可能无法避免结露幕墙内侧应设置凝结水收集系统。凝结水收集系统应能完全收集幕墙内侧可能出现的凝结水,收集的凝结水应能排放,不能渗漏至室内。现代化的建筑幕墙应设计幕墙的智能化系统。当空调建筑大面积采用玻璃窗、玻璃幕墙时,根据建筑功能、建筑节能的需要,可采用智能化控制的遮阳系统、通风换气系统等。智能化的控制系统应能够感知天气的变化,能结合室内的建筑需求,对遮阳装置、通风换气装置进行实时的控制,达到最佳的室内舒适效果和降低空调能耗。自动化的遮阳装置应实现电动收放、电动调节状态等。在天气方面,应感知阳光
强度、风速、温度、下雨状况等。建筑的室内信息感知应包括室内人员的活动,室内的环境需要等。大型公共建筑,建筑遮阳的自动控制是非常必要的:一方面可以最大限度上满足总体的需要,另一方面满足美观的需要。遮阳控制系统的设计,可以充分利用自然采光,大大节约照明能耗;采用智能控制以达到最佳节能效果;智能化的建筑遮阳不仅可以大大改善室内热环境,而且可以最大限度节省空调能耗;将空调控制和遮阳控制结合,可以产生更好的效果。
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