首页 > 专利学习

全玻璃幕墙三星级绿建筑节能设计探讨

摘要：绿建筑评价标准GB50378-2019增加了三星级绿建筑的节能门槛要求。为研究夏热冬暖地区全玻璃幕墙办公建筑实现三星级节能阈值指标的可行性，通过典型案例分析，从建筑减载和围护结构热工性能指标提升两个路径探讨达标方法，得出建筑减载15%基本不可行的结论。隔热铝合金框架加入低透光双银/三银Low-E中空玻璃，可实现围护结构热工性能指标的提升，为夏热冬暖地区全玻璃幕墙建筑的三星级绿建筑提供设计参考。

关键词:全玻璃幕墙；三星级绿建筑；节能阈值

水过滤板引言

《绿建筑评价标准》GB50378-2019于2019年8月1日起实施(以下简称新国标)。与上一版评价标准相比，新国标对一星级、二星级、三星级绿建筑增加了基本技术要求(以下简称门槛指标)。其中，对于三星级绿建筑，“围护结构热工性能提高20%或建筑采暖空调负荷降低15% [1]。目前越来越多的写字楼为了追求整体立面效果和用户的观赏感受，设计了全玻璃幕墙。对于全玻璃幕墙办公建筑，当窗墙面积比过高时，GB50189对玻璃幕墙的热工性能要求很高，使得办公建筑很难达到新国标三星级绿建筑的节能门槛指标。

为研究夏热冬暖地区全玻璃幕墙办公建筑实现三星级节能阈值指标的可行性，通过典型案例分析，分别判断建筑采暖空调负荷降低和围护结构热工性能指标提高，探讨满足节能阈值指标的方法。

1案例信息

硅片切割

以一栋锯齿形全玻璃幕墙的办公楼为例，本案总建筑面积约28000m2，地上8层，建筑朝北111度。施工单位对建筑外立面无外遮阳要求高。

2权衡判断建筑采暖空调负荷降低情况

降低建筑采暖空调负荷，归根结底是降低屋顶(屋面保温)、外墙(外墙保温)、幕墙(幕墙保温)的传热系数和外窗(幕墙遮阳)的太阳能热增益系数。由于全玻璃幕墙建筑的外墙可以忽略，因此利用太古节能设计的BECS2020软件进行如下节能权衡计算，分析屋面保温、幕墙保温、幕墙遮阳的节能效果。

2.1屋顶隔热的影响

在本案其他参数不变的情况下，屋面挤塑聚苯板厚度分别设定为62mm、70mm、80mm、90mm、120mm。经过节能权衡，得出设计建筑能耗值和年减荷幅度。屋面保温层厚度每增加10毫米，年荷载将减少约0.18%。

2.2幕墙保温的影响

在案例工程其他参数不变的情况下，幕墙传热系数分别设定为2.52、2.40、2.30、2.20和2.00 W/(k)，通过节能权衡计算得出设计建筑的能耗值和年减荷幅度。幕墙传热系数每降低0.1 W/(k)，年负荷降低约0.5%。在夏热冬暖地区，玻璃幕墙传热系数设计为2.0w/(k)基本是极限。试管架

2.3幕墙遮阳效果

保持案例项目其他参数不变，幕墙太阳热系数分别设为0.23、0.22、0.21、0.20、0.18。经过节能权衡，得出设计建筑能耗值和年减荷幅度。幕墙太阳能热增益系数每降低0.01 W/(k)，年负荷就降低0.5%左右。在夏热冬暖地区，玻璃幕墙的太阳能得热系数设计到0.18基本是极限。即使设置中央百叶帘，年减荷也只能达到8.83%，会影响建筑的立面效果。

2.4权衡判断可行性分析

从权衡来看，夏热冬暖地区全玻璃幕墙建筑，屋面保温层厚度每增加10mm，年荷载将减少0.18%左右；幕墙传热系数每降低0.1 W/(k)，年负荷降低约0.5%。幕墙太阳能热增益系数每降低0.01，年负荷就降低0.5%左右。为使年负荷降低15%，需对屋面保温、幕墙保温、幕墙遮阳进行改善，基本改善比例接近建材产品限值，成本相对较高。因此，对于全玻璃幕墙建筑，这种做法的可行性较低。

3围护结构热工性能的改善

根据新国标，对于夏热冬暖地区，绿建筑三星节能的门槛指标可以不考虑屋顶、外墙和外窗(幕墙)传热系数的提高，而只考虑外窗(幕墙)太阳能热增益系数的降低。虽然没有考虑传热系数的提高，但必须以满足《公共建筑节能设计标准》的规定指标为基础。对于这种情况，屋面和外墙的传热系数已经满足规定指标，因此设计难点在于玻璃幕墙的传热系数和太阳得热系数，主要表现在①幕墙的整体传热系数应小于2.5w/(k)；②幕墙的SHGC应小于0.176(在0.22的基础上减少20%)；③幕墙可见光透射比应大于0.4。

众所周知，玻璃的太阳热增益系数与可见光透过率成反比。既要考虑太阳能热增益系数，又要考虑玻璃幕墙的可见光透过率，因此这种情况下幕墙玻璃选择的局限性大大增加。

3.1铝合金车架选择

根据幕墙整体传热系数小于2.5w/(k)的要求，根据jgj/t151-2008 [4]的规定，幕墙整体传热系数的计算方法为:kw =(σAg kg+σAP KP+σaf KF+σLGσg+σLPσAg-玻璃面积；LG-玻璃边长；kg——玻璃的传热系数；ψg——玻璃线的传热系数；Ap—不透明面板的面积；LP-不透明面板的边缘长度；KP——不透明面板的传热系数；ψ p ——不透明面板的线性传热系数；Af—框架区域；Kf—框架的传热系数。

在选用中空玻璃、框窗比为0.3的前提下，若选用普通铝合金框架(KF = 6.5w/(k))，按不利原则忽略线传热，则幕墙整体传热系数为KW = 0.7 kg+0.3× 6.5 ≤ 2.5，即玻璃传热系数为KG ≤ 0.78W/(k)。福建没有合适的产品2015-J-39 [5]《福建省民用建筑围护结构节能工程实践与数据》。因此，全玻璃幕墙建筑不能采用普通铝合金框架，而必须采用保温型材框架。

3.2玻璃选择

对于幕墙整体来说，太阳热增益系数小于0.176，可见光透过率大于0.4。根据《公共建筑节能设计标准》和《民用建筑热工设计规范》gbb50176-2016 [6]，幕墙太阳能热增益系数的计算方法如下:

Shgc = (∑ g ag+∑ ρ af KF/α e)/aw公式:SHGC——幕墙太阳热增益系数；g-幕墙透明部分的总太阳辐射透过率，g = 0.87 seρ——门窗幕墙非透明部位的太阳辐射吸收系数；KF——门窗和幕墙中不透明部分的传热系数；αe—外表面流的传热系数，取值为16；ag-幕墙中透明部分的面积；af-幕墙不透明部分的面积；Aw—幕墙面积。在铝合金框架保温的前提下(KF = 4.0w/(k))，幕墙整体太阳能热增益系数要求如下:

SHGC=0.7×0.87×Se+0.075×ρ≤0.176当框面为浅漆(ρ=0.5)时，玻璃的遮阳系数应为Se≤0.20，可见光透射比大于0.4，因此《福建省民用建筑围护结构节能工程实践与数据》中无法选取有效产品。当边框表面为抛光表层(ρ=0.12)时，玻璃的遮光系数应Se≤0.274，可见光透过率应大于0.4。《福建省民用建筑围护结构节能工程实践与数据》中只有低透光双银低辐射中空玻璃满足参数要求。根据市场调查，无论是低透光双银Low-E中空玻璃还是低透光三银Low-E中空玻璃都能够满足上述参数要求

自动化测试脚本

4结论

在全玻璃幕墙建筑无外遮阳的情况下，通过对福州地区典型案例的分析，研究了两种方式实现全玻璃幕墙建筑三星级节能门槛指标的可行性。可为夏热冬暖地区全玻璃幕墙建筑设计提供设计参考。

(1)通过节能权衡的方式，建筑采暖空调负荷可降低15%，建筑围护结构热工性能要求接近建材极限，难以实现。

(2)在夏热冬暖地区，只能考虑降低幕墙的太阳能得热系数，因此三星门槛的绿建筑可以通过提高围护结构热工性能20%来实现，对幕墙系统的要求如下；传热系数小于2.5w/(k)，可见光透过率大于0.4，太阳热系数小于0.176。请参考以下做法:

①幕墙框架采用抛光面层(太阳辐射吸收系数小于0.2)，全幕墙采用热切割铝合金6Low-E双银+12A+6透明幕墙。

②幕墙框架采用抛光面层(太阳辐射吸收系数小于0.2)，全幕墙采用热切割铝合金6Low-E三银+12A+6透明幕墙。

钍燃料

参考文献

［1］中国建筑科学研究院有限公司．绿建筑评价标准:GB/T50378－2019［S］．北京:中国建筑工业出版社，2019．

［2］中国建筑科学研究院．公共建筑节能设计标准:GB50189－2015［S］．北京:中国建筑工业出版社，2015．

［3］福建省建筑科学研究院有限责任公司．福建省公共建筑节能设计标准:DBJ13－305－2019［S］．福建，2019．