淺談寒冷地區(qū)的玻璃建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

   引言

　　玻璃建筑是一種涵蓋豐富、內(nèi)容廣泛的建筑形式，它主要指大面積使用玻璃的建筑。由于玻璃建筑的時(shí)尚、輕巧和通透，從20世紀(jì)70年代以來(lái)，玻璃建筑的發(fā)展和應(yīng)用達(dá)到了前所未有的高度。但是，玻璃幕墻的廣泛使用也帶來(lái)了許多問題，如：大量的能源消耗、嚴(yán)重的光污染、二氧化碳的大量排放和視線干擾等。在這些諸多問題中，能源的大量消耗，尤其是寒冷地區(qū)的能源消耗一直是困擾玻璃建筑發(fā)展的主要方面。如果能源浪費(fèi)問題不解決，寒冷地區(qū)玻璃建筑的發(fā)展將會(huì)受到很大限制，甚至可以說(shuō)將會(huì)停滯不前。

　　1、影響玻璃建筑節(jié)能的因素

　　（1）建筑朝向：玻璃建筑的朝向重點(diǎn)注意：（一）冬季能盡量多的得到太陽(yáng)輻射熱；（二）夏季盡量減少太陽(yáng)輻射；（三）夏季應(yīng)該充分利用自然通風(fēng)，冬季避免冷風(fēng)直接吹襲。

　�。�2）平面布局：對(duì)于玻璃建筑，從平面布局來(lái)分析，應(yīng)該進(jìn)行分區(qū)，即南向布置主要房間和大空間，并開大窗或采用玻璃幕墻，而交通核和輔助房間布置在北向或東西向，應(yīng)開小窗或外掛玻璃幕墻。

　�。�3）平面形狀：對(duì)于玻璃建筑，我們考慮南立面是受益面，其它三面看作是失熱面，通過與正方形平面比較，可以得出這樣的結(jié)論：玻璃建筑平面應(yīng)按東西長(zhǎng)軸布置，邊長(zhǎng)比取1：1.5～1：4為宜。

　�。�4）體形系數(shù)：體型系數(shù)系指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的建筑體積之比。體型系數(shù)越大，說(shuō)明單位建筑空間所分擔(dān)的散熱面積越大，能耗就越多。從節(jié)能的角度講，合理的設(shè)計(jì)應(yīng)基于這一原理，即：應(yīng)使南向玻璃面吸收的輻射熱最大，其盡可能地大于其向外散失的熱量。

　　（5）表面面積系數(shù)（建筑物其它表面面積和南向面積之比）：對(duì)于玻璃建筑從獲取更多的日照輻射，降低能耗的觀點(diǎn)來(lái)看，表面面積系數(shù)越小越好。因此，我從節(jié)能意義上說(shuō)，長(zhǎng)軸朝向東西的長(zhǎng)方形體型最好，正方形次之，而長(zhǎng)軸朝向南北方向的長(zhǎng)方形體型的建筑節(jié)能效果最差。

　　2、節(jié)能玻璃分析

　　對(duì)于玻璃建筑來(lái)講，玻璃的技術(shù)與使用直接關(guān)系到建筑的能耗高低，普通玻璃的太陽(yáng)輻射透過率和傳熱系數(shù)都很高。采用普通玻璃作窗戶的建筑，夏季進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱多，空調(diào)負(fù)荷大；冬季朝室外散失的熱量也多，采暖負(fù)荷高，為了改善這種狀況，需要運(yùn)用不同種類的節(jié)能玻璃，目前主要有鍍膜玻璃、中空玻璃、吸熱玻璃等。

　�。�1）熱反射鍍膜玻璃：就是在玻璃表面通過物理或化學(xué)沉積的方法涂上一層薄膜，由于膜層具有特殊的光熱性能——即反射太陽(yáng)輻射能，因而成為節(jié)能型玻璃。這種玻璃主要有以下特性：（一）減弱紫外線通過；（二）較理想的可見光透視比和反射比；（三）較小的遮蔽系數(shù)和太陽(yáng)輻射熱透過率；（四）具有較低的傳熱系數(shù)（隔熱性能）；（五）明顯的地區(qū)適應(yīng)性；（六）豐富多變的反射色調(diào)。

　　（2）低幅射鍍膜玻璃：就是在玻璃表面上鍍一層低輻射薄膜，它對(duì)紅外輻射有較高的反射能力，同時(shí)也意味著薄膜中含有的任何能量作為輻射散發(fā)出去是困難的。這種玻璃的主要特性是：對(duì)陽(yáng)光中可見光波段0.3～0.75μm的透射比高達(dá)80％以上，足以保證室內(nèi)亮度，減少照明能耗，對(duì)0.75～2.5μm的近紅外波段，也有較高的透射比，太陽(yáng)光的輻射能可有較大部分進(jìn)入室內(nèi)。對(duì)室內(nèi)物體發(fā)射的2.5～30μm遠(yuǎn)紅外波有高達(dá)80％以上的反射比，使室內(nèi)的熱能較少傳到室外，這樣既能保持室內(nèi)光線明亮，又能一定程度上減少室內(nèi)的熱負(fù)荷，特別是它對(duì)2000oC以下物體輻射所產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線幾乎完全不透過。正是這一點(diǎn)促使很多人建議稱低輻射玻璃為“保暖玻璃”。

　�。�3）中空玻璃：中空玻璃由于在兩片玻璃之間形成了一定厚度并被限制了流動(dòng)的空氣或其它氣體層，從而減少了玻璃的對(duì)流和傳導(dǎo)傳熱。因此，它具有了較好的隔熱能力。中空玻璃是一種節(jié)能效果非常好的玻璃，不僅因?yàn)槠渥陨淼墓?jié)能效果，而且利用中空玻璃可以組合各種節(jié)能類型的玻璃，這樣就能夠在造價(jià)合理的范圍內(nèi)達(dá)到最大的節(jié)能效果。

　　綜上所述，通常情況下：冬季，節(jié)能效果最好的玻璃是低輻射玻璃，其次是熱反射中空、白玻中空和熱反射單片，而白玻單片玻璃節(jié)能效果最差。夏季，節(jié)能效果最好的是低輻射玻璃，其次是熱反射玻璃、單片熱反射和白玻中空，而白玻單片玻璃節(jié)能效果最差。對(duì)于全年來(lái)說(shuō)，節(jié)能效果最好的還是低輻射玻璃，緊接著依次是熱反射中空、單片熱反射、白玻中空和白玻單片。所以對(duì)于寒冷地區(qū)，單從節(jié)能效果考慮，宜采用低輻射中空鍍膜玻璃為好。

　　3、節(jié)能技術(shù)措施

　　減小寒冷地區(qū)玻璃建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失是玻璃建筑節(jié)能的關(guān)鍵。減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失，也就是減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱和冷風(fēng)滲透耗熱。具體措施如下：

　�。�1）節(jié)能玻璃的選用：對(duì)于全玻璃幕墻建筑，應(yīng)根據(jù)玻璃所在的位置來(lái)確定玻璃品種。南北向應(yīng)該采用不同的構(gòu)造措施和節(jié)能玻璃來(lái)達(dá)到最佳的節(jié)能效果。寒冷地區(qū)，南向玻璃幕墻應(yīng)該選用遮陽(yáng)系數(shù)適中的低輻射中空玻璃或者是熱反射中空玻璃，而北向則建議采用高透光性的中空玻璃或低輻射中空玻璃，這樣，可以取得最好的節(jié)能效果。

　�。�2）節(jié)能玻璃的組合使用：不同種類的節(jié)能玻璃，其性能長(zhǎng)處各不相同，只有根據(jù)建筑的地理、氣候、功能等條件，在充分了解各種玻璃技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，將其有效組合，才能盡顯節(jié)能效益。通常節(jié)能玻璃的組合有：熱反射玻璃與普通單片玻璃、吸熱玻璃與普通單片玻璃、低輻射玻璃與普通單片玻璃、低輻射玻璃與熱反射玻璃（吸熱玻璃）。從節(jié)能角度考慮，適合寒冷地區(qū)的玻璃組合依次是：低輻射玻璃與熱反射玻璃組合的中空玻璃、低輻射中空玻璃、熱反射中空玻璃、普通中空玻璃。

　�。�3）遮陽(yáng)技術(shù)的使用：遮陽(yáng)通常有內(nèi)遮陽(yáng)、外遮陽(yáng)、綠化遮陽(yáng)以及可呼吸幕墻系統(tǒng)等形式。采用遮陽(yáng)措施不僅是玻璃幕墻建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的必要手段，而且是標(biāo)準(zhǔn)較高玻璃幕墻建筑的建筑設(shè)計(jì)的必要手段。

　　（4）自然通風(fēng)的使用：自然通風(fēng)主要是由于在室內(nèi)外兩側(cè)有壓力差，所以產(chǎn)生空氣流通。形成壓力的動(dòng)力為風(fēng)力和空氣浮升力，他們分別構(gòu)成風(fēng)壓和熱壓。在運(yùn)用自然通風(fēng)手段時(shí)需注意以下幾個(gè)方面：（一）結(jié)合建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮；（二）高層建筑上部開窗應(yīng)謹(jǐn)慎；（三）自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)結(jié)合考慮。

　　4、結(jié)論

　　玻璃建筑是一個(gè)功能、技術(shù)、美學(xué)三方面高度復(fù)雜的形體，它的節(jié)能設(shè)計(jì)從能源構(gòu)想、內(nèi)容組成和工作過程各方面看，都是一個(gè)各技術(shù)專業(yè)協(xié)調(diào)合作的多功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它與普通建筑節(jié)能的最大區(qū)別在于不可能滿足單一問題的解決，而忽略同時(shí)帶來(lái)的片面性與負(fù)面伴生效應(yīng)（如溫室效應(yīng)）。只有注重技術(shù)的整合，正確平衡各決定因素間的綜合關(guān)系，才是最佳組織節(jié)能技術(shù)措施的根本方法，籍此靈活利用采光、通風(fēng)和太陽(yáng)能，發(fā)揮綜合節(jié)能功效。