浅谈寒冷地区的玻璃建筑节能设计

   引言

　　玻璃建筑是一种涵盖丰富、内容广泛的建筑形式，它主要指大面积使用玻璃的建筑。由于玻璃建筑的时尚、轻巧和通透，从20世纪70年代以来，玻璃建筑的发展和应用达到了前所未有的高度。但是，玻璃幕墙的广泛使用也带来了许多问题，如：大量的能源消耗、严重的光污染、二氧化碳的大量排放和视线干扰等。在这些诸多问题中，能源的大量消耗，尤其是寒冷地区的能源消耗一直是困扰玻璃建筑发展的主要方面。如果能源浪费问题不解决，寒冷地区玻璃建筑的发展将会受到很大限制，甚至可以说将会停滞不前。

　　1、影响玻璃建筑节能的因素

　　（1）建筑朝向：玻璃建筑的朝向重点注意：（一）冬季能尽量多的得到太阳辐射热；（二）夏季尽量减少太阳辐射；（三）夏季应该充分利用自然通风，冬季避免冷风直接吹袭。

　　（2）平面布局：对于玻璃建筑，从平面布局来分析，应该进行分区，即南向布置主要房间和大空间，并开大窗或采用玻璃幕墙，而交通核和辅助房间布置在北向或东西向，应开小窗或外挂玻璃幕墙。

　　（3）平面形状：对于玻璃建筑，我们考虑南立面是受益面，其它三面看作是失热面，通过与正方形平面比较，可以得出这样的结论：玻璃建筑平面应按东西长轴布置，边长比取1：1.5～1：4为宜。

　　（4）体形系数：体型系数系指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的建筑体积之比。体型系数越大，说明单位建筑空间所分担的散热面积越大，能耗就越多。从节能的角度讲，合理的设计应基于这一原理，即：应使南向玻璃面吸收的辐射热最大，其尽可能地大于其向外散失的热量。

　　（5）表面面积系数（建筑物其它表面面积和南向面积之比）：对于玻璃建筑从获取更多的日照辐射，降低能耗的观点来看，表面面积系数越小越好。因此，我从节能意义上说，长轴朝向东西的长方形体型最好，正方形次之，而长轴朝向南北方向的长方形体型的建筑节能效果最差。

　　2、节能玻璃分析

　　对于玻璃建筑来讲，玻璃的技术与使用直接关系到建筑的能耗高低，普通玻璃的太阳辐射透过率和传热系数都很高。采用普通玻璃作窗户的建筑，夏季进入室内的太阳辐射热多，空调负荷大；冬季朝室外散失的热量也多，采暖负荷高，为了改善这种状况，需要运用不同种类的节能玻璃，目前主要有镀膜玻璃、中空玻璃、吸热玻璃等。

　　（1）热反射镀膜玻璃：就是在玻璃表面通过物理或化学沉积的方法涂上一层薄膜，由于膜层具有特殊的光热性能——即反射太阳辐射能，因而成为节能型玻璃。这种玻璃主要有以下特性：（一）减弱紫外线通过；（二）较理想的可见光透视比和反射比；（三）较小的遮蔽系数和太阳辐射热透过率；（四）具有较低的传热系数（隔热性能）；（五）明显的地区适应性；（六）丰富多变的反射色调。

　　（2）低幅射镀膜玻璃：就是在玻璃表面上镀一层低辐射薄膜，它对红外辐射有较高的反射能力，同时也意味着薄膜中含有的任何能量作为辐射散发出去是困难的。这种玻璃的主要特性是：对阳光中可见光波段0.3～0.75μm的透射比高达80％以上，足以保证室内亮度，减少照明能耗，对0.75～2.5μm的近红外波段，也有较高的透射比，太阳光的辐射能可有较大部分进入室内。对室内物体发射的2.5～30μm远红外波有高达80％以上的反射比，使室内的热能较少传到室外，这样既能保持室内光线明亮，又能一定程度上减少室内的热负荷，特别是它对2000oC以下物体辐射所产生的远红外线几乎完全不透过。正是这一点促使很多人建议称低辐射玻璃为“保暖玻璃”。

　　（3）中空玻璃：中空玻璃由于在两片玻璃之间形成了一定厚度并被限制了流动的空气或其它气体层，从而减少了玻璃的对流和传导传热。因此，它具有了较好的隔热能力。中空玻璃是一种节能效果非常好的玻璃，不仅因为其自身的节能效果，而且利用中空玻璃可以组合各种节能类型的玻璃，这样就能够在造价合理的范围内达到最大的节能效果。

　　综上所述，通常情况下：冬季，节能效果最好的玻璃是低辐射玻璃，其次是热反射中空、白玻中空和热反射单片，而白玻单片玻璃节能效果最差。夏季，节能效果最好的是低辐射玻璃，其次是热反射玻璃、单片热反射和白玻中空，而白玻单片玻璃节能效果最差。对于全年来说，节能效果最好的还是低辐射玻璃，紧接着依次是热反射中空、单片热反射、白玻中空和白玻单片。所以对于寒冷地区，单从节能效果考虑，宜采用低辐射中空镀膜玻璃为好。

　　3、节能技术措施

　　减小寒冷地区玻璃建筑围护结构热损失是玻璃建筑节能的关键。减少围护结构的热损失，也就是减少围护结构的传热耗热和冷风渗透耗热。具体措施如下：

　　（1）节能玻璃的选用：对于全玻璃幕墙建筑，应根据玻璃所在的位置来确定玻璃品种。南北向应该采用不同的构造措施和节能玻璃来达到最佳的节能效果。寒冷地区，南向玻璃幕墙应该选用遮阳系数适中的低辐射中空玻璃或者是热反射中空玻璃，而北向则建议采用高透光性的中空玻璃或低辐射中空玻璃，这样，可以取得最好的节能效果。

　　（2）节能玻璃的组合使用：不同种类的节能玻璃，其性能长处各不相同，只有根据建筑的地理、气候、功能等条件，在充分了解各种玻璃技术特性的基础上，将其有效组合，才能尽显节能效益。通常节能玻璃的组合有：热反射玻璃与普通单片玻璃、吸热玻璃与普通单片玻璃、低辐射玻璃与普通单片玻璃、低辐射玻璃与热反射玻璃（吸热玻璃）。从节能角度考虑，适合寒冷地区的玻璃组合依次是：低辐射玻璃与热反射玻璃组合的中空玻璃、低辐射中空玻璃、热反射中空玻璃、普通中空玻璃。

　　（3）遮阳技术的使用：遮阳通常有内遮阳、外遮阳、绿化遮阳以及可呼吸幕墙系统等形式。采用遮阳措施不仅是玻璃幕墙建筑节能设计的必要手段，而且是标准较高玻璃幕墙建筑的建筑设计的必要手段。

　　（4）自然通风的使用：自然通风主要是由于在室内外两侧有压力差，所以产生空气流通。形成压力的动力为风力和空气浮升力，他们分别构成风压和热压。在运用自然通风手段时需注意以下几个方面：（一）结合建筑设计统一考虑；（二）高层建筑上部开窗应谨慎；（三）自然通风与机械通风结合考虑。

　　4、结论

　　玻璃建筑是一个功能、技术、美学三方面高度复杂的形体，它的节能设计从能源构想、内容组成和工作过程各方面看，都是一个各技术专业协调合作的多功能系统设计。它与普通建筑节能的最大区别在于不可能满足单一问题的解决，而忽略同时带来的片面性与负面伴生效应（如温室效应）。只有注重技术的整合，正确平衡各决定因素间的综合关系，才是最佳组织节能技术措施的根本方法，籍此灵活利用采光、通风和太阳能，发挥综合节能功效。