现代办公建筑立面玻璃幕墙节能设计分析与探讨

现代办公建筑立面玻璃幕墙节能设计分析与探讨

赵要宁

广东世纪达建设集团有限公司

摘要:对建筑立面设计和玻璃幕墙性能参数进行分析，在满足各类强制性技术指标的前提下，整合反射率、遮阳系数和可见光透射比等性能参数，形成一套简

单、协调的幕墙参数系统，并通过选择合适的玻璃幕墙形式，满足节能要求，实

现设计效果。

关键词:建筑立面；玻璃幕墙；反射率遮阳系数；可见光透射比

一、前言

玻璃幕墙是现代主义建筑的主要特征，是现代化都市的标志，也是经济、技术发展水平的代表。在现代建筑中，玻璃幕墙面积超过外观面积的50%，即称玻璃幕墙建筑。相较于传统办公建筑，现代办公客户群体对楼宇的自然采光和视野优化等舒适度的要求越来越高，办公建筑多采用大面积玻璃幕墙，形成简约大气的建筑风格。2021年国家提出“双碳”奋斗目标，对建筑节能率和环境友好性等要求越来越严格，如何在满足建筑功能和舒适度的前提下，充分展现建筑外观效果和品质，降低能耗，减少对周围敏感目标的影响，成为办公建筑立面和幕墙玻璃设计的极大挑战。

二、建筑立面玻璃幕墙的形式

（1）明框形式。“明框”指将玻璃板镶嵌在明框内，构成四边都露出铝框幕墙构件，再将其镶在横梁立柱上，横梁立柱可见，形成了水平和垂直的格线。

（2）半隐框形式。“半隐框”是将玻璃两边对嵌在铝框上，另外两对用结构胶粘结在铝矿上，立柱外露横梁被挡住称为竖框横隐，形成垂直的格线；横梁外露立柱被挡称为横框竖隐，形成水平的格线。

（3）隐框形式。“隐框”是指将玻璃用结构胶粘结在铝框上，使铝框隐藏在玻璃后面，形成大面积的全玻璃镜面，玻璃之间的间隙形成不太明显的格线。

（4）单元式幕墙。单元式幕墙是指在工厂将骨架和板材预拼装成一定大小的安装单元，再运至建筑现场逐个安装，由于是在工厂安装，可用各种构图组合安装单元，设计出不同风格的异形幕墙以显示出艺术效果。

（5）点支式幕墙。点支式玻璃幕墙由装饰面玻璃，驳接组件支承结构组成。按外立面装饰效果分为平头点支式玻璃幕墙和凸头点支式玻璃幕墙。按支承结构分为玻璃肋点支式玻璃幕墙，钢结构点支式玻璃幕墙，钢拉杆点支式玻璃幕墙和钢拉索点支式玻璃幕墙。

三、玻璃幕墙效果和性能参数论证

（1）玻璃幕墙的面积比例。建筑单体的玻璃幕墙高16.2-39.85m，玻墙比0.41-0.63。项目需要对玻璃幕墙的性能参数进行全面、科学的论证，在保证使用功能的基础上，兼顾建筑外观效果和对周边环境的友好、和谐。

（2）影响玻璃幕墙效果的主要因素。影响玻璃幕墙性能和效果的主要因素有反射率、遮阳系数、可见光透射比等。通常反射率越高，玻璃越显通透；遮阳系数越高，遮阳效果越差，玻璃通透性越好；可见光透射比越高，玻璃通透性越好，节能效果越差。

1）玻璃幕墙反射率参数及布置。根据玻璃幕墙管理办法，开展玻璃幕墙光反射影响论证，选取周边敏感目标，如北侧12-02在建住宅、南侧北翟路和西侧外环高架立交等，分析每月1日、11日、21日及春分、夏至、秋分、冬至日玻璃幕墙的眩光影响。结论如下:3#，4#和5#建筑单体局部玻璃幕墙对周边敏感目标会产生眩光，因此采用11%，8%，7%等反射率较低的玻璃，其余建筑单体不产生眩光，可采用15%反射率的玻璃。

2）遮阳构件和遮阳系数。①遮阳构件设置的必要性分析。上海属于夏热冬冷地区，夏季的水平太阳辐射将严重影响室内热环境。通过模拟建筑单体在8月中旬

南立面和西立面有无设置遮阳情况下的室内热辐射水平，进行分析论证。以5#楼为例，建筑不设置遮阳时，中午12点南面会有太阳光射入，大量热辐射进入室内；设置遮阳时，南面太阳光进入较少，相应的热辐射也较少。同样以5#楼为例，建筑不设置遮阳时，在下午16点西面会有强烈的太阳光射入，大量热辐射进入室内；设置遮阳时，西面太阳光进入相对较少，热辐射也相对少。

综上可知:建筑立面采用适当的遮阳系统是减少玻璃幕墙辐射传热、降低建筑能耗的重要途径，遮阳系统和集成技术是建筑被动式节能的重要组成部分。

②遮阳构件尺寸和遮阳系数的关联分析。为了兼顾立面效果和节能要求，项目设置了水平和垂直遮阳构件，尝试1200mm，900mm和600mm三个尺寸，分别以不同的屋顶保温XPS厚度和玻璃遮阳系数进行系统模拟计算(表1)。以5#楼为例，当遮阳构件尺寸从1200mm减小到900mm，屋顶保温层厚度从90mm增加到100mm，维持玻璃遮阳系数0.38不变以保持玻璃较好的通透性；当遮阳构件尺寸从1200mm的减小到600mm，屋顶保温厚度从90mm增加到120mm，才能维持玻璃遮阳系数0.38不变，但这样不仅会突破建筑限高要求，还会影响立面遮阳效果。就5#楼而言，900mm遮阳构件++100mm屋顶保温+遮阳系数0.38的组合可以满足遮阳效果、达到节能要求，符合建筑外立面美观的要求。

四、玻璃幕墙节能形式选择

某项目有8个建筑单体，它们的平面位置、建筑高度和幕墙形式不尽相同，经过模拟计算后，每个建筑单体的各个立面都有一个体现幕墙光反射率、遮阳系数、可见光透射比的参数指标，将各参数整理绘制后可以发现项目的幕墙参数多样而复杂。以玻璃遮阳系数为例，1#至8#楼的计算结果从0.34到0.5不等，也就是说不同建筑、不同立面的玻璃通透性并不一致。例如，对周边敏感目标有眩光影响的幕墙立面为1#楼西面、4#楼南面和东面、3#楼东面、5#楼北面和东面，根据计算结果采取7%，8%和11%等不同的反射率，由此会导致不同建筑、同一建筑不同立面、甚至同一立面不同楼层的玻璃幕墙颜色明暗不均。因此，如果仅仅按照模拟计算结果进行建筑玻璃幕墙设计，就会出现多种幕墙拼凑的现象，完全不能满足立面效果要求。项目幕墙设计的最大挑战就是在满足各类强制性技术指标的前提下，整合反射率、遮阳系数和可见光透射比等性能参数，形成一套简单、协调的幕墙参数系统，实现幕墙性能的均好性。

表1、不同遮阳构件尺寸下的玻璃参数对比

（1）统一玻璃幕墙的各类性能参数。根据表1，采取调整建筑屋顶XPS保温板厚度的方式，使各建筑单体玻璃幕墙遮阳系数统一为0.38，实现项目整体较好的玻璃通透效果。根据光反射报告将反射率减少到两种:对周边敏感目标有眩光影响的统一采用反射率7%的玻璃，没有眩光影响的采用反射率15%的玻璃。

（2）确定遮阳构件种类及位置分布。为了达到较好的遮阳效果，满足节能要求，大部分玻璃幕墙采用900mm水平及L形遮阳幕墙和向外倾斜63。具有自遮阳效果的“菠萝形”幕墙。为兼顾设计效果及建设成本，其余玻璃幕墙采用其他形式，

如450mm水平遮阳的幕墙、简洁的光面幕墙、300mm竖挺的幕墙。

（3）确定幕墙生产及安装方式。幕墙的生产工艺和安装方式也会影响玻璃幕墙效果和性能。根据分类有框架式幕墙和单元式幕墙两种，其中框架式幕墙是指在主体结构上依次安装立柱、横梁和玻璃面板，通常是将所有材料按种类运输到施工现场后逐一进行安装，最大特点是成本较低；单元式幕墙是指各种面板与支撑框架在工厂生产并形成完整的幕墙基本结构单元，运输到施工现场后直接吊装在主体结构上，特点是施工质量可控，但成本较高。

综合分析项目的结构受力形式及外观效果、工艺品质、施工工期和工程造价等方面可知，除了向外倾斜的不规则变化的“菠萝形”幕墙采用框架式幕墙外，其余五种标准幕墙，即900mm水平及L形遮阳幕墙、450mm水平遮阳的幕墙、简洁的光面幕墙、300mm竖挺的幕墙，采用在工厂制作、现场安装的单元式幕墙。

五、深化完善及持续跟踪

玻璃幕墙作为主要的围护结构，对于满足建筑性能和实现外观效果至关重要，且幕墙工程在整个项目中所占的成本比例较高，需要进行大量复核验证以落实方案，具体为:1)对不同玻璃生产厂家的玻璃样品进行测试比对，并对上海地区采用同样参数的玻璃幕墙案例进行考察及效果审视，以最终确定玻璃性能参数；2)幕墙工程实施之前，完成深化图纸并在施工现场制作1:1的幕墙视觉样板，就其性能参数、外观效果、工艺节点进行复核，对投资造价进行充分论证，以确保幕墙工程落实推进；3)从计算模拟的角度来说，采用外遮阳构件会改善幕墙视觉效果，但在部分时间段仍会出现环境眩光及太阳光进入室内的情况，在进行室内装修设计时，还要结合装修效果和使用功能设置内遮阳，以提高建筑的舒适度和节能性。

六、结语

综上所述，玻璃幕墙是实现建筑立面、建筑功能的直接载体，建筑设计的发展与幕墙技术的创新是相辅相承的，正确地认识和把握幕墙对建筑立面设计的作用，在日益注重建筑立面设计的今天和未来具有更加深远的意义。在当前全球节能环保的大背景下，玻璃幕墙节能设计成了公共建筑设计的重要一环。通过对于材料、结构、光照等多个方面的优化，可以为公共建筑创造更为舒适、节能的室内环境，同时降低能源消耗、减少碳排放，应是公共建筑设计中不可或缺的一部分。通过持续的探索和研究，将更多先进科技应用到公共建筑玻璃幕墙的节能设计中，将有望带来愈加出色的节能效果和更为可持续的建筑实践。

参考文献：

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