河海大学文天学院 建筑装饰材料报告书
系 别： 土木工程系
专 业： 11级土木4班 姓 名： 陈 云
学 号： 110710401
指导老师：
袁 雪 莲
2013年10月
玻璃幕墙建筑的的耗能分析及其节能措施
摘要：本文以某博览中心展厅为建筑模型,采用EnergyPlus软件模拟了采用不同玻璃的玻璃幕墙建筑设计日冷、热负荷及月能耗和全年能耗。分析了玻璃类型和地理位置对玻璃幕墙建筑能耗的影响。结果表明,二者的影响很大。本文还简单介绍了玻璃幕墙对节能的影响，并介绍了针对玻璃幕墙建筑的几种节能措施%以某高校玻璃幕墙图书馆为例，分析了玻璃幕墙在实际应用中的一些欠缺，并提出几种节能措施。
关键字：玻璃幕墙 玻璃类型 设计日负荷 能耗 遮阳
一、玻璃幕墙建筑能耗分析
采用大面积玻璃幕墙作为围护结构,室内平均辐射温度与传统围护结构建筑有所不同,为获得相同的人体热舒适感,必须以升高或降低室内控制温度作为补偿,这就必然引起供暖空调系统能耗的变化。本文以北京某博览中心一展厅为建筑模型,利用EnergyPlus进行设计日负荷计算及运行能耗的模拟,并分析了玻璃类型及地理位置对玻璃幕墙建筑能耗的影响。
1 建筑模型及玻璃类型介绍
该展厅结构尺寸为55.3 m*73 m*10.5 m（长*宽*高),其中南向、西向、北向都设有大面积玻璃幕墙,幕墙高9.5 m,各朝向的窗墙比分别是66.7%,84.3%,66.7%,东向为内墙,顶棚为2层楼板。外墙、内墙、顶棚的传热系数分别为1.422,3.464,2.615 W/(m2·k)。为研究不同玻璃类型对建筑围护结构能耗的影响,笔者选择了普通平板玻璃、吸热玻璃、热反射玻璃、中空玻璃及低辐射中空玻璃等13种玻璃类型进行模拟。
2 玻璃类型对玻璃幕墙建筑设计日冷、热负荷的影响
玻璃类型不同,为达到同样的热舒适,室内控制温度有所不同[1]。能耗比较应该以满足热舒适要求为前提,本文以文献[1]给出的最佳舒适温度限值作为室内控制温度进行能耗模拟,不考虑人员、设备散热及渗风的影响,只计算围护结构能耗。
3 不同类型玻璃幕墙月能耗特点
图1给出了各种单层玻璃在夏、冬季的负荷。由图可见, 1#,2#普通平板玻璃和3#,4#号吸热玻璃的夏季冷负荷差别不大,冬季热负荷差别也很小;5#,6#热反射玻璃冷负荷显著降低,
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可以减少大量空调能耗,热负荷变化趋势正好相反,得热量较少的热反射玻璃耗能最多。
图2给出了各种双层玻璃在夏、冬季的负荷。从图2可以看出,7#低辐射中空玻璃冷负荷最小,但热负荷不是最大,6#低辐射双层玻璃虽然冷负荷稍大,热负荷却很小,这说明同为低辐射中空玻璃,冬夏季节能效果也不尽相同,在工程中可以根据实际情况选择最优的膜系;5#热反射双层玻璃尽管冷负荷也很少,但热负荷却最大。因此,只有低辐射玻璃兼顾了降低冷、热负荷的要求,实现了热舒适和节能的统一。
图1 各种单层玻璃夏季和冬季负荷
图2 各种双层玻璃夏季和冬季负荷
二、玻璃幕墙建筑的节能措施
由于玻璃幕墙的美观\"通透\"宏伟气派的艺术效果，近年来被广泛使用为建筑围护结构。玻璃幕墙的节能在整个建筑节能系统中占有重要作用%夏热冬暖地区主要考虑建筑的夏季
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隔热，太阳辐射对建筑能耗的影响很大。太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因。
1、玻璃幕墙对建筑节能的影响
窗、透明幕墙对建筑能耗高低的影响主要有两个方面：一是窗和透明幕墙的热工性能影响到冬季采暖、夏季空调室内外温差传热；另外就是窗和幕墙的透明材料受太阳辐射而造成的建筑室内的得热。对于夏热冬暖地区来说，夏季，通过窗口玻璃幕墙进入室内的太阳辐射成为空调降温的负荷，因此，减少进入室内的太阳辐射以及减小窗或透明幕墙的温差传热都是降低空调能耗的途径。公共建筑的窗墙比越大，太阳辐射对建筑能耗的影响较大，为了节约能源，应对窗口和透明幕墙采取外遮阳措施，尤其在南方城市更为重视遮阳。大量的调查和测试表明，太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因。日本、美国、欧洲以及香港等国家和地区都把提高窗的热工性能和阳光控制作为夏季防热以及建筑节能的重点，窗外普遍安装有遮阳措施%夏季屋顶水平面太阳辐射强度最大，屋顶的透明面积越大，相应建筑的能耗也越大，因此对屋顶透明部分的面积和热工性能应予以严格的控制。
2、玻璃幕墙的节能措施 （1）玻璃幕墙材料的选择
当大面积使用玻璃幕墙时，要根据建筑所处的气候区和窗墙比选择玻璃，使幕墙的传热系数和玻璃的遮阳系数符合有关标准的规定%虽然玻璃本身的热工性能很差，但近年来这些行业的技术发展很快，镀膜玻璃（包括C0->D 玻璃）\"中空玻璃等产品丰富多彩，用这些高性能玻璃组成幕墙的技术已经很成熟，如采用 C0->D 中空玻璃、填充惰性气体、暖边间隔技术和“断热桥”型材龙骨或双层皮通风式幕墙完全可以把玻璃幕墙的传热系数降低。 （2）开窗加强自然通风
近来有些建筑为了追求外窗的视觉效果和建筑立面的设计风格，外窗的开启率有逐渐下降的趋势，有的甚至使外窗完全封闭，导致房间自然通风不足，不利于室内空气流通和散热，不利于节能。做好自然通风气流组织设计，保证一定的外窗可开启面积，可以减少房间空调设备的运行时间，节约能源，提高舒适性。 （3）安装遮阳系统
遮阳是一种有效的隔热措施，也是目前采用最广泛的一种节能措施。一栋设计不良的全为玻璃幕墙的建筑全年空调耗电量，可能是一般混凝土外墙大楼的四倍。所以玻璃幕墙的节能比其它建筑节能更为重要，而遮阳技术在玻璃幕墙节能措施中又占有重要位置。
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三、总结
（1）玻璃类型对玻璃幕墙建筑能耗影响很大,热反射玻璃和低辐射中空玻璃夏季可以大幅度降低峰值冷负荷和总冷负荷,性能最优的双层7#低辐射中空玻璃能耗仅是普通平板玻璃的23%;普通中空玻璃及低辐射中空玻璃冬季热负荷较其他玻璃小。
（2）各种单层玻璃的能耗差别主要与透射比、反射比等玻璃的光学性能有关;而双层玻璃不但遮光性能增强,传热系数也大幅度降低,因此双层玻璃节能是光学性能和热工性能同时优化的结果。
（3）各种玻璃冬夏表现多是矛盾的,一般夏季冷负荷较小,冬季热负荷就较大,热负荷远远大于冷负荷,但冷价却远高于热价。因此,在玻璃幕墙建筑玻璃类型的选取上,一般更应该着重从夏季热舒适及供冷能耗角度考虑。
（4）在夏热冬暖地区，鉴于本地的高辐射特点，应慎重选择玻璃幕墙作为外围护结构。当采用玻璃幕墙为外围护结构时，对建筑玻璃幕墙材料的选择应全面考虑，除考虑幕墙的一次性造价外，还应考虑其寿命周期成本。采取适当的措施尽可能的降低能耗。幕墙的寿命一般为50年，如采用节能措施，初投资虽有所增加，但由于他们较好的隔热性，仅需要在短时间内，节约下来的电费就可以收回节能材料方面的造价。
参考文献：
【1】杨慧媛，高甫生
玻璃类型对玻璃幕墙建筑室内热环境的影响分析[J]
暖通空调
2005年
【2】GB 50189-2005
公共建筑节能标准（s) 【3】高莆生
玻璃幕墙建筑夏季室内热环境研究
哈尔滨工业大学学报
2004年
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