一、引言
按照“十一五”期間單位GDP能耗節(jié)約20%的總目標(biāo)的要求，
建筑節(jié)能的任務(wù)是在此期間節(jié)約1.1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可見任務(wù)十分艱巨。而
建筑門窗幕墻則是消耗
采暖空調(diào)用能的主要部位，也是建筑節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，我國建筑
門窗幕墻行業(yè)仍然處于高速發(fā)展時期，各類建筑
門窗幕墻技術(shù)在我國的成功應(yīng)用，推動了行業(yè)的發(fā)展。特別是點支承
玻璃幕墻系統(tǒng)，由于它具有視線通透，簡潔明快，能夠?qū)⒔ㄖ䞍?nèi)外空間與裝飾功能有機地融為一體的特點，受到了
建筑設(shè)計師的青睞，在工程實踐中得到了大量應(yīng)用，因此對
點支承玻璃幕墻系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能分析，找到提高這類幕墻系統(tǒng)能源效率的有效方塊與徐釋一具有十分重要的意義。
二、系統(tǒng)的特點
我們知道，
建筑幕墻(building curtain wall)是由
支承結(jié)構(gòu)體系與
面板組成的、可相對
主體結(jié)構(gòu)有一定
位移能力、不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外
圍護(hù)結(jié)構(gòu)或裝飾性結(jié)構(gòu)。按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以分為不同的幕墻種類。如可以分為
構(gòu)件式幕墻和
單元式幕墻;按照幕墻面板的不同又可以分為玻璃幕墻、
石材幕墻、
金屬板幕墻和
陶土板幕墻等。而玻璃幕墻則是由
玻璃面板、支承結(jié)構(gòu)、
支承裝置組成的結(jié)構(gòu)體系，因其具有良好的建筑效果，在國內(nèi)外得到了迅速發(fā)展，并展示了廣闊的應(yīng)用前景。
全玻幕墻是由玻璃面板和
玻璃肋構(gòu)成的建筑幕墻，點支承玻璃幕墻則是由玻璃面板、點支承裝置和支承結(jié)構(gòu)構(gòu)成的建筑幕墻，它具有通透性高，支承結(jié)構(gòu)簡潔明快的特點。隨著玻璃工藝的提高和大量
公共建筑的興建，點支承玻璃幕墻在國內(nèi)外應(yīng)用也越來越廣泛。
點支承玻璃幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要特點為玻璃面板的支承狀況是點支承結(jié)構(gòu)，其面板全部采用玻璃。對點支承玻璃幕墻系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能分析，必然要依據(jù)其結(jié)構(gòu)的特點。目前，對玻璃幕墻系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能分析，主要關(guān)注兩個方面的
熱工性能參數(shù).即
傳熱系數(shù)和
遮陽系數(shù)。
1、幕墻單元的傳熱系數(shù)U
cw
對點支承玻璃幕墻系統(tǒng)而言，由于它沒有傳統(tǒng)意義上的框和不透明板，其面板幾乎都是玻璃，所以其傳熱系數(shù)U
cw幾乎與玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)U
g相同。
2、幕墻單元的
太陽能總
透射比g
t可采用下式計算
式中 A
g——透明面板的面積(m
2)；
g
g——透明面板的太陽能總透射比；
A
p——非透明面板的面積(m
2));
g
p——非透明面板的太陽能總透射比;
A
f——框的面積(m
2));
g
f——框的太陽能總透射比。
對點支承玻璃幕墻系統(tǒng)而言，其太陽能總透射比g
t的計算也可以簡化為:g
t =g
g。
幕墻的
遮陽系數(shù)S
c應(yīng)為幕墻的太陽能總透射比與標(biāo)準(zhǔn)3mm厚透明玻璃的太陽能總透射比的比值。
式中S
c——幕墻的遮陽系數(shù);
g
t——幕墻的太陽能總透射比。
由此可見，點支承玻璃幕墻系統(tǒng)的熱工性能主要取決于玻璃面板的熱工性能。但同時我們也應(yīng)該看到，點支承玻璃幕墻系統(tǒng)是一個完整的結(jié)構(gòu)體系，它是由多種元素按照其結(jié)構(gòu)體系組成的一個系統(tǒng)，其整體熱工性能必然與組成系統(tǒng)的各個要素有關(guān)，同時也與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所處環(huán)境相互關(guān)聯(lián)。
三、節(jié)能分析
依據(jù)系統(tǒng)論的觀點和方法對點支承玻璃幕墻系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能分析，可以為提高系統(tǒng)節(jié)能效果找到一些有效方法與途徑。
系統(tǒng)論的核心思想是系統(tǒng)的整體觀點。它的創(chuàng)始人貝塔朗菲強調(diào)，任何系統(tǒng)都是一個有機的整體，它不是各個部分的機械組合或簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立狀態(tài)下所沒有的新質(zhì)。用亞里斯多德的名言“整體大于部分之和”，可以對系統(tǒng)的整體觀進(jìn)行直觀說明。而系統(tǒng)論的基本思想方法，就是把所研究和處理的對象，當(dāng)作一個系統(tǒng)，分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，研究系統(tǒng)、要素、環(huán)境三者的相互關(guān)系和變動的規(guī)律性，并用優(yōu)化系統(tǒng)的觀點看問題。優(yōu)化系統(tǒng)的目的，就是要提高系統(tǒng)的整體性能。
要提高點支承玻璃幕墻系統(tǒng)的整體節(jié)能效果，主要考慮以下幾方面的因素。
1、合理設(shè)計
幕墻節(jié)能，設(shè)計是關(guān)鍵。根據(jù)點支承玻璃幕墻系統(tǒng)所處位置的朝向，合理選擇
窗墻比，同時根據(jù)其所處地理位置，選擇適當(dāng)?shù)?a href='../../zsk/ct.asp?id=3757' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>建筑遮陽設(shè)計。這些對保證系統(tǒng)的整體節(jié)能性能都將起到至關(guān)重要的作用。如在冬季，要盡量利用太陽中的
輻射熱量提高室內(nèi)的溫度，但在夏季，
太陽輻射通過玻璃幕墻系統(tǒng)進(jìn)入室內(nèi)，是室內(nèi)溫度過高的原因。這就要求在幕墻系統(tǒng)的設(shè)計階段，處理好這些問題。對點支承玻璃幕墻系統(tǒng)來說，由于其窗墻比相對較大，朝南、東和西向與朝北向的幕墻系統(tǒng)，就必須根據(jù)其所處地理位置選擇不一樣的建筑遮陽設(shè)計。以幕墻系統(tǒng)處于夏熱冬冷地區(qū)為例，由于該地區(qū)夏季多晴天，而冬季陰雨天氣較多，太陽輻射的熱量是東西向最大，因此，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，就必須考慮系統(tǒng)所處環(huán)境的特點，采用相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，操高系統(tǒng)的整體節(jié)能效果。
2、玻璃的選用
由于點支承玻璃幕墻面板幾乎都是玻璃，因此，玻璃性能的好壞，對整個系統(tǒng)的節(jié)能效果的影響是非常大的。玻璃的選用主要考慮室內(nèi)
采光的舒適性，玻璃的抗
風(fēng)壓性能等
強度指標(biāo)。對玻璃系統(tǒng)的節(jié)能指標(biāo)而言，主要考慮玻璃的
保溫、
隔熱性能。而具體就是落實到玻璃的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)。
(1) 玻璃的傳熱系數(shù)
對單片玻璃來說，其傳熱系數(shù)與玻璃的
導(dǎo)熱系數(shù)之間寸存在以下關(guān)系。
U
g——玻璃的傳熱系數(shù)(W/m
2.K);
λ——玻璃的導(dǎo)傳系數(shù)(W/m.K);
δ——玻璃的厚度(m);
從式中看出，盡管玻璃的
導(dǎo)熱系數(shù)λ較小(如表1所示)，但因用于幕墻系統(tǒng)的玻璃厚度一般較小，單層玻璃的傳熱能力仍然很高，其傳熱系數(shù)較大。而
干燥、靜止的氣體導(dǎo)熱系數(shù)非常低(如表2所示)，利用氣體的這種特性，將兩片玻璃或多片玻璃用干燥氣體隔開，制成
中空玻璃，其中干燥的不流動氣體層阻斷了
熱傳導(dǎo)的途徑，從而可大大降低
中空玻璃的傳熱系數(shù)。
為了提高玻璃的保溫性能，需要降低玻璃的傳熱系數(shù)。現(xiàn)代科技的發(fā)展，為人們找到了一些有效的途徑。如采用LOW一E玻璃，可以大大降低玻璃的傳熱系數(shù);但我們知道，單純從玻璃本身去找提高玻璃熱工性能的潛力是有限的，而利用玻璃，采用不同結(jié)構(gòu)，設(shè)計制作玻璃系統(tǒng)，將為玻璃系統(tǒng)熱工性能的提高開辟一條更寬廣的途徑。人們可以利用不同結(jié)構(gòu)的玻璃組合，制成比單層玻璃傳熱系數(shù)低得多的滿足不同需求的玻璃系統(tǒng)。
(2)玻璃的遮陽系數(shù)
降低玻璃遮陽系數(shù)的方法有許多種:如在玻璃表面
鍍膜，在制造玻璃的過程中加人色劑制成
著色玻璃，在玻璃表面涂沫或印刷色油料并
燒結(jié)成
彩釉玻璃等。
著色玻璃的
遮陽性能之所以優(yōu)于透明玻璃，是因為當(dāng)太陽光通過時，它能吸收部分太陽輻射能而減少其進(jìn)人室內(nèi)，但由于玻璃吸收太陽輻射能而使自身溫度升高，增加了溫差傳熱，降低了保溫效果。
彩釉玻璃則是利用覆蓋在玻璃表面的
釉料控制陽光的直接透過，從而減少太陽的輻射熱進(jìn)人室內(nèi)。
(3)利用玻璃“制造”能量
利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，讓玻璃“制造”能量已經(jīng)實現(xiàn)。利用玻璃的
透光性能，配合現(xiàn)代
光電技術(shù)和產(chǎn)品，將光能轉(zhuǎn)化為電能，將為建筑節(jié)能開創(chuàng)更光明的前景。不久前德國旭格公司提出了Energy
2的概念，他們認(rèn)為，通過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，在降低能量消耗，提高能量的利用率的同時，還能夠制造出能量，其節(jié)能效果已經(jīng)不再是一個相加的關(guān)系，綜合效果會比相加的效果更大，這是系統(tǒng)論整體觀的具體體現(xiàn)。
總之，通過玻璃的制造復(fù)合技術(shù)，可以得到滿足不同節(jié)能要求的
節(jié)能玻璃產(chǎn)品，從而為提高點支承玻璃幕墻系統(tǒng)的整體節(jié)能效果提供有力
支持。
3、集成創(chuàng)新
在節(jié)能方面，人們有這樣的經(jīng)驗:“
節(jié)能技術(shù)的疊加不一定能達(dá)到節(jié)能效果。多個一流的節(jié)能技術(shù)，未必能集成出一流的節(jié)能效果;多個二流的節(jié)能技術(shù)，卻有可能集成出一流的宜居環(huán)境。”簡單地說，1+1怎么才能大于2?
人們熟悉的“短板”理論用于解釋節(jié)能技術(shù)的運用與效果是有一定道理的。”一個水桶能裝多少水只取決于最短的那塊板。”也就是說，在節(jié)能工作中，不論采用了多少“長板”，如果存在很多的節(jié)能薄弱環(huán)節(jié)，也就是“短板”，節(jié)能效果將大打折扣，甚至前功盡棄。比如說，在設(shè)計建造點支承玻璃幕墻系統(tǒng)時，我們采用雙層中空LOW一E玻璃，這樣的幕墻產(chǎn)品顯然會比普通單層玻璃幕墻系統(tǒng)節(jié)能效果有所增加，但它必須和
外遮陽系統(tǒng)配套使用，否則節(jié)能效果會大打折扣。因此，要讓1+1的技術(shù)集成，真正產(chǎn)生大于2的效果? 集成創(chuàng)新的思想必須在節(jié)能工作中牢固樹立起來。系統(tǒng)論告訴我們，只有對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，才能提高整個系統(tǒng)的綜合性能。
四、結(jié)論
綜上所述，利用系統(tǒng)論的觀點和方法對點支承玻璃幕墻系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能分析，能夠為節(jié)能工作找到一些切實可行的方法和途徑。利用現(xiàn)代科技成果，全面提高玻璃系統(tǒng)的節(jié)能效果，是實現(xiàn)點支承玻璃系統(tǒng)整體節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。但要清楚的看到，在點支承玻璃幕墻系統(tǒng)中任何節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，都必須整合設(shè)計，集成創(chuàng)新，因為只有建立在優(yōu)化結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上的系統(tǒng)，才是一個整體性能優(yōu)良的系統(tǒng)。
