【引言】玻璃幕墻作為現代建筑的外圍護結構（詞條“圍護結構”由行業大百科提供），因其重量輕并具有獨特的通透性和藝術感，融合裝飾和使用功能于一體，受到建筑師和開發商的青睞。同傳統的建筑外墻體相比較，玻璃幕墻的重量約為傳統磚混結構的1/3左右，采用玻璃幕墻使得建筑的重力荷載大為減小。但是，因為選用玻璃和金屬構件，玻璃幕墻成為熱交換最為敏感的建筑部位，其熱損失（詞條“熱損失”由行業大百科提供）往往增加至傳統墻體的5~6倍，耗能約占建筑總能耗的40%左右。國家節能減排政策已經實施，改善與提高玻璃幕墻節能性能成為幕墻行業亟待解決的問題。
1、項目概況
我國幅員遼闊，南北方氣候與溫度差異很大，不同的環境條件下對建筑幕墻的節能要求也不盡相同。本項目位于東北吉林省長春市，地處東北松遼平原腹地，年平均氣溫4.8°C，最高溫度39.5°C，最低溫度-39.8°C，屬于嚴寒地區的B類區域。
項目總建筑面積約28.5萬平方米，幕墻面積約10萬平方米。由澳大利亞COX建筑設計事務所作為外方設計公司，并由澳大利亞最著名的建筑大師、學者、畫家Philip Cox擔當主設計師。《長春國際金融中心》以發散性的思維提出了建筑立面設計滲透中國傳統文化的理念。旨在汲取中國書法精華的意念之中，追求建筑立面彰顯中國悠遠文化淵源，把水的概念體現在整體平面（詞條“平面”由行業大百科提供）布局建筑形態的設計上。
“長春國際金融中心A座”大廈形體設計簡潔、優雅、時尚。從下到上依次設置為五星級酒店及高檔公寓。
建筑高度：234m;
幕墻高度：234.1m。
幕墻結構：單元式玻璃幕墻
幕墻單元：1357x4100mm
建筑技術（詞條“建筑技術”由行業大百科提供）指標：
體型系數：0.11;窗墻比：南、北0.45;東、西0.39
傳熱系數（詞條“傳熱系數”由行業大百科提供）≤2.1W/m2•K。透光率≥68%
根據吉林省地方標準《公共建筑節能設計標準》DB22/T436-2006可知，本建筑為甲類建筑且建筑的體形系數S=0.11<0.3，則維護結構的傳熱系數需滿足下表1：
(表1)
2、立面分析
建筑設計層高4100mm,從上到下橫向分格為600mm-730mm-1200mm-1570mm(見左圖)。其中1570mm為采光部分，600mm為窗檻墻高度。豎隱橫明的單元式玻璃幕墻結構，橫向裝飾框鑲嵌LED光源。建筑師的設計理念即適應立面表達的藝術需求，在構造設計上又充分考慮了嚴寒地區冬季的保溫要求，以滿足建筑熱工性能要求。
玻璃幕墻的熱交換途徑有三種方式：傳導、對流和熱輻射。對于東北嚴寒地區，冬季的保溫節能理應成為幕墻設計技術控制的主要內容。由于玻璃面積占了幕墻立面的絕大部分，參與熱交換的面積大，是幕墻建筑是否節能的關鍵。
根據《民用建筑熱工設計規范》GB50176中表3.1.1對嚴寒地區的規定：“必須充分滿足冬季保溫要求，一般可不考慮夏季隔熱”，本項目只考慮幕墻系統的冬季保溫性能。
除了大廈底層全玻璃幕墻（詞條“全玻璃幕墻”由行業大百科提供）以外，建筑外立面均為有框幕墻結構體系。一般來說，如果是全隱框的玻璃幕墻，由于鋁合金框在室內，參與熱交換的總量有限，熱損失較小，幕墻的整體傳熱系數近似取玻璃的傳熱系數也是能夠相當于熱工要求的規定值。但是作為明框玻璃幕墻，鋁合金龍骨的導熱系數大，冷橋現象對幕墻的傳熱系數影響較大，尤其是在北方，將會造成很大的熱損失。
幕墻的整體傳熱系數必須是玻璃和鋁（詞條“鋁”由行業大百科提供）合金框的加權傳熱系數，而有效提高幕墻鋁合金型材（詞條“鋁合金型材”由行業大百科提供）的保溫性能是節能設計的重要措施。本項目玻璃幕墻為橫明豎隱形式，鋁合金龍骨設計為隔熱型材，隔熱材料采用PA66GF25隔熱條。
3、熱工計算
3.1、層間部分熱工計算：
(6+1.52PVB+6+12Ar+8mm)+70mm空氣間層+2mm鋁板+100mm保溫巖棉熱阻的加權計算：
冬季：R冬季=R中空鋼化玻璃+R空氣+R鋁板+R保溫
=0.033 /1.472+0.18+0.002/203+0.100/0.05
=2.21(m2k/W)
夏季：R夏季=R中空鋼化玻璃+R空氣+R鋁板+R保溫
=33/1.472+0.15+2/203+100/0.05
=2.18(m2k/W)
則冬季R0=RI+R+Re
=0.11+2.21+0.04
=2.36(m2k/W)
K=1/ R0=1/2.36=0.42≤0.5
則夏季R0=RI+R+Re
=0.11+2.18+0.05
=2.34(m2k/W)
K=1/ R0=1/2.33=0.43≤0.5
非透明幕墻部分滿足熱工要求。
3.2、透明幕墻部分熱工計算
A座主塔樓采用單元式幕墻構造形式，玻璃選用6+1.52PVB+6+12Ar+8mm夾膠雙銀Low-E中空玻璃，暖邊中空玻璃間隔條。應用美國勞倫斯·伯克力實驗室的Window 7.2軟件計算玻璃參數如下：(表2)
取Low-E玻璃冬季的傳熱系數1.44W/(m2·K)，用Therm7.3軟件對幕墻系統進行熱工計算。
幕墻系統滿足熱工要求，此時幕墻系統的加權傳熱系數很接近限值。
4、幕墻構造調整對熱工性能的影響
玻璃幕墻的特性之一就是通透性。充分利用自然光，使得室內光線充足，減少了白天室內的人工照明，從而減少電耗，達到建筑節能的目的。基于對這這個理由，本案的開發商對立面分格進行了改造，將原設計4100mm層高內從上到下的分格更改為850mm-850mm-2400mm,取消了室內600mm的窗（詞條“窗”由行業大百科提供）檻墻，將采光部分增至2400mm(見圖8)。
建筑幕墻作為外圍護體系，立面分格的調整勢必影響到保溫性能。改變之后立面的窗墻比為0.58，查表3.2.1-2得知，透明幕墻部分的傳熱系數限值提高了一個等級為1.8W/(m2·K)。若要在原幕墻結構不變的前提下經過計算，玻璃的傳熱系數須要1.32 W/(m2·K)方能滿足熱工要求(如表4)。
建筑設計是建筑師構思縝密的藝術作品，每個作品都蘊含著不同的創作理念，建筑立面則是設計理念的外部表現，直接被眾人欣賞和評價。立面分格的改變無疑會影響到原創作品的藝術表現。本建筑立面所表現的書法藝術是書法家舒同的作品，他曾被毛澤東譽為“馬背上的詩人”。幕墻分格的調整使得動態LED所表現的字體間斷，有損連續流暢的書法韻律。我們通過動態效果的對比，與開發商溝通后，在采光分格中間增加了一個橫框，將分格劃分為850mm-850mm-1650mm-750mm，縮小了LED點陣間距，避免了字體中斷(見右圖10)。
要提高建筑的保溫性能必須控制圍護結構的傳熱系數。在熱工性能復核時發現，由于增加了一道橫框，幕墻的傳熱系數超出了限值1.8 W/(m2·K)。如果單純調整玻璃參數，需要將玻璃的傳熱系數降到1.18 W/(m2·K)才能滿足要求(見表5)。
按照當前的玻璃配置，傳熱系數很難達到1.18W/(m2•K)。我們對鋁合金型材進行了優化設計，以均衡地調整各種材料的參數，把原來14.8mm的隔熱條改為22mm高(如圖11、12)。
結語
幕墻的熱工性能是與幕墻的分格及幕墻的構造密切相關的，立面分格的調整會導致幕墻保溫性能指標發生變化。建筑設計是一個完整的系統工程，無論是在方案設計階段與幕墻設計的早期協同中，還是在后期的幕墻設計過程中，任何對立面分格的調整，都應考慮對幕墻熱工性能的影響，決不能僅僅為了提高玻璃和鋁型材的利用率而隨意更改立面分格，顧此失彼，忽視對幕墻熱工性能的影響，以至于加大了幕墻的熱損失，造成能耗的增加。
玻璃幕墻作為建筑外表皮，既要強調平面的構成和立面各個部分的協調，也要從幕墻構件的制作工藝和構件截面上精心設計、細致組合，同時必須綜合考慮幕墻的整體性能，正確進行對玻璃參、鋁合金型材及其構造的優化設計，使得幕墻整體傳熱系數符合熱工規范的要求，最大限度地降低能耗，達到保溫節能的功效。
參考文獻：
[1]GB50176-2002《民用建筑熱工設計規范》-第四章 圍護結構保溫設計
[2]GB50189-2015《公共建筑節能設計標準》-4建筑與建筑熱工設計
[3]DB22/T436-2006《吉林省公共建筑節能設計標準》-3建筑與建筑熱工設計
[4]徐占發 主編《建筑節能技術實用手冊》機械工業出版社-P5頁，1.1.6 建筑熱工設計分區
