学习公共建筑节能设计标准A精讲

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1、 学习公共建筑节能设计标准（A） 公共建筑节能设计标准GB50189-2005（2005年4月4日发布、2005年7月1日实施，GB50189-93同时废止）适用于新建、改建和扩建公共建筑节能设计。 5月24日中国幕墙网转载建筑装饰网文章外窗及玻璃幕墙设计建造必须达标，文中称：“日前从建设部获悉，公共建筑节能设计标准将从7月份开始实施，这一标准对新建公共建筑的节能性能提出了明确的要求。其中公共建筑外窗开启面积不小于30%，玻璃幕墙最多只能占到墙面的70% 。”我看到这篇文章后，向中国幕墙网刘万奇先生提出以下意见：“外窗及玻璃幕墙设计建造必须达标 文中所讲玻璃幕墙最多只能占到墙面的70%在GB5

2、0189-2005中无此规定，是撰写人假借报导公共建筑节能设计标准宣传自己的观点，会在读者引起混乱，建议中国幕墙网发表准确宣贯公共建筑节能设计标准文章，以利公共建筑节能设计标准贯彻。”公共建筑节能设计标准GB50189-2005第2.0.1条指出：“透明幕墙为可见光可射入室内的幕墙。”条文说明第2.0.1条指出：“在本标准中，设置在常规的墙体外侧的玻璃幕墙不作为透明幕墙处理。”第4.2.4条指出：“某个立面即使采用全玻璃幕墙，扣除各层楼板以及楼板下面梁的面积（楼板和梁与幕墙之间的间隙必须放置保温隔热材料），窗墙比一般不会再超过0.7。”上述文章作者对标准没有完整的理解，将透明幕墙和用透明材料（

3、如玻璃）作面板的幕墙（如玻璃幕墙）混个为一谈，玻璃幕墙是用透明材料（玻璃）作面板的幕墙，如果玻璃幕墙有后置墙体或后置保温层，可见光就不能直接射入室内，这一部分玻璃幕墙就是非透明幕墙。而透明幕墙只要求面板是透明材料（如玻璃），在计算透明幕墙面积时包括玻璃之间的明框或隐框，尽管框是不透明的，为计算方便起见，框的投影面积不再扣除。 玻璃幕墙采用的玻璃，虽然可以通过二次加工（镀膜、中空、中空充惰性气体）降低传热系数，但目前的技术水平尚不能达到传热系数K1.5 W/(m2K)的水平，要达到传热系数K1.5 W/(m2K)的水平，就要在玻璃幕墙内侧用保温隔热材料进行保温隔热处理或设置常规的墙体（达到传热系

4、数K1.5 W/(m2K)），而（墙体）保温隔热材料均为不透光材料，即在玻璃幕墙内侧放置保温隔热材料后，这一部分为非透明幕墙，它一般位于楼板（楼板梁）部位，不会影响建筑使用功能，为了达到节能目标，这一部分不小于同一朝向玻璃幕墙墙面的0.3，其余0.7部分采用加工玻璃或玻璃（透明幕墙），并使其传热系数达到予定值（K1.56.5 W/(m2K)）。同一朝向上玻璃幕墙的窗墙比是指未用保温隔热材料进行保温隔热处理的透明幕墙（传热系数K1.5 W/(m2K)）与同一朝向上外墙面积的比值，要求窗墙比0.7；用保温隔热材料进行保温隔热处理部分或有后置墙体的非透明幕墙（达到传热系数K1.5 W/(m2K)）与

5、同一朝向上外墙面积的比值要求0.3。而不是说玻璃幕墙最多只能占到墙面的70% 。 2005年7月5日中国幕墙网转发中国房地产报文章玻璃幕墙不应做替罪羊文中提到：公共建筑节能标准发布之后，“叫停玻璃幕墙”的消息不胫而走。“叫停玻璃幕墙”纯属子虚乌有，是典型的假新闻。这是一部份患有“恐幕（墙）症”、“仇幕（墙）症”人的“心因性反应”。公共建筑节能设计标准GB50189-2005明确指出：“近年来公共建筑窗墙面积比有越来越大的趋势，这是由于人们希望公共建筑更加通透明亮，建筑立面更加美观，建筑形态更为丰富。如果希望建筑立面有玻璃的质感，提倡使用非透明的玻璃幕墙，即玻璃的后面仍然是保温隔热材料和普通墙体

6、。” “当建筑师追求通透、大面积使用透明幕墙时，要根据建筑所处的气候区和窗墙比选择玻璃（或其他透明材料），使幕墙的传热系数和玻璃的遮阳系数符合本标准。”就是说公共建筑节能设计标准GB50189-2005发布后，玻璃幕墙原来怎样做现在还可以怎样做，现在想怎么做也可以怎么做，只是要求根据建筑所处的气候区和窗墙比选择玻璃（或其他透明材料），使幕墙的传热系数和玻璃的遮阳系数符合公共建筑节能设计标准的规定。 在玻璃幕墙工程中如何贯沏公共建筑节能设计标准，提出一些看法供参考。 公共建筑节能设计标准将幕墙划分为非透明幕墙和透明幕墙，非透明幕墙包括石材幕墙（图1）、金属幕墙（图2）、玻璃幕墙有后置墙体部位（图

7、34）、玻璃幕墙有后置保温隔热层部位（图5）等。 图1 非透明幕墙石材幕墙 图2 非透明幕墙金属幕墙 图3 非透明幕墙玻璃幕墙后置混凝土墙体 图4 非透明幕墙玻璃幕墙后置混凝土梁上砌砖墙图5 非透明幕墙玻璃幕墙后置保温隔热层同一朝向上墙面面积除去非透明幕墙面积，即为透明幕墙面积（包括玻璃之间的明框或隐框，尽管框是不透明的单为计算方便起见框的投影面积不再扣除），窗墙面积比指同一朝向上透明幕墙的面积与该朝向墙面总面积之比。 要求玻璃幕墙按公共建筑节能设计标准GB50189-2005的规定，根据建筑所处的气候区和窗墙比选择玻璃（或其他透明材料），非透明幕墙部位采取隔热措施（透明幕墙部位根据需要采用外

8、遮阳措施），使幕墙（透明幕墙和非透明幕墙）的传热系数和玻璃的遮阳系数符合公共建筑节能设计标准的规定，而这些要求是完全可以做到或经过努力可以做到的。 玻璃选用与建筑幕墙所在地区有密切关系，我国幅员辽阔、气候条件差异很大，为了使建筑热工设计与地区气候相适应，民用建筑热工设计规范GB50176将全国划分成五个区，即严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区。公共建筑节能设计标准GB50189又将严寒地区划分的严寒地区A区和严寒地区B区。建筑节能设计要求：在冬季最大限度的利用自然能来取暖，多获得热量和减少热损耗；夏季最大限度减少得热并利用自然能降温、冷却，以达到节能目的。透明幕墙对建筑耗能高低的影响主要

9、有两个方面，一是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；另外就是幕墙的透明材料（如玻璃）受太阳辐射影响而造成的建筑室内的得热。冬季，通过透明幕墙进入室内的太阳辐射热有利于建筑的节能，因此减少透明幕墙的传热系数，抑制室温传热是降低透明幕墙热损耗的主要途径之一；夏季通过透明幕墙进入室内的太阳辐射热成为空调降温的主要负荷，因此，减少进入室内的太阳辐射热以及减少透明幕墙的温度传热都是降低空调能耗的途径。在严寒和寒冷地区，采暖期室内外温差传热的热量损失占主导地位。因此，对幕墙的传热系数的要求高于南方地区。反之，在夏热冬暖和夏热冬冷地区，空调期太阳辐射得热所引起的负荷可能成了主要矛盾，因

10、此，对幕墙的玻璃（或其他透明材料）的遮阳系数的要求高于北方地区。镀膜玻璃分为阳光控制镀膜玻璃和低辐射膜(Low-E) 镀膜玻璃。低辐射膜(Low-E) 镀膜玻璃又分为高透型LOW-E玻璃和遮阳型LOW-E玻璃（sun-E玻璃）。遮阳型LOW-E玻璃（sun-E玻璃），它除了具有LOW-E玻璃反射远红外线功能外，还可对阳光有一定控制作用。高透型LOW-E适用于高纬、高寒地区；遮阳型LOW-E（sun-E）玻璃用于夏热冬冷地区比较合适。 GB/T18915.1-2002镀膜玻璃 第一部份 阳光控制镀膜玻璃（2002年12月17日发布，2003年6月1日实施，同日热反射玻璃JC693-1998废止）

11、对阳光控制镀膜玻璃技术要求作了规定。 阳光控制镀膜玻璃是对波长3501800nm（0.351.8m）的太阳光(见图2-2)具有一定控制作用的镀膜玻璃。 图2-2 阳光控制镀膜玻璃的技术要求：非钢化阳光控制镀膜玻璃尺寸允许偏差、厚度允许偏差、弯曲度、对角线差应符合GB11614的规定。钢化阳光控制镀膜玻璃与半钢化阳光控制镀膜玻璃尺寸允许偏差、厚度允许偏差、弯曲度、对角线差应符合GB17841-1999的规定。外观质量 阳光控制镀膜玻璃原片的外观质量应符合GB11614中汽车级的技术要求。作为幕墙用的钢化、半钢化阳光镀膜玻璃原片进行边部精磨边处理。 阳光控制镀膜玻璃的外观质量应符合表2-12a的规

12、定。 表2-12a 阳光控制镀膜玻璃的外观质量缺陷名称说明优等品合格品针孔直径0.8mm不允许集中0.8mm直径1.2mm中部:3.0S,个且任意两钉孔之间的距离大于300mm.75mm边部: 不允许集中不允许集中1.2mm直径1.6mm中部:不允许75mm边部:3.0S,个中部: 3.0S,个75mm边部:8.0S,个1.6mm直径2.5mm不允许中部: 2.0S,个75mm边部:5.0S,个直径2.5mm不允许不允许斑点1.0mm直径2.5mm中部:不允许75mm边部:2.0S,个中部: 5.0S,个75mm边部:6.0S,个2.5mm直径5.0mm不允许中部: 1.0S,个75mm边部:

13、4.0S,个直径5.0mm不允许不允许斑纹目视可见不允许不允许暗道目视可见不允许不允许膜面划伤0.1mm宽度0.3mm长度60mm不允许不限划伤间距不得小于100mm宽度0.3mm长度60mm不允许不允许玻璃面划伤宽度0.5mm长度60mm3.0S,个宽度0.5mm长度60mm不允许不允许注1: 针孔集中是指在100mm面积内超过20个.注2: S是以平方米为单位的玻璃板面积,保留小数点后两位:注3: 允许个数及允许条数为各系数与S相乘所得的数值,按GB/T8170修约至整数;注4: 玻璃板的中部是指距玻璃板边缘75mm以内的区域,其它部分为边部.颜色均匀性阳光控制镀膜玻璃的颜色均匀性，采用C

14、IELAB均匀色空间的色差ab* 来表示，单位CIELAB。 阳光控制镀膜玻璃的反射色色差优等品不得大于2.5 CIELAB，合格品不得大于3.0 CIELAB。6耐磨性阳光控制镀膜玻璃的耐磨性，按GB116146.6进行试验，试验前后可见光透射比平均值的差值的绝对值不应大于4%。1 耐酸性阳光控制镀膜玻璃的耐磨性，按GB116146.7进行试验;试验前后可见光透射比平均值的差值的绝对值不应大于4%； 并且膜层不能有明显的变化。2 耐碱性阳光控制镀膜玻璃的耐碱性，按GB116146.8进行试验;试验前后可见光透射比平均值的差值的绝对值不应大于4%；并且膜层不能有明显的变化。9超过本章的其它要求

15、，由供需双方协商解决。 阳光控制镀膜玻璃是在透明玻璃上镀13层适当厚度的膜层，镀膜玻璃的透射率、反射率即发生显著变化，镀膜玻璃的可见光及太阳辐射能的透射率降低，反射率升高，此种镀膜玻璃称之为阳光控制镀膜玻璃或太阳能控制镀膜玻璃，又称为热反射玻璃，其膜系的结构示意图如图2-11a所示。 图2-11a 现对具有Sn、Cr、Sn三个靶的生产线所制得的阳光控制镀膜玻璃其各层膜的特性加以阐述，镀膜玻璃生产时，第一、二、三层膜层是顺序镀膜的，从各层不同厚度膜层的阳光控制镀膜玻璃的测定结果得知，中间一层Cr-CrN混合物膜，对阳光控制镀膜玻璃的透射率、反射率起主导作用，它是膜系的主功能层，为了叙述方便，先阐

16、述Cr-CrN膜层。由2-11a阳光控制膜系图 (6)可知，中间一层是Cr-CrN混合膜，对不同厚度的Cr-CrN膜样品，分别测定溅射电工率与透射率、反射率、表面电阻的关系，如图2-11b、图2-11c、图2-11d所示。 图2-11b 图2-11c 图2-11d 由图2-11b、图2-11c可知，溅射电功率和膜层的透射率、反射率成线性关系。随着溅射电功率的增加，透射率逐渐减小，反射率逐渐增加。这说明随着Cr-CrN膜层厚度的增加，透射率减小，反射率增加。图2-11d中溅射电功率与表面电阻的关系曲线不呈线性关系，但为一条有规律的曲线，随着膜厚的增加，表面电阻逐渐下降。Cr-CrN膜主要控制了膜

17、系的阳光透射率和反射率，决定着整个膜系的遮阳系数。当膜层的透射率从835%变化时，其遮阳系数从0.25变化至0.55。第一层SnO2膜的测定条件，是在保持第二层SnO2膜层厚度不变，并恒定膜系的光透射率为20%1.5%。通过逐步增加第一层SnO2膜的厚度，鉴别反射光的颜色，其结果见表2-32。 表2-32 第一层SnO2膜厚与膜系反射色关系第一层SnO2膜溅射电功率(kW)4657910151718膜厚度(nm)182230408090反射光灰色金黄色青铜色蓝色绿色 实际上，随着第一层SnO2膜厚度的变化，各种颜色变化是逐渐过度的。其中金黄色的区域比较小，银色、表铜色和蓝色比较稳定，反射色区域

18、比较开阔。在SnO2膜.形成过程中，伴随着化学反应： Sn + O2 SnO2这一反应是在溅射室内发生的，形成SnO2与玻璃的SiO2在结构上相似，SnO2膜与玻璃表面之间是通过分子键力的物理结合，能比较牢固地结合在一起，从而保证了膜层的牢固度。图2-11e所示的第一层介质膜的膜厚与膜反射率的关系曲线存在一个转折点。在介质膜的膜层较薄阶段，膜系的反射率随着膜厚的增加而下降，达到转折点(转折点在溅射功率为79kW之间，厚度为3545nm之间，反射率为13%14%)后，随着厚度的逐渐增加，反射率逐渐上升。这种现象的出现原因如下：金属膜层的反射率比该介质膜层的高，当在较高反射率的膜面上涂加一层反射率

19、较低的膜层时，会降低整个膜系的反射率，而且表面上反射率较低的膜层越厚，其影响越大，因此，就出现了在开始阶段随着第一层介质膜厚度的增加，反射率逐渐下降的现象。但是，当介质膜厚度增加到一定程度时，对光线起主导反射作用，由金属膜转为第一层介质膜，金属膜对反射率的作用已变得较小，所以就会出现经过一个转折点后，膜系的反射率随着第一层介质膜厚度的增加而上升。 图2-11e 当仅镀Cr-CrN及第二层SnO2膜，并保持透射率不变(透射率保持在20%1.5%)时，测得不同厚度的第二层SnO2膜与膜系反射率的关系如图2-11f所示。 图2-11f 由图2-11f可知：膜系的反射率随着第二层SnO2膜厚度的增加而

20、逐渐上升。这是由于第二层SnO2膜位于反射率较高的Cr-CrN膜的后面，增加了膜系的厚度，而使膜系的反射率增加。这与第一层SnO2膜对膜系反射率的影响有所区别。这层SnO2膜致密度较高，是Cr-CrN膜较为理想的保护膜层。 综上所述，阳光控制玻璃各层膜的功能归纳为：第一层膜的厚度决定镀膜玻璃反射光的颜色；第二层膜的厚度决定镀膜玻璃的透射率和反射率；第三层膜对镀膜玻璃的膜层主要起保护作用，其厚度对镀膜玻璃的反射率也有一定的影响。在技术文件中要标明颜色代号和透光系数(如南玻宝石蓝有SBL8、SBL12、SBL20；蓝色有TBG20、TBG30、TBG40)。GB/T18915.2-2002镀膜玻璃

21、 第二部份 低辐射镀膜玻璃（2002年12月17日发布，2003年6月1日实施）对低辐射镀膜玻璃技术要求作了规定。低辐射镀膜玻璃是一种对波长4.525m的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃。低辐射镀膜玻璃还可以复合阳光控制功能，称为阳光控制低辐射玻璃。1 总则 不同种类的低辐射镀膜玻璃应符合表2-13a相应条款的要求。 表2-13a 技术要求及试验方法条款技术要求离线低辐射镀膜玻璃在线低辐射镀膜玻璃试验方法厚度偏差5.25.26.1尺寸偏差5.35.36.2外观质量5.45.46.3弯曲度5.55.56.4对角线差5.65.66.5光学性能5.75.76.6颜色均匀性5.85.86.7辐射率5.9

22、5.96.8耐磨性一5.106.9耐酸性一5.116.10耐碱性一5.126.112厚度偏差低辐射镀膜玻璃的厚度偏差应符合GB11614标准的有关规定。3.尺寸偏差3.1 低辐射镀膜玻璃的尺寸偏差应符合GB11614标准的有关规定，不规则形状的尺寸偏差由供需双方商定。3.2 钢化、半钢化低辐射镀膜玻璃的尺寸偏差应符合GB178411999标准的有关规定。4外观质量 低辐射镀膜玻璃的外观质量应符合表2-13b的规定。 表2-13b 低辐射镀膜玻璃的外观质量缺陷名称说明优等品合格品针孔直径0.8mm不允许集中0.8mm直径1.2mm中部:3.0S,个且任意两钉孔之间的距离大于300mm.75mm边

23、部: 不允许集中不允许集中1.2mm直径1.6mm中部:不允许75mm边部:3.0S,个中部: 3.0S,个75mm边部:8.0S,个1.6mm直径2.5mm不允许中部: 2.0S,个75mm边部:5.0S,个直径2.5mm不允许不允许斑点1.0mm直径2.5mm中部:不允许75mm边部:2.0S,个中部: 5.0S,个75mm边部:6.0S,个2.5mm直径5.0mm不允许中部: 1.0S,个75mm边部:4.0S,个直径5.0mm不允许不允许膜面划伤0.1mm宽度0.3mm长度60mm不允许不限划伤间距不得小于100mm宽度0.3mm或长度60mm不允许不允许玻璃面划伤宽度0.5mm长度6

24、0mm3.0S,个宽度0.5mm或长度60mm不允许不允许注：1.针孔集中是指在100mm面积内超过20个； 2. S是以平方米为单位的玻璃板面积，保留小数点后两位； 3.允许个数及允许条数为各系数与S相乘所得的数值,按GB/T8170修约至整数； 4.玻璃板的中部是指距玻璃板边缘75mm以内的区域，其它部分为边部。5弯曲度5.1低辐射镀膜玻璃的弯曲度不应超过0.2%。5.2钢化、半钢化低辐射镀膜玻璃的弓形弯曲度不得超过0.3%，波形弯曲度(mm/300mm)不得超过0.2% 。6对角线差6.1低辐射镀膜玻璃的对角线差应符合GB11614的标准的有关规定。6.2钢化、半钢化低辐射镀膜玻璃的对角

25、线差应符合GB17841-1999标准的有关规定。7 光学性能 低辐射镀膜玻璃的光学性能包括：紫外线透射比、可见光透射比、可见光反射比、太阳光直接透射比、太阳光直接反射比和太阳能总透射比。这些性能的差值应符合表2-13c规定。 表2-13c 低辐射镀膜玻璃的光学性能要求项目允许偏差最大值（明示标称值）允最大差值（未明示标称值）指标1.53.0注：对于明示称值(系列值)的产品，以标称值作为偏差的基准，偏差的最大值应符合本表的规定；对于未明示标称值的产品，则取三块试样进行测试，三块试样之间差值的最大值应符合本表的规定。8颜色均匀性 低辐射镀膜玻璃的颜色均匀性，以CIELAB均匀空间的色差E*来表示

26、，单位：CIELAB。测量低辐射镀膜玻璃在使用时朝向室外的表面，该表面的反射色差E不应大于2.5 CIELAB色差单位.9辐射率 离线低辐射镀膜玻璃应低于0.15。在线低辐射镀膜玻璃应低于0.25。10耐磨性 试验前后试样的可见光透射比差值的绝对值不应大于4% 。11耐酸性 试验前后试样的可见光透射比差值的绝对值不应大于4% 。12耐碱性 试验前后试样的可见光透射比差值的绝对值不应大于4% 。13超过本章的其它要求，由供需双方协商解决。低辐射膜(Low-E) 镀膜玻璃是表面镀有低辐射膜系的镀膜玻璃，其膜系结构有多种，如图2-11g所示。 图2-11g 以图2-11g(7)的膜系为例，将各层膜的

27、特性阐述如下： 膜系中第一层是SnO2膜，其作用与阳光控制膜系中的介质膜相同，金属膜是低辐射膜系中的主功能膜层。金属膜的厚度与表面电阻及表面电阻与透射率的关系见图2-11h及图2-11i。图上的金属膜层是银膜的实测数据。在银膜上再镀上一层很薄(厚度为12nm)的铝膜。 图2-11h 图2-11i 金属膜层的表面电阻随膜厚的增加而逐渐减少，无线性关系，如图2-11h所示。 从另一测定得出：金属膜的表面电阻与其辐射率的关系呈线性关系，表面电阻大，辐射系数大。如图2-11 i所示。 由图2-11j可知，金属膜的厚度与透射率呈线性关系，随着膜厚的增加，透射率下降。 图2-11j 低辐射膜系所镀的金属膜

28、层如银膜，膜层的质地较软，与其他膜层的结合力较弱，从而使整个低辐射膜系的强度不高，使用时需防止磨擦，例如在用于中空玻璃时镀膜面常放在第三面。 金属膜层中的铝膜非常薄，其作用是防止银膜等金属膜在生产过程中发生氧化，对银膜起保护作用，铝膜本身对整个膜系的性能没有多大影响。Low-E膜的低辐射是针对中远红外线(波长大于5m)而言的。在远红外线的区间，物体表面通常在室温下进行辐射。因Low-E膜正是在红外线等长波长区反射率高而在可见光范围内反射率低的产品。原始设计的Low-E膜在冬天使用最为有效。在美国，Sunbelt地带指从南到西所有夏季炎热、冬季寒冷的南部各州。在这些地区安装的玻璃要求可见光的透过

29、率高而阳光的透过率低。不久，美国的生产厂商就把阳光控制膜和Low膜结合在一起。起初阳光控制Low-E膜的第一种组装方法是把Low-E膜放在IGU的内侧(3表面)，标准阳光控制膜被放在它的外侧(2表面)。随着市场对Low-E与阳光控制膜结合产品需要的增长，商家开发出新的产品并投放进市场，改良的镀有银层Low-E的阳光控制膜把这两方面因素恰当地组合在一起：高的可见光透过率和低的阳光透过率。即对Low-E膜的金属膜膜层厚度和金属膜系作一些调整，只在一个面上镀膜的阳光控制膜低辐射镀膜玻璃（镀膜面可放在第二面，也可放在第三面）。当前的高性能产品是双银Low-E膜，这种Low-E膜同时也能产生出极好的阳光控制效果，因此可以在严寒的冬季或炎热的夏季里得到广泛的使用。 图2-11k为Low-E膜系的标准结构。因为锌最便宜并且溅射速率非常高，许多Low-E膜是以ZnOx为基础的。经验表明，当其他电介质在ZnOx上沉积时，银层可以比较薄而获得导电性能较强的导电膜。但耐磨性不是最好。相反，使用C-Mag阴极系统生产的SiNx 其产品具有很高的耐磨性。 欧洲传统的膜面都是以ZnOx为基面的，这样，只要增加一个薄的SiOX膜层，膜系就可以具有较高的耐磨性能。所有这些产品都可以扩展为各个性能级别的双银Low-E膜。 图2-11k