建筑玻璃幕墻與建筑節(jié)能

我國建筑幕墻行業(yè)經(jīng)過近二十多年的的發(fā)展，已成為世界上產(chǎn)量最多的國家，通過技術(shù)引進、吸收、創(chuàng)新，有些技術(shù)已經(jīng)接近甚至達到國際先進水平。但遺憾的是， 隨著玻璃幕墻大量的應用和時間的推移，許多在“玻璃大廈”里辦公和居住的人們發(fā)現(xiàn)，盡管玻璃使建筑物看上去輕盈亮麗、簡潔明快，但是玻璃幕墻的許多缺點也日益凸現(xiàn)?！　?/span>

一、傳統(tǒng)玻璃幕墻的弊端

耗能問題、光污染、安全隱患等等，隨著2005年7月1日《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》的實施，玻璃幕墻的耗能、安全隱患等問題使其處于一種尷尬的境界，玻璃幕墻將被叫停甚至遭封殺的消息不絕于耳。

二、新型玻璃幕墻的誕生與發(fā)展  

那么玻璃幕墻的美觀與節(jié)能是不是“魚和熊掌不可兼得”呢？事實上，隨著科學技術(shù)進步，一些隔熱性能好、反光系數(shù)低的玻璃都相繼問世，采用由這些玻璃組成的中空玻璃則比較好地解決了保溫隔熱的問題，使解決玻璃幕墻耗能的問題成為可能。 
中空玻璃的隔熱性能好，是因為其內(nèi)部的空氣層處于一個封閉的空間，氣體不產(chǎn)生對流，且空氣的導熱系數(shù)僅是玻璃的1/27。在北方，中空玻璃一般是盡量減少對太陽短波輻射的阻擋，使得更多的太陽輻射進入室內(nèi)。而在南方，中空玻璃首先是吸收或反射太陽短波輻射，再利用中空玻璃的空氣層有效隔絕溫差傳熱和長波輻射，從而使大量的太陽輻射不能進入室內(nèi)。所以，中空玻璃和有保溫隔熱功能的單片玻璃配合組成的中空玻璃等，都是有較好節(jié)能效果的。 

 隨著第四代節(jié)能新型玻璃幕墻的面世，幕墻的隔熱性能、生態(tài)環(huán)保功能和節(jié)省能源消耗等方面都有很大的突破。這個時代的幕墻特點是采用了高新技術(shù)，提高了幕墻的使用功能和舒適度，向綠色環(huán)保化、智能生態(tài)化方向發(fā)展。 

（一）光電幕墻 
光電幕墻是一種集發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一體的太陽能光電玻璃幕墻，它充分體現(xiàn)了建筑的智能化與人性化特點。進入90年代后，隨著常規(guī)發(fā)電成本的上升和人們對環(huán)境保護的日益重視，一些國家紛紛實施、推廣太陽能屋頂計劃，并提出了“建筑物產(chǎn)生能源”的新概念，由此推動了光電技術(shù)的大規(guī)模開發(fā)與應用。美國、日本、德國、意大利、印度等許多國家都已建有太陽能屋頂或外墻的建筑。 

光電模板簡稱為PV，是多個太陽能光電池經(jīng)加固處理，鑲嵌在特殊的透明度極高的低鐵玻璃中，彼此之間經(jīng)過其背面的導線相連，從而構(gòu)成了一個整體的光電模板。這是一種完善的技術(shù)，它的優(yōu)點是可在氣候惡劣的情況下照常工作，具備抵御外界環(huán)境侵擾的能力，或在臭氧，或在酸雨，或在零下50攝氏度至90攝氏度的環(huán)境中，光電模板仍可使用幾十年，而且是極為美觀的造型材料。 
光電幕墻體現(xiàn)了智能化特點，太陽能電池發(fā)電不會排放二氧化碳或產(chǎn)生對溫室效應有害的氣體，也無噪音污染，并可用來發(fā)電，由此可見，光電幕墻是一種凈能源，與環(huán)境有很好的相容性。同時太陽能光電技術(shù)集成到幕墻中不僅不占有建筑面積，而且太陽能光電板晶瑩優(yōu)美的外觀，具有特殊的裝飾效果，更賦予建筑物鮮明的現(xiàn)代科技色彩。

（二）生態(tài)幕墻 
生態(tài)幕墻是隨著建筑生態(tài)化的發(fā)展而發(fā)展的，根據(jù)使用功能或使用要求，能夠改變生態(tài)和色彩的建筑幕墻稱之為生態(tài)幕墻，生態(tài)幕墻是生態(tài)建筑的一種，是生態(tài)外圍護結(jié)構(gòu)的建筑。它是以“可持續(xù)發(fā)展”為戰(zhàn)略，以使用的高新技術(shù)為先導，以生物氣候緩沖層為重點，節(jié)約資源，減少污染，是健康舒適的生態(tài)建筑外圍護結(jié)構(gòu)。 
生態(tài)建筑與生態(tài)幕墻在三維空間中，引入了時間概念，在功能及美學上具有獨特的意義，可以稱其為“四維建筑”，即靜與動，封閉與開放，收斂與張開，空間與時間，使建筑和幕墻更具有鮮明的音樂韻律。改變了傳統(tǒng)建筑和幕墻終身不變的形態(tài)和色彩，拓寬了建筑和幕墻的新視野和新技術(shù)，對現(xiàn)代建筑和幕墻的實踐和理論是一種補充和拓展，有著獨立的價值和意義。 
由此可見，玻璃幕墻的發(fā)展是隨著科學的進步，綜合技術(shù)的開發(fā)利用，特別是新技術(shù)、新工藝、新材料的發(fā)展而 精華的，所以光電幕墻和生態(tài)幕墻都是科學技術(shù)的綜合體現(xiàn)。

三、玻璃幕墻的節(jié)能原理分析

外窗（含透明幕墻、采光頂）的保溫隔熱性能主要取決于所采用的玻璃的保溫隔熱性能，中空玻璃的間隔層層數(shù)、距離、間隔層內(nèi)的氣體，間隔條如暖邊技術(shù)，ＬＯＷ－Ｅ中空玻璃膜層的輻射率都對玻璃的保溫性能有影響，可根據(jù)標準對不同類型的外窗（含透明幕墻、采光頂）部分的傳熱系數(shù)限值來確定玻璃。 
不同材料的窗框?qū)ν獯埃ê该髂粔?、采光頂）的傳熱系?shù)影響較大，不容忽視，塑料窗框、木窗框等因材料本身的傳熱系數(shù)較小，對外窗的傳熱系數(shù)影響不大，鋁合金窗框，鋼窗框等材料本身的導熱系數(shù)很大，形成的熱橋?qū)ν獯暗膫鳠嵯禂?shù)影響較大，必須采用斷橋處理。鋁合金斷橋處理做法有很多種，材料也不同，如聚酰胺（ＰＡ）斷熱條，聚胺脂（ＰＵ）等，對保溫性能要求高的外窗（含透明幕墻、采光頂）應選擇斷橋效果好的鋁型材。 
窗框面積占外窗的比例根據(jù)窗框材料和窗型系列的不同大約為２０~４０％，不同的窗框面積對窗的傳熱系數(shù)影響也不同。 
透明幕墻的構(gòu)造做法對傳熱系數(shù)也有不同的影響，明框玻璃幕墻、半隱框玻璃幕墻的影響要大于點支式幕墻和隱框幕墻。 

外窗（含透明幕墻，采光頂）的遮陽系數(shù)可根據(jù)不同的玻璃本身的遮陽系數(shù)及外遮陽來選擇，以達到限值的要求。 
不同顏色系列的著色玻璃，熱反射玻璃及ＬＯＷ－Ｅ中空玻璃膜層的位置都有不同的遮陽系數(shù)和光學性能。 
現(xiàn)階段提高透明幕墻節(jié)能保溫性能的主要措施是采用鍍膜玻璃、ＬＯＷ－Ｅ玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃及隔熱斷橋鋁型材來降低結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，消除結(jié)構(gòu)體系“熱橋”，降低空氣滲透熱損失，減少開啟窗扇面積，提高密封性等。 
隔熱斷橋鋁型材的隔熱原理是基于產(chǎn)生一個連續(xù)的隔熱區(qū)域，運用隔熱條將鋁合金型材分隔成２個部分。隔熱條“冷橋”選用材料為聚酰胺尼龍６６，其導熱系數(shù)為０．３Ｗ／（ｍ.Ｋ），遠小于鋁合金的導熱系數(shù)，而力學性能指標與鋁合金相當。

四、玻璃幕墻的節(jié)能設(shè)計

1、選擇新型節(jié)能玻璃材料
1）熱反射鍍膜玻璃

熱反射鍍膜玻璃又稱陽光控制鍍膜玻璃，是指具有反射太陽能作用的鍍膜玻璃。其最大特點是利用鍍膜能透過可見光，而把起加熱作用的遠紅外光反射到室外，同時玻璃材料吸收的太陽熱能被鍍膜所隔離，使熱主要散發(fā)到室外一側(cè)，盡可能地減少太陽的熱作用。
2）低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃

低輻射玻璃、多功能鍍膜玻璃又稱保溫鍍膜玻璃，這類材料的特性是對可見光高通透，對紅外線輻射高反射，特別是對遠紅外輻射有極高的反射率，可讓80％的可見光進入室內(nèi)，同時又能將90％以上的室內(nèi)物體所輻射的長波保留在室內(nèi)，透明性很好，廣泛用于美術(shù)館以及科學實驗樓等。
3）薄膜型熱反射材料貼膜玻璃

薄膜型熱反射材料是一種新型功能復合材料，它不僅能反射較寬頻帶的紅外線，還具有較高的可見光透射率。由于在透明的PET、PC薄膜上形成晶態(tài)組分和界面組分的金屬膜，因而薄膜型熱反射材料貼膜玻璃具有高反射率、高透射率和選擇性透光特性。該玻璃在建筑上有極為廣泛的應用前景，是一種良好的節(jié)能材料。
 4）中空玻璃
現(xiàn)今中空玻璃的大幅度發(fā)展的主要原因是聚硫膠的出現(xiàn)和在中空玻璃中的廣泛應用。中空玻璃是通過在兩層平板玻璃中間利用間隔框架隔開，周邊密封，充入干燥空氣并填入少量干燥劑保持空氣干燥而制得的。
2、玻璃幕墻的遮陽設(shè)計

現(xiàn)階段提高玻璃幕墻隔熱保溫性能的主要措施有：采用Low—E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃等玻璃處理技術(shù)以減少太陽透過玻璃的直接輻射；采用鋁塑復合材料、斷熱鋁型材等高熱阻材料。設(shè)計時要特別注意以下幾點：
1）遮陽板面的組合與構(gòu)造在滿足阻擋直射陽光的前提下，可以有不同板面組合的形式，應該選擇對通風、采光、視野、構(gòu)造和立面處理等要求更為有利的形式。為了便于熱空氣的散逸，并減少對通風、采光的影響，常將板面做成百頁的或部分做成百頁的，或中間層做成百頁的。遮陽板可用鋁板，輕金屬或混凝土制作。
 2）遮陽板的安裝位置遮陽板安裝的位置對防熱和通風的影響很大。例如將板面緊靠墻面布置時，受熱表面加熱而上升的熱空氣將受室外風壓作用導入室內(nèi)。這種情況對綜合式遮陽更為嚴重，為了克服這個缺點，板面應該離開玻璃墻面一定的距離安裝，以使大部分熱空氣沿著墻面排走，且應使遮陽板盡可能減少擋風，最好還能兼起導風入室作用。
3）材料與顏色為了減輕自重，遮陽構(gòu)件以采用輕質(zhì)為宜。遮陽構(gòu)件經(jīng)常暴露在室外，受日曬雨淋，容易損壞，因此要材料堅固耐久。

設(shè)計時可根據(jù)上述的要求并結(jié)合實際情況來選擇適宜的遮陽材料。遮陽構(gòu)件的顏色對隔熱效果也有影響。為了加強表面的反射，減少吸收，遮陽簾朝向陽光的一面，應為淺色發(fā)亮的顏色，而在背陽光的一面，應為較暗的無光澤顏色，以免引起眩光。
3、熱通道式玻璃幕墻節(jié)能分析

熱通道玻璃幕墻是一種新型的節(jié)能幕墻，是幕墻技術(shù)的新發(fā)展。它不同于傳統(tǒng)的單層幕墻，它由內(nèi)外兩層玻璃幕墻組成，或稱為雙層幕墻、可呼吸式幕墻、通風幕墻。內(nèi)幕墻一般采用明框幕墻或活動窗，或開有檢修門以便維護、清潔；外幕墻可采用有框幕墻或點支玻璃幕墻。
3.1熱通道玻璃幕墻的類型

熱通道玻璃幕墻可將其分為“封閉式內(nèi)循環(huán)體系”和可自然通風的“敞開式外循環(huán)體系”兩種類型。熱通道幕墻的特點在于雙層玻璃結(jié)構(gòu)，它與傳統(tǒng)的玻璃幕墻相比，對提高幕墻的保溫、隔熱、隔聲功能起到很大的作用。
3.2封閉式內(nèi)循環(huán)熱通道幕墻節(jié)能原理

封閉式內(nèi)循環(huán)熱通道幕墻是指空氣從內(nèi)層幕墻的下通道進入熱通道空間，然后上升到上部排風口，最后從吊頂內(nèi)的排風管排出，而外層幕墻原則上是完全封閉的。內(nèi)層一般采用單層玻璃幕墻或可開啟的單層玻璃窗，以便對幕墻進行維護與保潔，外層幕墻一般由絕熱桿件和中空玻璃幕墻組成。室內(nèi)空氣通過內(nèi)層幕墻的下通道進入兩層幕墻之間的熱通道空間，使內(nèi)層幕墻的外表面溫度接近或者達到室內(nèi)溫度，形成優(yōu)越的溫度條件，起到節(jié)約能量的效果。
3.3開敞式外循環(huán)體系熱通道幕墻節(jié)能分析開敞式外循環(huán)體系熱通道幕墻是指空氣從外層幕墻的下通道進入熱通道空間，然后從外層幕墻的上部排風口排出，而內(nèi)層幕墻則完全封閉。其外層是由單片玻璃及非絕熱桿件組成的敞開結(jié)構(gòu)，內(nèi)層由絕熱桿件和中空玻璃組成的推拉門（或推拉窗）幕墻體系。

夏天：內(nèi)外兩層幕墻中間熱通道的溫度很高，這時可打開熱通道上下兩端的排氣口裝置，在熱通道內(nèi)由于熱煙囪效應產(chǎn)生自下而上的氣流運動，帶走了通道內(nèi)的熱量，這樣可以降低內(nèi)側(cè)幕墻的外表面溫度，減少了空調(diào)制冷的負荷，節(jié)約了能源，降低了能耗。通過對通道上下兩端排氣、進氣裝置的調(diào)控，在通道內(nèi)形成負壓，利用內(nèi)側(cè)幕墻兩邊的壓差和開啟扇，可以隨時向室內(nèi)輸入新鮮空氣。

冬天：通道上下兩端的排氣口裝置關(guān)閉，內(nèi)外兩層玻璃幕墻間的熱通道由于陽光的照射，溫度升高，像一個溫室，這樣等于提高了內(nèi)側(cè)幕墻外表面的溫度，減少了建筑物采暖的運行費用。春、秋兩季溫度適中之時，不存在采暖和制冷，可以打開推拉門和室外自然氣溫交流而達到平衡。
1）內(nèi)層幕墻可采用隔熱（或斷熱）明框幕墻或者隔熱（或斷熱）單元幕墻，外層幕墻可采用點支式玻璃幕墻等；2）內(nèi)層幕墻通常采用中空玻璃，外層幕墻通常采用單片玻璃；并且多采用點駁接式玻璃幕墻；3）內(nèi)層幕墻完全封閉，空氣的流動在室外與熱通道之間進行；4）內(nèi)外兩層幕墻之間熱通道的距離可設(shè)計較寬，一般為500～600mm；5）外層頂部百葉通風口。通風口內(nèi)側(cè)安裝不銹鋼防蟲網(wǎng)，防止鳥類昆蟲等進入箱體。熱空氣的交換不需要借助于專門的設(shè)備來完成，可以完全依靠空氣自然通風來進行，運行成本較低；6）內(nèi)層幕墻設(shè)有開啟門，通道上設(shè)有走人鋼架，以便進入通道進行維護、清洗；7）可根據(jù)需要在熱通道內(nèi)設(shè)置可調(diào)控的鋁合金百葉窗簾或者電動卷簾，有效地調(diào)節(jié)陽光的照射；8）在必要的位置設(shè)置豎向隔斷。隔斷材料可采用鋼板、鋁板或玻璃等。

五、結(jié)束語

降低建筑能耗，需要我們?nèi)鐣墓餐瑓⑴c，無論是政府部門，還是平民百姓，尤其是玻璃幕墻設(shè)計人員，在設(shè)計玻璃幕墻時只有合理進行設(shè)計，選用合適的玻璃，采用合理的構(gòu)造，才能達到節(jié)能標準的要求。（來源：中國門窗幕墻資訊網(wǎng)）