建筑玻璃幕墻與建筑節能

我國建筑幕墻行業經過近二十多年的的發展，已成為世界上產量最多的國家，通過技術引進、吸收、創新，有些技術已經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現，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。　　

一、傳統玻璃幕墻的弊端

耗能問題、光污染、安全隱患等等，隨著2005年7月1日《公共建筑節能設計標準》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展  

那么玻璃幕墻的美觀與節能是不是“魚和熊掌不可兼得”呢？事實上，隨著科學技術進步，一些隔熱性能好、反光系數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，是因為其內部的空氣層處于一個封閉的空間，氣體不產生對流，且空氣的導熱系數僅是玻璃的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。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。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，都是有較好節能效果的。 

 隨著第四代節能新型玻璃幕墻的面世，幕墻的隔熱性能、生態環保功能和節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，提高了幕墻的使用功能和舒適度，向綠色環保化、智能生態化方向發展。 

（一）光電幕墻 
光電幕墻是一種集發電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一體的太陽能光電玻璃幕墻，它充分體現了建筑的智能化與人性化特點。進入90年代后，隨著常規發電成本的上升和人們對環境保護的日益重視，一些國家紛紛實施、推廣太陽能屋頂計劃，并提出了“建筑物產生能源”的新概念，由此推動了光電技術的大規模開發與應用。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，彼此之間經過其背面的導線相連，從而構成了一個整體的光電模板。這是一種完善的技術，它的優點是可在氣候惡劣的情況下照常工作，具備抵御外界環境侵擾的能力，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。 
光電幕墻體現了智能化特點，太陽能電池發電不會排放二氧化碳或產生對溫室效應有害的氣體，也無噪音污染，并可用來發電，由此可見，光電幕墻是一種凈能源，與環境有很好的相容性。同時太陽能光電技術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美的外觀，具有特殊的裝飾效果，更賦予建筑物鮮明的現代科技色彩。

（二）生態幕墻 
生態幕墻是隨著建筑生態化的發展而發展的，根據使用功能或使用要求，能夠改變生態和色彩的建筑幕墻稱之為生態幕墻，生態幕墻是生態建筑的一種，是生態外圍護結構的建筑。它是以“可持續發展”為戰略，以使用的高新技術為先導，以生物氣候緩沖層為重點，節約資源，減少污染，是健康舒適的生態建筑外圍護結構。 
生態建筑與生態幕墻在三維空間中，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。改變了傳統建筑和幕墻終身不變的形態和色彩，拓寬了建筑和幕墻的新視野和新技術，對現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，玻璃幕墻的發展是隨著科學的進步，綜合技術的開發利用，特別是新技術、新工藝、新材料的發展而 精華的，所以光電幕墻和生態幕墻都是科學技術的綜合體現。

三、玻璃幕墻的節能原理分析

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、距離、間隔層內的氣體，間隔條如暖邊技術，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）部分的傳熱系數限值來確定玻璃。 
不同材料的窗框對外窗（含透明幕墻、采光頂）的傳熱系數影響較大，不容忽視，塑料窗框、木窗框等因材料本身的傳熱系數較小，對外窗的傳熱系數影響不大，鋁合金窗框，鋼窗框等材料本身的導熱系數很大，形成的熱橋對外窗的傳熱系數影響較大，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影響也不同。 
透明幕墻的構造做法對傳熱系數也有不同的影響，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）的遮陽系數可根據不同的玻璃本身的遮陽系數及外遮陽來選擇，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和光學性能。 
現階段提高透明幕墻節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構傳熱系數，消除結構體系“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生一個連續的隔熱區域，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，其導熱系數為０．３Ｗ／（ｍ.Ｋ），遠小于鋁合金的導熱系數，而力學性能指標與鋁合金相當。

四、玻璃幕墻的節能設計

1、選擇新型節能玻璃材料
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，使熱主要散發到室外一側，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，同時又能將90％以上的室內物體所輻射的長波保留在室內，透明性很好，廣泛用于美術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，是一種良好的節能材料。
 4）中空玻璃
現今中空玻璃的大幅度發展的主要原因是聚硫膠的出現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、玻璃幕墻的遮陽設計

現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。設計時要特別注意以下幾點：
1）遮陽板面的組合與構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。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，遮陽構件以采用輕質為宜。遮陽構件經常暴露在室外，受日曬雨淋，容易損壞，因此要材料堅固耐久。

設計時可根據上述的要求并結合實際情況來選擇適宜的遮陽材料。遮陽構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能分析

熱通道玻璃幕墻是一種新型的節能幕墻，是幕墻技術的新發展。它不同于傳統的單層幕墻，它由內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“封閉式內循環體系”和可自然通風的“敞開式外循環體系”兩種類型。熱通道幕墻的特點在于雙層玻璃結構，它與傳統的玻璃幕墻相比，對提高幕墻的保溫、隔熱、隔聲功能起到很大的作用。
3.2封閉式內循環熱通道幕墻節能原理

封閉式內循環熱通道幕墻是指空氣從內層幕墻的下通道進入熱通道空間，然后上升到上部排風口，最后從吊頂內的排風管排出，而外層幕墻原則上是完全封閉的。內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。室內空氣通過內層幕墻的下通道進入兩層幕墻之間的熱通道空間，使內層幕墻的外表面溫度接近或者達到室內溫度，形成優越的溫度條件，起到節約能量的效果。
3.3開敞式外循環體系熱通道幕墻節能分析開敞式外循環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構，內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，在熱通道內由于熱煙囪效應產生自下而上的氣流運動，帶走了通道內的熱量，這樣可以降低內側幕墻的外表面溫度，減少了空調制冷的負荷，節約了能源，降低了能耗。通過對通道上下兩端排氣、進氣裝置的調控，在通道內形成負壓，利用內側幕墻兩邊的壓差和開啟扇，可以隨時向室內輸入新鮮空氣。

冬天：通道上下兩端的排氣口裝置關閉，內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，這樣等于提高了內側幕墻外表面的溫度，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）內外兩層幕墻之間熱通道的距離可設計較寬，一般為500～600mm；5）外層頂部百葉通風口。通風口內側安裝不銹鋼防蟲網，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）內層幕墻設有開啟門，通道上設有走人鋼架，以便進入通道進行維護、清洗；7）可根據需要在熱通道內設置可調控的鋁合金百葉窗簾或者電動卷簾，有效地調節陽光的照射；8）在必要的位置設置豎向隔斷。隔斷材料可采用鋼板、鋁板或玻璃等。

五、結束語

降低建筑能耗，需要我們全社會的共同參與，無論是政府部門，還是平民百姓，尤其是玻璃幕墻設計人員，在設計玻璃幕墻時只有合理進行設計，選用合適的玻璃，采用合理的構造，才能達到節能標準的要求。（來源：中國門窗幕墻資訊網）