探讨玻璃幕墙的节能技术

摘　要：玻璃幕墙作为一种常用的建筑围护结构广泛地应用在高层建筑中。本文简要地介绍玻璃幕墙节能技术及发展趋势。

关键词：玻璃幕墙；节能技术
玻璃幕墙由支撑结构体系与玻璃面板组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰性结构。
　　玻璃幕墙轻巧美观、外观简洁、通透明亮、富有时代感，改变了传统建筑沉闷、凝重的外立面格调，给人一种全新的现代时尚的感觉。它的透光性能营造出较明亮的室内环境，克服了传统墙体厚重、隔光的缺点，达到建筑内外空间交融的效果。但也造成了室内外环境容易发生能量交换，从而达不到较好的节能效果。
　　玻璃幕墙作为建筑围护结构，可以减少钢筋、混凝土及砖砌体的使用量，这对于减少高耗能建材使用所达到的节约能源、资源有很大的帮助。但玻璃幕墙作为建筑围护结构，其保温、隔热性能均远不及传统墙体，是传统墙体热损失的5～6倍。幕墙的能耗约占整个建筑能耗的40%左右，因此幕墙节能在建筑节能中有极其重要的地位。
　　普通玻璃幕墙是由平板玻璃形成的“单层皮”玻璃幕墙。平板玻璃对可见光和长波辐射的反射有限。由于玻璃的通透性，夏日阳光直射到室内，产生温室效应，造成室内过热，增加空调能耗。冬季，单层玻璃的保温性能较差，热损失较大。可见，由单一材料形成的传统玻璃幕墙无法满足冬季保温和夏季防热、隔热的要求，缺乏气候适应性，不能满足建筑节能的要求，需加以改进。通常的做法是减少玻璃幕墙的使用面积、调整建筑方位、选择合理的玻璃幕墙材料、采用不同形式的遮阳及安装时增强其密封性等。
　　1.玻璃幕墙节能技术
　　1.1 减少玻璃幕墙的使用面积
　　玻璃幕墙使用面积的减少，在夏日可降低热透射量，使室内不至于过热，降低空调的能耗；冬季则可减少热交换量，从而降低由于玻璃的保温性能差造成的热损失。目前在幕墙的设计使用当中，为了追求立面上的效果，减少幕墙的使用面积并不是一个好的选择。
　　1.2 调整玻璃幕墙建筑方位
　　建筑方位的设计也是建筑幕墙节能要素之一。建筑物的朝向应该考虑日照、采光、通风、遮阳等要求。坐北朝南的朝向是我国许多地区的合理朝向，但朝向的选择是因地域气候、周围环境、建筑需求而改变的，不可一概而论。在城市房屋建筑设计中，建筑方位的选择往往由于城市布局规划等原因不能按最佳朝向，但可以通过调整建筑布局来获得相对合理的方位。
　　1.3 选择合理的玻璃幕墙材料
由于玻璃表面换热性强，热透射率高所产生的室内温度过高，除了减少玻璃幕墙的使用面积和幕墙建筑方位的设计外，还可以选择合理的玻璃幕墙材料。太阳辐射的特点是：可见光波长短，热量小；红外线波长长，热量大。所以玻璃材料应尽量让短波可见光透射而让长波辐射热反射出去，这样在减少夏季空调负荷的同时又不至于降低采光效率。如采用镀膜玻璃、中空玻璃等玻璃处理技术以减少太阳透过玻璃的直接辐射。还可以采用铝塑复合材料、断热桥型材等高热阻材料应用技术，其隔热保温措施原理比较简单，使玻璃幕墙结构的传热系数大大降低。
　　1.3.1 采用镀膜玻璃
　　镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜。镀膜玻璃改变了玻璃的光学性能，对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高吸收率，具有良好的隔热性能，从而改善了玻璃的传热特性，减少了热交换，降低了建筑能耗。镀膜玻璃按产品的不同特性，可分为热反射玻璃、低辐射玻璃(Low-E玻璃)、导电膜玻璃等。
　　1.3.2 采用中空玻璃
　　中空玻璃是由两片或两片以上的平行玻璃板，以内部注满专用干燥剂的隔框隔出一定宽度的空间，使用高强度密封胶沿着玻璃的四周边部粘合而成的玻璃组件，若在中空玻璃中充满惰性气体，从而减少热交换，将进一步增大中空玻璃的热阻，起到保温隔热作用。或不充入惰性气体，让空气自由流动进行通风，中空玻璃相对于单层玻璃同时又具有较好的热绝缘性能。既能自由通风又能起到较好的保温隔热作用。与普通玻璃相比，中空玻璃幕墙大体能够减少20%～25%的能耗。中空玻璃若采用热反射镀膜玻璃或低发射率玻璃组成中空玻璃，更可以显著提高玻璃幕墙的保温隔热性能，同时，中空玻璃还具有隔声性能优良的特点。
　　1.3.3 采用真空玻璃
　　真空玻璃幕墙是指将两块平板四周闭合,中间形成0.1㎜～0.2㎜的缝隙，将缝隙中的空气抽空，两层玻璃之间形成真空。真空玻璃幕墙一般至少有一片低辐射玻璃。玻璃热传递通常有对流、传导和辐射三种方式。根据研究，对流传热递约占总传递热量的70%以上。因此，如果能够有效地降低窗间气体的自然对流，对提高玻璃幕墙的绝热性能有极大的帮助。真空玻璃中间是真空层，使对流传热和传导传热的影响大大减弱，能够大幅度降低辐射传热。
　　1.3.4 采用薄膜型热反射材料贴膜玻璃
　　薄膜型热反射材料是一种新型功能复合材料，它不仅能反射较宽频带的红外线，还具有较高的可见光透射率，由于在透明的PET、PC薄膜上形成晶态组分和界面组分的金属膜，因而它具有高反射率、高透射率和选择性透光特性。例如可见光透射率高达70%以上，而对太阳光全光谱不同波长反射率在75%以上，在3㎜厚普通玻璃上贴一层隔热膜片后，太阳热辐射透过减少82.5%，在建筑上有极为广泛的应用前景，是一种良好的节能材料。
　　1.3.5 采用隔热型材
　　隔热断桥铝型材原理是利用塑料型材将室内外两层铝合金既隔开又紧密连接成一个整体，构成一种新的隔热型的铝型材，其保温性好、隔音性好、气密性好、水密性好、防火性好，彻底解决了铝合金传导散热快、不符合节能要求的致命问题。
　　另外，隐框玻璃幕墙的铝合金框架不直接参与传递室内外热量，可采用普通铝型材。明框玻璃幕墙的铝合金框架参与室内外热量的传递，因此应采用隔热断桥铝型材，消除铝型材的冷桥效应。点支式玻璃幕墙爪件应采用隔热爪件。
　　1.4 采用玻璃幕墙遮阳技术
　　玻璃幕墙可以通过选择合理的玻璃材质来影响太阳光的辐射，但是采用遮阳技术远比改变玻璃材质的效果大。在玻璃幕墙上设置遮阳系统，可以最大限度减少阳光的直接照射，避免产生眩光、改善室内环境气候等功能，同时也对室内的采光、通风带来不同层次的影响。
　　玻璃幕墙遮阳可通过安装遮阳板、遮阳百叶 、花格、卷帘、窗帘等进行遮阳和采光的协调。
　　1.5 提高玻璃幕墙的气密性能
　　1.5.1 玻璃面板四周应采用弹性好、抗老化、性能稳定的密封条或注密封胶密封。
　　1.5.2 开启扇应采用双道或多道密封，并采用弹性好、抗老化、性能稳定的密封条。
　　1.5.3 单元式幕墙的单元板块间应采用双道或多道密封，并应采取措施对纵横交错缝进行密封，采用的密封条应弹性好、抗老化、性能稳定，单元板安装就位后密封条应保持压缩状态。
　　1.6 设置热缓冲区
　　热缓冲区就是在玻璃幕墙和室内之间设置一个空间，例如通常采用的外包阳台或平台。这样的设置其节能原理与双层玻璃幕墙类似，不过由于其空间较大，若处理好通风的问题，其可以将热量有效的分流，起到了一定的降温作用，从而减少室内空调的能耗。
　　2.采用双层玻璃幕墙技术
　　双层玻璃幕墙是由内、外两层玻璃幕墙组成，两层幕墙中间形成一个通道，同时在外层幕墙设置进风口和出风口(见右图)。与传统玻璃幕墙相比，双层玻璃幕墙独特的夹层设计，不仅在提高幕墙的保温隔热性能上提供了更多可能，更重要的是，为遮阳构件提供一个栖身之地，使之既能有效遮阳，又不破坏建筑外观。

　　双层玻璃幕墙在夏季利用“烟囱效应”，通过自然通风换气降低室内温度；在冬季能产生温室效应，提高保温效果，降低取暖能耗。双层玻璃幕墙在夏季的阳光照射下，幕墙通道中的空气被加热，使空气自下而上地流动，从而带走通道中的热空气，达到降低房间温度的作用。同时，可以放下半透明卷帘，通过卷帘反射后除去大部分太阳辐射，降低房间温度，减少降温负荷，起到节约能源的目的。在冬季，双层玻璃幕墙可关闭外层幕墙的通风口，这样幕墙内部的空气在阳光照射下温度升高，减少室内和室外的温度差，也减少了室内温度向外界传递，起到房间保温功效，降低房间取暖费用。
　　3.玻璃幕墙节能发展趋势
　　3.1 采用智能技术
　　在科学技术日新月异的今天，玻璃幕墙的节能设计也进入了一个崭新的阶段。其中智能技术在节能这个领域得到广泛应用，出现了节能效果更佳的智能玻璃幕墙。它是以一种动态的形式，根据外界气候环境的变化，自动调节玻璃幕墙的保温、遮阳和通风系统，最大限度地减少能量的消耗，创造舒适宜人的室内居住环境。智能玻璃幕墙是呼吸式玻璃幕墙在技术上的延伸，这是在智能化建筑的基础上将建筑其他配套技术(光、电、暖、热)综合运用起来，充分利用太阳能、自然光和幕墙材料，通过电脑网络有效地调节室内的温度、光线和空气，从而减少了建筑物能量的损耗，降低了使用成本，达到最佳的经济效益。
　　热通道换气幕墙是一个典型的范例，它是利用热空气的烟囱效应自然地将热缓冲层的热空气排到室外，并配合中空玻璃内的电动升降窗帘，而达到良好的隔热节能效果。在此基础上，玻璃幕墙饰面材料的光敏、热敏特性与室内供热、制冷系统形成计算机自控网络，达到幕墙热工效应智能化，幕墙结构体系和太阳能利用体系的结合一体化，即可达到玻璃幕墙建筑节能的最高形式——智能幕墙。智能幕墙广义上包括玻璃幕墙、通风系统、空调系统、环境监测系统、楼宇自动控制系统。它能充分利用太阳能，是一种最理想的玻璃幕墙。
　　3.2 应用生态技术
　　运用建筑绿化方法引入生态技术是玻璃幕墙节能发展的新趋势。该理念在于运用现代科技将玻璃幕墙与建筑竖直绿化或水平立体绿化直接挂钩，借助嵌入式的绿化设计解决遮阳和通风问题，可以取得一举多得的效果。单块玻璃幕墙绿化最初的做法是倚着玻璃幕墙而种植的竖直绿化，竖直幕墙绿化是把每一玻璃块之间的竖直位置加宽，成为绿色玻璃带，绿色玻璃带分内外两层，其中外层是疏通的网格状或百叶状的合成有机物质，能储存大量水分，提供垂直植物(如爬山虎、吊兰等)，利用植物根部水分的吸收及吸附作用，让植物生长在幕墙的钢架之间或玻璃块之间；内层是可闭合、可开放的百叶窗，其用途是在适当的时候避免外界的影响。这样做基本可以达到遮阳和景观的目的，且具有一定的隔热作用，但未解决自然通风问题。一旦室内外无法交换空气，就会出现温度差，因而这种做法一般只应用于低层的小型玻璃幕墙。在建筑立面造型和玻璃幕墙错落运用立体水平绿化的做法能解决通风问题。立体水平绿化是指在玻璃幕墙的不同水平间距之间实施大面积的绿化，例如在高层建筑安全层外建造空中花园并留下通风口，虽然通风口的开通未能使旁边的房间达到最佳通风的效果，但可以令整栋建筑产生气流与空气交换，整体上达到一定的通风效果。
　　3.3 利用太阳能
　　太阳能光伏玻璃幕墙是在玻璃中间复合光电池板块，然后在装配时将其连接在一起，从而形成一套发电系统。这套发电系统再通过一定的储存设备将电能转化为可以直接使用的电源。利用太阳能产生的电源就可以在局部范围内满足照明用电等需求。
　　太阳能光伏玻璃幕墙还具有明显的隔热、隔音、安全、装饰等功能，特别是太阳能电池发电不会排放二氧化碳或产生对温室效应有害的气体，也无噪音，是一种洁净能源，与环境有很好的相容性。太阳能光伏玻璃幕墙制品系采用双层钢化玻璃合片制作而成，以利于透光性良好。另外，配置在玻璃中间的多晶硅电池片也尤为重要，它排列粘压在双层玻璃中间，玻璃的采光度由硅电池片的排列间隙来控制，太阳能光伏玻璃幕墙组件如应用于建筑物上，它能够使玻璃和建筑结构完善和谐结合，智能化并产生能量，将表现出具有高效率的应用价值。
　　4.结束语
　　①玻璃幕墙的节能效果与幕墙设计有密切关系，传统单层玻璃幕墙可以采用减少玻璃幕墙的使用面积、建筑方位的调整、选择合理的玻璃幕墙材料、采用不同形式的遮阳及安装时增强其密封性等方法来减少能耗。
　　②双层玻璃幕墙，其主要的节能措施是改变两层玻璃幕墙间空气的导热性能以及加强其流通。
　　③热缓冲区的设置不仅有利于减少室内空调的能耗，而且可以成为一个绿色的休憩场所。
　　④智能技术、生态技术、主动式太阳能节能是建筑幕墙节能设计趋势所在，其中光伏幕墙就是利用太阳能发电综合节能良好范例。
　　参考文献：
　　[1]张锐．浅析双表皮玻璃幕墙建筑[J]．房材与应用，2005(3):43-44.
　　[2]张芹．新一代环保节能型双层玻璃幕墙[J]．上海：上海建材，2004,(1):17-19.
　　[3]张勇，余庄 ．可控型玻璃幕墙节能分析[J]．节能，2006(7):37-38.
　　[4]邓力，徐美君．低辐射玻璃生产应用及市场[期刊论文]－玻璃与搪瓷．2003(1).
　　[5]谢浩．玻璃幕墙的生态化技术研究[J]．上海建材，2009,(3):36-37.
　　[6]龙文志．新型节能幕墙:真空玻璃幕墙[J]．建设科技，2005(20):42-43.
　　[7]佟万泉．浅谈节能建筑的设计[J]．科技创新导报，2007,(34).
　　[8]宋秋芝，刘志海．我国玻璃幕墙发展现状及趋势[J]．玻璃，2009,(2).
　　[9]孙振玉．浅谈建筑玻璃幕墙节能设计[J]．建材与装饰，2008(4).
　　[10]罗忆，刘忠伟．建筑节能技术与应用[M]．北京：化学工业出版社，2007.