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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，通過技術引進、吸收、創(chuàng)新，有些技術已經(jīng)接近甚至達到國際先進水平。但遺憾的是，不僅既有的近400億平方米建筑中的99%為高耗能建筑，新建建筑中95%以上仍屬于高耗能建筑。我國到2002年只在城市中累計建成節(jié)能建筑2.3億平方米(包括節(jié)能率30%及50%的建筑)，僅占全國城市建筑面積的2.1%。2004年我國建成使用幕墻的建筑一億平方米(使用幕墻約4000萬平方米，其中玻璃幕墻約1400萬平方米，玻璃幕墻中約有7%達到《公共建筑節(jié)能設計標準》規(guī)定的要求;石材幕墻、金屬幕墻約有25%達到《公共建筑節(jié)能設計標準》規(guī)定的要求)，由此可見，建筑的節(jié)能迫在眉睫。
一、傳統(tǒng)玻璃幕墻的弊端
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)。
(一)耗能問題
自上世紀70年代能源危機后，世界各國越來越重視節(jié)能工作。同樣，能源問題目前也正困擾著中國的經(jīng)濟建設和發(fā)展，建設節(jié)約型社會已經(jīng)成為全社會關注的焦點。據(jù)統(tǒng)計，目前北京、上海等大城市的建筑能耗已占全市總能耗的1/4，居于能耗的首位，其中公共建筑能耗又占建筑總能耗的大部分，玻璃幕墻夏季的吸熱和冬季的散熱，在給建筑物帶來美觀亮麗的同時也大量的消耗著能源。
(二)光污染
光污染危害來源的主要對象仍是城市高層建筑的玻璃幕墻，一幢幢矗立在馬路兩側(cè)的玻璃幕墻，就像一面面巨大的鏡子，其產(chǎn)生的光反射，極易誘發(fā)意外交通事故。而如果人們長期受到玻璃幕墻的“白光污染”，人會深感精神壓抑，心情煩躁，除視力因長時間遭反射光刺激而下降外，還會誘發(fā)某些疾病。在國內(nèi)和國外，隨著玻璃幕墻在各大城市建設中大行其道，各地近年來接到市民對光污染的投訴也直線上升。
(三)安全隱患
據(jù)有關專家介紹，目前市面上很多用于黏結(jié)玻璃幕墻結(jié)構（詞條“玻璃幕墻結(jié)構”由行業(yè)大百科提供）膠水會隨著時間推移老化，甚至失效。一般而言，廠家對硅膠、結(jié)構膠承諾的保質(zhì)期為10年。即便按照現(xiàn)行技術規(guī)范，玻璃幕墻的設計年限也不超過25年。玻璃幕墻如果年久失修，會產(chǎn)生許多安全隱患，成為“空中定時炸彈”。
隨著2005年7月1日《公共建筑節(jié)能設計（詞條“建筑節(jié)能設計”由行業(yè)大百科提供）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)（詞條“導熱系數(shù)”由行業(yè)大百科提供）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，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（詞條“透明度”由行業(yè)大百科提供）極高的低鐵玻璃中，彼此之間經(jīng)過其背面的導線相連，從而構成了一個整體的光電模板。這是一種完善的技術，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（詞條“氧化”由行業(yè)大百科提供）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。
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，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，綜合技術的開發(fā)利用，特別是新技術、新工藝、新材料（詞條“新材料”由行業(yè)大百科提供）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，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?含透明幕墻、采光頂)的傳熱系數(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，形成的熱橋對外窗的傳熱系數(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（詞條“鋁型材”由行業(yè)大百科提供）。
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)（詞條“遮陽系數(shù)”由行業(yè)大百科提供）可根據(jù)不同的玻璃本身的遮陽（詞條“遮陽”由行業(yè)大百科提供）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)構傳熱系數(shù)，消除結(jié)構體系“熱橋”，降低空氣滲透熱損失（詞條“熱損失”由行業(yè)大百科提供），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（詞條“復合材料”由行業(yè)大百科提供），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（詞條“貼膜玻璃”由行業(yè)大百科提供）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(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，遮陽構件（詞條“構件”由行業(yè)大百科提供）以采用輕質(zhì)為宜。遮陽構件經(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，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（詞條“吊頂”由行業(yè)大百科提供）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，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(jù)需要在熱通道內(nèi)設置可調(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(jié)能標準的要求。
