探討玻璃幕墻的節(jié)能技術(shù)

 

      關(guān)鍵詞：玻璃幕墻；節(jié)能技術(shù)

 

      玻璃幕墻由支撐結(jié)構(gòu)體系與玻璃面板組成的、可相對主體結(jié)構(gòu)有一定位移能力、不分擔主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外圍護結(jié)構(gòu)或裝飾性結(jié)構(gòu)。

 

      玻璃幕墻輕巧美觀、外觀簡潔、通透明亮、富有時代感，改變了傳統(tǒng)建筑沉悶、凝重的外立面格調(diào)，給人一種全新的現(xiàn)代時尚的感覺。它的透光性能營造出較明亮的室內(nèi)環(huán)境，克服了傳統(tǒng)墻體厚重、隔光的缺點，達到建筑內(nèi)外空間交融的效果。但也造成了室內(nèi)外環(huán)境容易發(fā)生能量交換，從而達不到較好的節(jié)能效果。

 

      玻璃幕墻作為建筑圍護結(jié)構(gòu)，可以減少鋼筋、混凝土及磚砌體的使用量，這對于減少高耗能建材使用所達到的節(jié)約能源、資源有很大的幫助。但玻璃幕墻作為建筑圍護結(jié)構(gòu)，其保溫、隔熱性能均遠不及傳統(tǒng)墻體，是傳統(tǒng)墻體熱損失的5～6倍。幕墻的能耗約占整個建筑能耗的40％左右，因此幕墻節(jié)能在建筑節(jié)能中有極其重要的地位。

 

      普通玻璃幕墻是由平板玻璃形成的“單層皮”玻璃幕墻。平板玻璃對可見光和長波輻射的反射有限。由于玻璃的通透性，夏日陽光直射到室內(nèi)，產(chǎn)生溫室效應，造成室內(nèi)過熱，增加空調(diào)能耗。冬季，單層玻璃的保溫性能較差，熱損失較大。可見，由單一材料形成的傳統(tǒng)玻璃幕墻無法滿足冬季保溫和夏季防熱、隔熱的要求，缺乏氣候適應性，不能滿足建筑節(jié)能的要求，需加以改進。通常的做法是減少玻璃幕墻的使用面積、調(diào)整建筑方位、選擇合理的玻璃幕墻材料、采用不同形式的遮陽及安裝時增強其密封性等。

 

      1.玻璃幕墻節(jié)能技術(shù)

 

      1.1  減少玻璃幕墻的使用面積

 

      玻璃幕墻使用面積的減少，在夏日可降低熱透射量，使室內(nèi)不至于過熱，降低空調(diào)的能耗；冬季則可減少熱交換量，從而降低由于玻璃的保溫性能差造成的熱損失。目前在幕墻的設計使用當中，為了追求立面上的效果，減少幕墻的使用面積并不是一個好的選擇。

 

      1.2  調(diào)整玻璃幕墻建筑方位

 

      建筑方位的設計也是建筑幕墻節(jié)能要素之一。建筑物的朝向應該考慮日照、采光、通風、遮陽等要求。坐北朝南的朝向是我國許多地區(qū)的合理朝向，但朝向的選擇是因地域氣候、周圍環(huán)境、建筑需求而改變的，不可一概而論。在城市房屋建筑設計中，建筑方位的選擇往往由于城市布局規(guī)劃等原因不能按最佳朝向，但可以通過調(diào)整建筑布局來獲得相對合理的方位。

 

　　1.3  選擇合理的玻璃幕墻材料

 

    由于玻璃表面換熱性強，熱透射率高所產(chǎn)生的室內(nèi)溫度過高，除了減少玻璃幕墻的使用面積和幕墻建筑方位的設計外，還可以選擇合理的玻璃幕墻材料。太陽輻射的特點是：可見光波長短，熱量??；紅外線波長長，熱量大。所以玻璃材料應盡量讓短波可見光透射而讓長波輻射熱反射出去，這樣在減少夏季空調(diào)負荷的同時又不至于降低采光效率。如采用鍍膜玻璃、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。還可以采用鋁塑復合材料、斷熱橋型材等高熱阻材料應用技術(shù)，其隔熱保溫措施原理比較簡單，使玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)大大降低。

 

      1.3.1  采用鍍膜玻璃

 

      鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍一層或多層金屬、合金或金屬化合物薄膜。鍍膜玻璃改變了玻璃的光學性能，對于可見光有適當?shù)耐干渎剩瑢t外線有較高的反射率，對紫外線有較高吸收率，具有良好的隔熱性能，從而改善了玻璃的傳熱特性，減少了熱交換，降低了建筑能耗。鍍膜玻璃按產(chǎn)品的不同特性，可分為熱反射玻璃、低輻射玻璃(Low-E玻璃)、導電膜玻璃等。

     
       1.3.2  采用中空玻璃

 

      中空玻璃是由兩片或兩片以上的平行玻璃板，以內(nèi)部注滿專用干燥劑的隔框隔出一定寬度的空間，使用高強度密封膠沿著玻璃的四周邊部粘合而成的玻璃組件，若在中空玻璃中充滿惰性氣體，從而減少熱交換，將進一步增大中空玻璃的熱阻，起到保溫隔熱作用?；虿怀淙攵栊詺怏w，讓空氣自由流動進行通風，中空玻璃相對于單層玻璃同時又具有較好的熱絕緣性能。既能自由通風又能起到較好的保溫隔熱作用。與普通玻璃相比，中空玻璃幕墻大體能夠減少20％～25％的能耗。中空玻璃若采用熱反射鍍膜玻璃或低發(fā)射率玻璃組成中空玻璃，更可以顯著提高玻璃幕墻的保溫隔熱性能，同時，中空玻璃還具有隔聲性能優(yōu)良的特點。

 

      1.3.3  采用真空玻璃

 

      真空玻璃幕墻是指將兩塊平板四周閉合，中間形成0.1㎜～0.2㎜的縫隙，將縫隙中的空氣抽空，兩層玻璃之間形成真空。真空玻璃幕墻一般至少有一片低輻射玻璃。玻璃熱傳遞通常有對流、傳導和輻射三種方式。根據(jù)研究，對流傳熱遞約占總傳遞熱量的70％以上。因此，如果能夠有效地降低窗間氣體的自然對流，對提高玻璃幕墻的絕熱性能有極大的幫助。真空玻璃中間是真空層，使對流傳熱和傳導傳熱的影響大大減弱，能夠大幅度降低輻射傳熱。

 

      1.3.4  采用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，因而它具有高反射率、高透射率和選擇性透光特性。例如可見光透射率高達70％以上，而對太陽光全光譜不同波長反射率在75％以上，在3㎜厚普通玻璃上貼一層隔熱膜片后，太陽熱輻射透過減少82.5％，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。

 

      1.3.5  采用隔熱型材

 

      隔熱斷橋鋁型材原理是利用塑料型材將室內(nèi)外兩層鋁合金既隔開又緊密連接成一個整體，構(gòu)成一種新的隔熱型的鋁型材，其保溫性好、隔音性好、氣密性好、水密性好、防火性好，徹底解決了鋁合金傳導散熱快、不符合節(jié)能要求的致命問題。

 

      另外，隱框玻璃幕墻的鋁合金框架不直接參與傳遞室內(nèi)外熱量，可采用普通鋁型材。明框玻璃幕墻的鋁合金框架參與室內(nèi)外熱量的傳遞，因此應采用隔熱斷橋鋁型材，消除鋁型材的冷橋效應。點支式玻璃幕墻爪件應采用隔熱爪件。

 

      1.4  采用玻璃幕墻遮陽技術(shù)

 

      玻璃幕墻可以通過選擇合理的玻璃材質(zhì)來影響太陽光的輻射，但是采用遮陽技術(shù)遠比改變玻璃材質(zhì)的效果大。在玻璃幕墻上設置遮陽系統(tǒng)，可以最大限度減少陽光的直接照射，避免產(chǎn)生眩光、改善室內(nèi)環(huán)境氣候等功能，同時也對室內(nèi)的采光、通風帶來不同層次的影響。

 

      玻璃幕墻遮陽可通過安裝遮陽板、遮陽百葉花格、卷簾、窗簾等進行遮陽和采光的協(xié)調(diào)。

 

      1.5  提高玻璃幕墻的氣密性能

 

      1.5.1  玻璃面板四周應采用彈性好、抗老化、性能穩(wěn)定的密封條或注密封膠密封。

 

      1.5.2  開啟扇應采用雙道或多道密封，并采用彈性好、抗老化、性能穩(wěn)定的密封條。

 

      1.5.3  單元式幕墻的單元板塊間應采用雙道或多道密封，并應采取措施對縱橫交錯縫進行密封，采用的密封條應彈性好、抗老化、性能穩(wěn)定，單元板安裝就位后密封條應保持壓縮狀態(tài)。

 

      1.6  設置熱緩沖區(qū)

 

      熱緩沖區(qū)就是在玻璃幕墻和室內(nèi)之間設置一個空間，例如通常采用的外包陽臺或平臺。這樣的設置其節(jié)能原理與雙層玻璃幕墻類似，不過由于其空間較大，若處理好通風的問題，其可以將熱量有效的分流，起到了一定的降溫作用，從而減少室內(nèi)空調(diào)的能耗。

 

      2.采用雙層玻璃幕墻技術(shù)

 

      雙層玻璃幕墻是由內(nèi)、外兩層玻璃幕墻組成，兩層幕墻中間形成一個通道，同時在外層幕墻設置進風口和出風口(見右圖)。與傳統(tǒng)玻璃幕墻相比，雙層玻璃幕墻獨特的夾層設計，不僅在提高幕墻的保溫隔熱性能上提供了更多可能，更重要的是，為遮陽構(gòu)件提供一個棲身之地，使之既能有效遮陽，又不破壞建筑外觀。

 

　　雙層玻璃幕墻在夏季利用“煙囪效應”，通過自然通風換氣降低室內(nèi)溫度；在冬季能產(chǎn)生溫室效應，提高保溫效果，降低取暖能耗。雙層玻璃幕墻在夏季的陽光照射下，幕墻通道中的空氣被加熱，使空氣自下而上地流動，從而帶走通道中的熱空氣，達到降低房間溫度的作用。同時，可以放下半透明卷簾，通過卷簾反射后除去大部分太陽輻射，降低房間溫度，減少降溫負荷，起到節(jié)約能源的目的。在冬季，雙層玻璃幕墻可關(guān)閉外層幕墻的通風口，這樣幕墻內(nèi)部的空氣在陽光照射下溫度升高，減少室內(nèi)和室外的溫度差，也減少了室內(nèi)溫度向外界傳遞，起到房間保溫功效，降低房間取暖費用。

 

      3.玻璃幕墻節(jié)能發(fā)展趨勢

 

      3.1  采用智能技術(shù)

 

      在科學技術(shù)日新月異的今天，玻璃幕墻的節(jié)能設計也進入了一個嶄新的階段。其中智能技術(shù)在節(jié)能這個領域得到廣泛應用，出現(xiàn)了節(jié)能效果更佳的智能玻璃幕墻。它是以一種動態(tài)的形式，根據(jù)外界氣候環(huán)境的變化，自動調(diào)節(jié)玻璃幕墻的保溫、遮陽和通風系統(tǒng)，最大限度地減少能量的消耗，創(chuàng)造舒適宜人的室內(nèi)居住環(huán)境。智能玻璃幕墻是呼吸式玻璃幕墻在技術(shù)上的延伸，這是在智能化建筑的基礎上將建筑其他配套技術(shù)(光、電、暖、熱)綜合運用起來，充分利用太陽能、自然光和幕墻材料，通過電腦網(wǎng)絡有效地調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度、光線和空氣，從而減少了建筑物能量的損耗，降低了使用成本，達到最佳的經(jīng)濟效益。

 

      熱通道換氣幕墻是一個典型的范例，它是利用熱空氣的煙囪效應自然地將熱緩沖層的熱空氣排到室外，并配合中空玻璃內(nèi)的電動升降窗簾，而達到良好的隔熱節(jié)能效果。在此基礎上，玻璃幕墻飾面材料的光敏、熱敏特性與室內(nèi)供熱、制冷系統(tǒng)形成計算機自控網(wǎng)絡，達到幕墻熱工效應智能化，幕墻結(jié)構(gòu)體系和太陽能利用體系的結(jié)合一體化，即可達到玻璃幕墻建筑節(jié)能的最高形式——智能幕墻。智能幕墻廣義上包括玻璃幕墻、通風系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)。它能充分利用太陽能，是一種最理想的玻璃幕墻。

 

      3.2  應用生態(tài)技術(shù)

 

      運用建筑綠化方法引入生態(tài)技術(shù)是玻璃幕墻節(jié)能發(fā)展的新趨勢。該理念在于運用現(xiàn)代科技將玻璃幕墻與建筑豎直綠化或水平立體綠化直接掛鉤，借助嵌入式的綠化設計解決遮陽和通風問題，可以取得一舉多得的效果。單塊玻璃幕墻綠化最初的做法是倚著玻璃幕墻而種植的豎直綠化，豎直幕墻綠化是把每一玻璃塊之間的豎直位置加寬，成為綠色玻璃帶，綠色玻璃帶分內(nèi)外兩層，其中外層是疏通的網(wǎng)格狀或百葉狀的合成有機物質(zhì)，能儲存大量水分，提供垂直植物(如爬山虎、吊蘭等)，利用植物根部水分的吸收及吸附作用，讓植物生長在幕墻的鋼架之間或玻璃塊之間；內(nèi)層是可閉合、可開放的百葉窗，其用途是在適當?shù)臅r候避免外界的影響。這樣做基本可以達到遮陽和景觀的目的，且具有一定的隔熱作用，但未解決自然通風問題。一旦室內(nèi)外無法交換空氣，就會出現(xiàn)溫度差，因而這種做法一般只應用于低層的小型玻璃幕墻。在建筑立面造型和玻璃幕墻錯落運用立體水平綠化的做法能解決通風問題。立體水平綠化是指在玻璃幕墻的不同水平間距之間實施大面積的綠化，例如在高層建筑安全層外建造空中花園并留下通風口，雖然通風口的開通未能使旁邊的房間達到最佳通風的效果，但可以令整棟建筑產(chǎn)生氣流與空氣交換，整體上達到一定的通風效果。

 

      3.3  利用太陽能

 

      太陽能光伏玻璃幕墻是在玻璃中間復合光電池板塊，然后在裝配時將其連接在一起，從而形成一套發(fā)電系統(tǒng)。這套發(fā)電系統(tǒng)再通過一定的儲存設備將電能轉(zhuǎn)化為可以直接使用的電源。利用太陽能產(chǎn)生的電源就可以在局部范圍內(nèi)滿足照明用電等需求。

 

      太陽能光伏玻璃幕墻還具有明顯的隔熱、隔音、安全、裝飾等功能，特別是太陽能電池發(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，是一種潔凈能源，與環(huán)境有很好的相容性。太陽能光伏玻璃幕墻制品系采用雙層鋼化玻璃合片制作而成，以利于透光性良好。另外，配置在玻璃中間的多晶硅電池片也尤為重要，它排列粘壓在雙層玻璃中間，玻璃的采光度由硅電池片的排列間隙來控制，太陽能光伏玻璃幕墻組件如應用于建筑物上，它能夠使玻璃和建筑結(jié)構(gòu)完善和諧結(jié)合，智能化并產(chǎn)生能量，將表現(xiàn)出具有高效率的應用價值。

 

      4.結(jié)束語

 

      ①玻璃幕墻的節(jié)能效果與幕墻設計有密切關(guān)系，傳統(tǒng)單層玻璃幕墻可以采用減少玻璃幕墻的使用面積、建筑方位的調(diào)整、選擇合理的玻璃幕墻材料、采用不同形式的遮陽及安裝時增強其密封性等方法來減少能耗。

 

      ②雙層玻璃幕墻，其主要的節(jié)能措施是改變兩層玻璃幕墻間空氣的導熱性能以及加強其流通。

 

      ③熱緩沖區(qū)的設置不僅有利于減少室內(nèi)空調(diào)的能耗，而且可以成為一個綠色的休憩場所。

 

      ④智能技術(shù)、生態(tài)技術(shù)、主動式太陽能節(jié)能是建筑幕墻節(jié)能設計趨勢所在，其中光伏幕墻就是利用太陽能發(fā)電綜合節(jié)能良好范例。