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(duì)主體結(jié)構(gòu)有一定位移能力、不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)或裝飾性結(jié)構(gòu)。

 

      玻璃幕墻輕巧美觀、外觀簡(jiǎn)潔、通透明亮、富有時(shí)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(shí)尚的感覺。它的透光性能營(yíng)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(diǎn)，達(dá)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(dá)不到較好的節(jié)能效果。

 

      玻璃幕墻作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可以減少鋼筋、混凝土及磚砌體的使用量，這對(duì)于減少高耗能建材使用所達(dá)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(hù)結(jié)構(gòu)，其保溫、隔熱性能均遠(yuǎn)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(gè)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(duì)可見光和長(zhǎng)波輻射的反射有限。由于玻璃的通透性，夏日陽(yáng)光直射到室內(nèi)，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，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?？梢?，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(yīng)性，不能滿足建筑節(jié)能的要求，需加以改進(jìn)。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(yáng)及安裝時(shí)增強(qiáng)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(shè)計(jì)使用當(dāng)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(gè)好的選擇。

 

      1.2  調(diào)整玻璃幕墻建筑方位

 

      建筑方位的設(shè)計(jì)也是建筑幕墻節(jié)能要素之一。建筑物的朝向應(yīng)該考慮日照、采光、通風(fēng)、遮陽(yáng)等要求。坐北朝南的朝向是我國(guó)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(shè)計(jì)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(duì)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(qiáng)，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(shè)計(jì)外，還可以選擇合理的玻璃幕墻材料。太陽(yáng)輻射的特點(diǎn)是：可見光波長(zhǎng)短，熱量小；紅外線波長(zhǎng)長(zhǎng)，熱量大。所以玻璃材料應(yīng)盡量讓短波可見光透射而讓長(zhǎng)波輻射熱反射出去，這樣在減少夏季空調(diào)負(fù)荷的同時(shí)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(yáng)透過玻璃的直接輻射。還可以采用鋁塑復(fù)合材料、斷熱橋型材等高熱阻材料應(yīng)用技術(shù)，其隔熱保溫措施原理比較簡(jiǎn)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(xué)性能，對(duì)于可見光有適當(dāng)?shù)耐干渎?，?duì)紅外線有較高的反射率，對(duì)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(dǎo)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(qiáng)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(jìn)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(dòng)進(jìn)行通風(fēng)，中空玻璃相對(duì)于單層玻璃同時(shí)又具有較好的熱絕緣性能。既能自由通風(fēng)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(shí)，中空玻璃還具有隔聲性能優(yōu)良的特點(diǎn)。

 

      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(duì)流、傳導(dǎo)和輻射三種方式。根據(jù)研究，對(duì)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(duì)流，對(duì)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(duì)流傳熱和傳導(dǎo)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(fù)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(dá)70％以上，而對(duì)太陽(yáng)光全光譜不同波長(zhǎng)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(yáng)熱輻射透過減少82.5％，在建筑上有極為廣泛的應(yīng)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(gè)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(dǎo)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(yīng)采用隔熱斷橋鋁型材，消除鋁型材的冷橋效應(yīng)。點(diǎn)支式玻璃幕墻爪件應(yīng)采用隔熱爪件。

 

      1.4  采用玻璃幕墻遮陽(yáng)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(yáng)光的輻射，但是采用遮陽(yáng)技術(shù)遠(yuǎn)比改變玻璃材質(zhì)的效果大。在玻璃幕墻上設(shè)置遮陽(yáng)系統(tǒng)，可以最大限度減少陽(yáng)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(shí)也對(duì)室內(nèi)的采光、通風(fēng)帶來不同層次的影響。

 

      玻璃幕墻遮陽(yáng)可通過安裝遮陽(yáng)板、遮陽(yáng)百葉花格、卷簾、窗簾等進(jìn)行遮陽(yáng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)采用雙道或多道密封，并應(yīng)采取措施對(duì)縱橫交錯(cuò)縫進(jìn)行密封，采用的密封條應(yīng)彈性好、抗老化、性能穩(wěn)定，單元板安裝就位后密封條應(yīng)保持壓縮狀態(tài)。

 

      1.6  設(shè)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(shè)置一個(gè)空間，例如通常采用的外包陽(yáng)臺(tái)或平臺(tái)。這樣的設(shè)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(fēng)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(gè)通道，同時(shí)在外層幕墻設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口(見右圖)。與傳統(tǒng)玻璃幕墻相比，雙層玻璃幕墻獨(dú)特的夾層設(shè)計(jì)，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(yáng)構(gòu)件提供一個(gè)棲身之地，使之既能有效遮陽(yáng)，又不破壞建筑外觀。

 

　　雙層玻璃幕墻在夏季利用“煙囪效應(yīng)”，通過自然通風(fēng)換氣降低室內(nèi)溫度；在冬季能產(chǎn)生溫室效應(yīng)，提高保溫效果，降低取暖能耗。雙層玻璃幕墻在夏季的陽(yáng)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(dòng)，從而帶走通道中的熱空氣，達(dá)到降低房間溫度的作用。同時(shí)，可以放下半透明卷簾，通過卷簾反射后除去大部分太陽(yáng)輻射，降低房間溫度，減少降溫負(fù)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(fēng)口，這樣幕墻內(nèi)部的空氣在陽(yáng)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(fèi)用。

 

      3.玻璃幕墻節(jié)能發(fā)展趨勢(shì)

 

      3.1  采用智能技術(shù)

 

      在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，玻璃幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。其中智能技術(shù)在節(jié)能這個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(dòng)態(tài)的形式，根據(jù)外界氣候環(huán)境的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)玻璃幕墻的保溫、遮陽(yáng)和通風(fēng)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(chǔ)上將建筑其他配套技術(shù)(光、電、暖、熱)綜合運(yùn)用起來，充分利用太陽(yáng)能、自然光和幕墻材料，通過電腦網(wǎng)絡(luò)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(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

 

      熱通道換氣幕墻是一個(gè)典型的范例，它是利用熱空氣的煙囪效應(yīng)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(dòng)升降窗簾，而達(dá)到良好的隔熱節(jié)能效果。在此基礎(chǔ)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(jì)算機(jī)自控網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到幕墻熱工效應(yīng)智能化，幕墻結(jié)構(gòu)體系和太陽(yáng)能利用體系的結(jié)合一體化，即可達(dá)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(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)。它能充分利用太陽(yáng)能，是一種最理想的玻璃幕墻。

 

      3.2  應(yīng)用生態(tài)技術(shù)

 

      運(yùn)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(shì)。該理念在于運(yùn)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(shè)計(jì)解決遮陽(yáng)和通風(fēng)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(jī)物質(zhì)，能儲(chǔ)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(zhǎng)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(dāng)?shù)臅r(shí)候避免外界的影響。這樣做基本可以達(dá)到遮陽(yáng)和景觀的目的，且具有一定的隔熱作用，但未解決自然通風(fēng)問題。一旦室內(nèi)外無法交換空氣，就會(huì)出現(xiàn)溫度差，因而這種做法一般只應(yīng)用于低層的小型玻璃幕墻。在建筑立面造型和玻璃幕墻錯(cuò)落運(yùn)用立體水平綠化的做法能解決通風(fēng)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(shí)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(fēng)口，雖然通風(fēng)口的開通未能使旁邊的房間達(dá)到最佳通風(fēng)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(dá)到一定的通風(fēng)效果。

 

      3.3  利用太陽(yáng)能

 

      太陽(yáng)能光伏玻璃幕墻是在玻璃中間復(fù)合光電池板塊，然后在裝配時(shí)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(chǔ)存設(shè)備將電能轉(zhuǎn)化為可以直接使用的電源。利用太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池發(fā)電不會(huì)排放二氧化碳或產(chǎn)生對(duì)溫室效應(yīng)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(yáng)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(yáng)能光伏玻璃幕墻組件如應(yīng)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(yīng)用價(jià)值。

 

      4.結(jié)束語(yǔ)

 

      ①玻璃幕墻的節(jié)能效果與幕墻設(shè)計(jì)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(yáng)及安裝時(shí)增強(qiáng)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(dǎo)熱性能以及加強(qiáng)其流通。

 

      ③熱緩沖區(qū)的設(shè)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(gè)綠色的休憩場(chǎng)所。

 

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