玻璃幕墻在綠色建筑中的功能及當(dāng)代價值研究

何媛媛

摘 要： 當(dāng)今，工業(yè)化的發(fā)展所帶來環(huán)境日趨惡化的現(xiàn)象已成為影響人類可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。玻璃幕墻作為主要的建筑材料也順應(yīng)當(dāng)今時代的需要產(chǎn)生了新的構(gòu)造和材料技術(shù)。本文從室內(nèi)溫度、通風(fēng)效果、隔音、安全性和美化空間五個方面研究玻璃幕墻的功能性，由此明確了玻璃幕墻在建筑節(jié)能、材料的可循環(huán)使用以及人性化技術(shù)思想幾個方面的當(dāng)代價值，并透過材料和技術(shù)的價值體現(xiàn)其社會的價值觀。因此，玻璃幕墻的研究對于社會的可持續(xù)發(fā)展具有時代的意義和價值。

關(guān) 鍵 詞：玻璃幕墻 綠色建筑 功能性 價值

引 言

玻璃的出現(xiàn)開創(chuàng)了建筑歷史上的新紀(jì)元，并喚醒了設(shè)計師在建筑形式上新的探索。從古羅馬時期的玻璃窗到目前玻璃幕墻的大范圍使用，玻璃已成為建筑中不可缺少的設(shè)計元素，它將每一座建筑都妝點成都市中“凝固的音樂作品”。然而，進入20世紀(jì)90年代，綠色建筑的設(shè)計理念因可持續(xù)發(fā)展思想的成熟而成為引導(dǎo)建筑設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。綠色建筑提倡建筑在全生命周期內(nèi)，通過節(jié)約能源及資源的方式最大限度地減輕對環(huán)境的負(fù)荷，以人、自然和環(huán)境的和諧發(fā)展為目標(biāo)，為人們提供安全、健康、舒適的良好生活空間。因此，玻璃幕墻必須依托現(xiàn)代工藝和技術(shù)改善其材料特性所引發(fā)的光污染、高能耗、隔熱性差等弊端，來適合社會的變革和自然的變遷。因此，如何將玻璃幕墻的功能性在綠色建筑中釋放出它的能量，并使玻璃幕墻在當(dāng)代社會中體現(xiàn)出綠色建筑的價值，將成為本文所探索和研究的重要問題。

一、 玻璃幕墻的概述

1.玻璃幕墻的概念及分類

玻璃幕墻，是指由支承結(jié)構(gòu)體系與玻璃組成的、可相對主體結(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結(jié)構(gòu)或裝飾結(jié)構(gòu)。玻璃幕墻一般分為明框玻璃幕墻和隱框玻璃幕墻。明框玻璃幕墻是金屬框架構(gòu)件顯露在外表面的玻璃幕墻。而隱框玻璃幕墻的金屬框隱蔽在玻璃的背面，從室外并不能看見金屬框結(jié)構(gòu)。明框玻璃幕墻是最傳統(tǒng)的形式，應(yīng)用最為廣泛，工作性能可靠。相對于隱框玻璃幕墻，更易滿足施工技術(shù)水平要求。

2.玻璃幕墻在現(xiàn)代建筑中的雙重性

玻璃幕墻作為建筑外圍結(jié)構(gòu)的重要組成部分見證了從傳統(tǒng)到現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)形式的演變。就材料自身而言，玻璃的材料的透光性和反射性從知覺和表象重新構(gòu)筑了建筑賦有靈動性的空間形式，為空間的視覺呈現(xiàn)增添了一份活力和趣味性。然而，伴隨綠色建筑對建筑節(jié)能的要求，玻璃幕墻在建筑中的使用也必然存在一些弊端，夏季的炎熱高溫使太陽的熱輻射穿過玻璃，大幅度提升了室內(nèi)溫度，造成了人們對空調(diào)設(shè)備的依賴；冬季，單薄的玻璃幕墻也會導(dǎo)致熱損失。目前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐步解決了玻璃材料的弊端，使玻璃幕墻逐漸成為兼顧功能和審美的綠色建筑材料。

3.玻璃幕墻的技術(shù)革新

伴隨著人們對環(huán)境問題的關(guān)注，玻璃幕墻也在不斷探索和尋求新的技術(shù)方式解決材料自身存在的問題，從而拓展玻璃在建筑中的使用范圍。其技術(shù)革新主要是通過改變制作工藝和結(jié)構(gòu)的方式提高玻璃的熱阻力，增強其牢固性和隔音功效。另外，計算機技術(shù)的發(fā)展促使玻璃幕墻向智能化方向發(fā)展，從而更好地滿足人們對空氣、溫度和光線的需求?？傊?，玻璃幕墻的技術(shù)革新是綠色建筑思想與先進科學(xué)技術(shù)的集成，它的發(fā)展為綠色建筑的結(jié)構(gòu)形式和藝術(shù)審美開辟了新的道路。

二、 玻璃幕墻在綠色建筑中的功能性研究

1.營造舒適的室內(nèi)溫度

人類對于環(huán)境的破壞造成全球的溫度日益升高。因此，現(xiàn)代建筑立面追求最大透明度的審美觀念使得建筑設(shè)計師必須考慮建筑的熱工能性和遮陽能力，以此減少玻璃材料的“光污染”所造成的環(huán)境危害。玻璃幕墻通過科學(xué)技術(shù)的進步減少了人們對于供暖或者降溫設(shè)施的需求，從而降低了相關(guān)的經(jīng)濟投入，使人們充分感受到了科學(xué)技術(shù)對人類生活的改善。

（1）減少陽光的熱輻射

熱輻射的增強使室內(nèi)溫度在炎熱的氣候條件下不斷升高，玻璃幕墻采用了多種技術(shù)手段防止大量的陽光輻射進入內(nèi)部。常見的方式是在玻璃表面鍍膜或者著色，鍍膜來控制光照的效果可以保證玻璃所有區(qū)域的透明度，能量也會隨著吸收和反射的增加而減弱。另外，也可以通過在玻璃中添加彩色箔片或者給玻璃上釉的技術(shù)方式改變玻璃的顏色，這種方式以改變室內(nèi)光照的色調(diào)，調(diào)節(jié)熱輻射的強度，使室內(nèi)的光線充滿了夢幻的感受。同時，繽紛的色彩也為建筑披上了一層時尚燦爛的外衣。

除此之外，還有一些玻璃是通過絲網(wǎng)印刷的辦法在玻璃表面形成不透明的文字或圖案來降低輻射率，與此同時也增加了裝飾的效果。除了改變玻璃的性能條件來降低輻射之外，人們也可以采用一些遮陽設(shè)備作為玻璃的外部構(gòu)件，這種方式可以根據(jù)自己的需要調(diào)節(jié)室內(nèi)的光照面積?？傮w來講，多種解決玻璃輻射率的辦法為建筑設(shè)計師追求形式的美感與功能美的過程中提供了選擇。

（2）保持室內(nèi)溫度

玻璃幕墻除了降低熱輻射的功能外，同樣也可以在外界溫度較低的時候減少室內(nèi)的熱量損失以降低相關(guān)的供暖能源的需求。玻璃幕墻可以通過改變設(shè)計結(jié)構(gòu)來阻止冷空氣的傳播，例如真空玻璃就是將兩片玻璃四周密封，之間形成0.1～0.2毫米的薄真空層。傳熱系數(shù) K 值可以低至 0.6W/（m2K）以下，兩塊相連接的玻璃在大氣壓的作用下形成一個整體，當(dāng)室外溫度較低時可以抵御嚴(yán)寒（見圖2-1）。可以看出，玻璃幕墻如同建筑的保護傘，不僅保持了建筑外觀的清透感，而且為室內(nèi)營造了溫暖的工作和生活環(huán)境。

2.創(chuàng)造良好的通風(fēng)條件

目前，空氣污染嚴(yán)重威脅到了人的身體健康，破換了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和人類正常的生活。室內(nèi)通風(fēng)設(shè)施的完善是提高環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵。玻璃幕墻通過降低空氣中灰塵含量的方式為人們提供了健康的生活環(huán)境。

人們對室內(nèi)空氣的要求不僅僅停留在溫度和濕度的層面上，對空氣質(zhì)量的要求也具備一定標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)的迅猛發(fā)展造成環(huán)境質(zhì)量日趨下降，大量的汽車以及工廠的出現(xiàn)使空氣中充滿了一氧化碳、氮氧化物以及懸浮顆粒等污染物，因此傳統(tǒng)門窗自然通風(fēng)的方式已經(jīng)無法真正地提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。這就需要高科技玻璃幕墻來解決空氣過濾的難題。國家在2002年頒布了《室內(nèi)空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)》，這對新型的玻璃幕墻設(shè)計提出具體性的要求，從而更有效地滿足了人們對新鮮空氣的需求。

外循環(huán)熱通道幕墻仿佛建筑外圍的過濾器，遵循了因地制宜的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮到了建筑物所處的氣候、環(huán)境以及建筑的結(jié)構(gòu)特點，由此來決定通道空腔的高度與寬度。外層玻璃幕墻上的進出風(fēng)口，有效地阻止了室外空氣中的污染物、灰塵或者蚊蟲進入室內(nèi)（見圖2-2）。另外，有些中低建筑的熱通道玻璃將進風(fēng)口設(shè)在下沉式地下室內(nèi)，并在其中設(shè)有水幕，它將空氣中的污染物融入水中，使熱通道內(nèi)空氣的有害物質(zhì)低于室外空氣，從根本上凈化了室內(nèi)空氣。

3.建立有效的隔音屏障

產(chǎn)業(yè)革命以來，因機械設(shè)備的發(fā)展而產(chǎn)生了超出人類需要的聲音被稱為“噪音”?！霸胍粑廴尽币呀?jīng)被列為四大環(huán)境污染之一，因此，隔聲功能在目前喧鬧的城市環(huán)境中對人的健康、建筑結(jié)構(gòu)以及儀器設(shè)備均顯得尤為重要。

長期的“噪音污染”對人最直接的危害就是造成聽力損傷，當(dāng)人長時間處于聲音較為嘈雜的環(huán)境中時，雙耳會有受壓或產(chǎn)生頭痛的感覺，嚴(yán)重的會引起耳聾的發(fā)生。研究表明，噪音污染是引起老年性耳聾的重要原因。除了對聽力造成危害以外，當(dāng)噪音超過140dB時，對輕型建筑的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生破壞作用。而當(dāng)噪聲超過150dB時，根據(jù)電阻、電容、晶體管等元件儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)與安裝方式會造成不同程度的損壞。

為了避免周圍噪音對人類生活環(huán)境的影響，玻璃幕墻的設(shè)計需要調(diào)查實際的噪聲情況，例如聲源的大小、距離和速度等，隔聲構(gòu)件的隔聲質(zhì)量必須與外部的噪聲源相匹配。從而，有針對性的提高建筑玻璃幕墻的質(zhì)量，質(zhì)量越重，那么隔聲的效果就會越好，只有這樣才能獲得經(jīng)濟和功能的最大化。

4.提供安全的居住環(huán)境

伴隨科學(xué)技術(shù)不斷的探索和研究，曾經(jīng)易脆且脆弱的玻璃已經(jīng)變成了出乎常人理解想象的，具備強大承載力的高性能建筑材料，使輕盈的建筑外觀增添了穩(wěn)定和堅固的感受。玻璃幕墻的安全性在其強大的承載能力中得到了充分體現(xiàn)。實際上，由于玻璃沒有固定的熔點，因此，當(dāng)玻璃被加熱并超過它的轉(zhuǎn)換點的時候，它就會逐步被軟化。之后在冷空氣中進行淬火。也可以采用其他形式進行冷卻，結(jié)果是玻璃的表面比內(nèi)部冷卻得更快，收縮的更快，這樣就產(chǎn)生了附加的壓應(yīng)力，從而增加了玻璃的抗彎度，在荷載作用下就不容易變形，這樣其牢固性就得到了實現(xiàn)。另外，玻璃幕墻還可用于建筑外墻防火，應(yīng)用在外部的時候要保證材料不因吸收外部輻射或受低溫影響而改變性質(zhì)。防火玻璃的一個關(guān)鍵性因素是防火的持續(xù)時間，玻璃幕墻的防火等級的時間一般分為30、60、90和120分鐘。除了主要的強大承載力和防火功能功能以外，玻璃幕墻還具有防盜、防彈以及報警功能，可見，玻璃幕墻對人類的貢獻隨技術(shù)的進步不斷增多，為人的日常生活增添了一層保護的屏障。

5.美化人類的生活空間

玻璃的使用面積從傳統(tǒng)建筑中的門窗發(fā)展到整個墻體，可見人們的精神意識中對外部環(huán)境的好奇，以及對于光和空氣的渴望。因此，玻璃的通透性是所有的建筑材料無法取代的重要特征。它顛覆了傳統(tǒng)墻體機械劃分空間的功能，讓建筑與陽光相互交融，賦予了建筑自然的生命力。因此，玻璃幕墻不僅具備了建筑基本的圍護功能，而且將建筑的美得到了升華。建筑設(shè)計師伊東豐雄先生所設(shè)計的日本東京Tama藝術(shù)大學(xué)圖書館巧妙地將玻璃與流動的建筑線條相結(jié)合，使圖書館不僅為學(xué)生提供了輕松愉悅的閱讀環(huán)境，而且將建筑的美無形中傳遞于每個人的精神世界，改變了傳統(tǒng)四平八穩(wěn)封閉式的建筑觀念，使實體的建筑變得開放、柔美（見圖2-3）。

玻璃的反射性同樣使原本單一的空間關(guān)系耐人尋味，這要求設(shè)計師除了對于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計之外，而且也需要具備對于光的認(rèn)知和駕馭的能力。鏡面玻璃的反射將空間內(nèi)容進行巧妙復(fù)制，從而經(jīng)過光影的交織使空間面積得以延展。查爾斯·勒·布倫（Charies Le Brun）在凡爾賽宮設(shè)計的玻璃和鏡子相結(jié)合成為了建筑史設(shè)計的典范，面向花園的墻面是一扇扇的拱窗鏈接而成，對面的內(nèi)墻相對應(yīng)的位置為鏡面，花園中的樹木伴隨陽光潑灑在地面上，加之鏡面的反射，使房間內(nèi)外光影交織，從視覺上將室內(nèi)的空間得以無限延展（見圖2-4）。

可以說，玻璃豐富了建筑非物質(zhì)化的語言，使室內(nèi)的環(huán)境因為時間的不同、玻璃工藝的不同而形成千姿百態(tài)的光影變幻，進而為空間增添了一份活力和趣味性。

三、玻璃幕墻在綠色建筑的當(dāng)代價值

1.從建筑節(jié)能看玻璃幕墻的當(dāng)代價值

各種新型玻璃幕墻迅猛發(fā)展與社會的發(fā)展、環(huán)境特征的變化以及人的思想意識的進步有著密切的聯(lián)系。玻璃幕墻作為當(dāng)今時代不可缺少的建筑材料通過改善其結(jié)構(gòu)、材料或結(jié)合高新技術(shù)手段來節(jié)約風(fēng)能、太陽能和電力等不可再生資源的使用量。

據(jù)調(diào)查，建筑照明的能耗占總建筑能耗的30%～40%，因此，玻璃幕墻通過合理地設(shè)計和有效利用采光面積很大程度上節(jié)約了照明能耗。另外，通過電子計算機來控制室內(nèi)的溫度、濕度和通風(fēng)的幕墻技術(shù)，其建筑能耗相對于傳統(tǒng)幕墻節(jié)約了30%。由此看出，高科技玻璃幕墻的發(fā)展減少了人們對于供暖或者降溫能源的需求，建筑能耗的降低不僅降低了相關(guān)的經(jīng)濟投入，更對人類和環(huán)境的健康發(fā)展有著重要意義。

2.玻璃幕墻材料的可循環(huán)再利用性

據(jù)統(tǒng)計，每平方米幕墻使用玻璃約40g，鋁合金材料約2000噸，假設(shè)一個10m2的高層玻璃幕墻，將會使用近4000噸玻璃和2000噸鋁合金材料?？梢?，鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金、玻璃等建筑材料在現(xiàn)代建筑中占有大量的比重。這些建筑材料形成了現(xiàn)代建筑點狀和線狀的構(gòu)成形式，體現(xiàn)出現(xiàn)代建筑簡潔、輕盈和流動的時代特征。同樣，鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金、玻璃均屬于可循環(huán)再利用的綠色建筑材料，如果將其進行回收再利用就可避免對不可再生資源的消耗，也符合了綠色建筑對節(jié)約資源的要求，

3.玻璃幕墻“以人為本”的技術(shù)思想體現(xiàn)

伴隨社會環(huán)境的不斷變化，“以人為本”的技術(shù)思想不僅需要考慮人的需求和愿望，而且需要思考人與自然的發(fā)展關(guān)系，因此，設(shè)計堅持以“自然為本”是實現(xiàn)“以人為本”的前提和標(biāo)準(zhǔn)?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展使玻璃幕墻在人與環(huán)境之間找到了平衡點，它作為由支承結(jié)構(gòu)體系與玻璃組成的建筑外圍護結(jié)構(gòu)在體現(xiàn)生態(tài)價值的基礎(chǔ)上遵循綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)，從室內(nèi)溫度、通風(fēng)、隔音、安全性和美化空間等方面體現(xiàn)出因為技術(shù)的發(fā)展所帶來對人的關(guān)懷。因此，玻璃幕墻在滿足了人們現(xiàn)代審美的訴求的基礎(chǔ)上，通過工藝和技術(shù)的進步適合了時代的發(fā)展和人的功能需求，進而體現(xiàn)出玻璃幕墻在現(xiàn)代建筑中“以人為本”的精神和內(nèi)涵。

四、 結(jié)語

工業(yè)的發(fā)展和科技的進步使玻璃幕墻平衡了人類需求與能源之間的關(guān)系，這些新的功能即適應(yīng)社會的發(fā)展需要，也滿足了人的日常生活需求，為人類創(chuàng)造了安全、舒適的生活環(huán)境。新型玻璃幕墻以材料和技術(shù)的語義詮釋了人、建筑和自然的三者之間的關(guān)系。因此，玻璃幕墻對于建筑的改變不僅僅停留于外觀造型，它更深層次地體現(xiàn)在它對社會發(fā)展的重要意義。

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