談建筑設計中智能玻璃立面的節(jié)能作用

劉悅　劉欣然

【摘 要】隨著社會經濟的飛速發(fā)展，科學技術也隨著進步。越來越多的高新科技廣泛融入社會的方方面面，建筑業(yè)當然也不例外。如今智能玻璃的誕生，正是科技帶給人們的福音。本文的觀點建立在《智能玻璃立面》以及《玻璃建筑》這兩本專業(yè)性極強的參考書的基礎上，從節(jié)能玻璃立面本身出發(fā)，來探討建筑設計中智能玻璃立面的節(jié)能作用，以供同行們參考。

【關鍵詞】智能玻璃；立面；節(jié)能；建筑設計

一般來說，智能玻璃立面并不是字面上的玻璃這么單一的意思，它是一個系統(tǒng)，是由玻璃以及輔助的構建共同組成的立面系統(tǒng)。智能玻璃中的“智能”，指的是能夠更加靈活的運用熱工方面的性能。比如在冬天的時候，能夠充分利用太陽能進行室內保暖，在夏天的時候能夠自動調節(jié)自身性能遮擋陽光，降低室內溫度，并且能盡可能避免對室內造成光污染。智能玻璃同時能夠保持良好的清潔性，不易染上灰塵，并且能夠與暖通系統(tǒng)很好結合起來。只能玻璃之所以能夠有這么多普通玻璃望塵莫及的有點，原因主要有三：首先是智能玻璃內部的成分已經發(fā)生了改變；其次是裝置了輔助性的工具進行協助；最后是在智能玻璃內部融入感溫和感光的材料，這樣就能根絕實際情況進行自動調節(jié)，達到智能化。

1.節(jié)能玻璃立面

玻璃的熱共性大致可以分為兩種。一種是通過太陽輻射來觀察其透射性能，另外一種是通過比較室內外的溫差來觀察玻璃的絕熱性能。

“吸熱玻璃”就如同給玻璃本身穿上一層“植物外衣”，將室外太陽的輻射吸收從而有效降低室內溫度。而這層“植物外衣”則是在玻璃中添加金屬氧化物，這樣則能夠改變玻璃的顏色，從而達到有效吸收太陽輻射的目的。因此通過添加相應的成分改變玻璃的顏色，則能夠提高其對太陽輻射的吸收系數。有研究顯示，八毫米的茶色玻璃對輻射的總透率不足一半。再比如如今在市面上出現的“低輻射玻璃”的鍍膜，則能夠對不同波長的輻射進行選擇性的透射。這種玻璃能夠對光波較長的輻射進行透射，但是對其它一些波度的輻射具有很強的反射能力。這種具有選擇性的玻璃，不會完全阻擋人體需要的輻射，同時能夠將對人體傷害較大的輻射阻擋在外，是實實在在的“智能玻璃”。

單層玻璃的傳熱系數極大會導致室內外熱交換量較大。由兩層玻璃組成的中空玻璃有極好的隔熱效果，相對于單層玻璃至少可以減少失熱。其絕熱能力相當于100MM 厚混凝土墻。 如何選擇不同品種的玻璃組合成中空玻璃的內外層，直接影響到節(jié)能的最終效果。吸熱玻璃在夏季吸熱后會因自身溫度升高而成為一個熱輻射源，所以不宜用作內層玻璃。將熱反射玻璃用在中空玻璃的內層，不但會影響反射太陽輻射熱，而且會減弱玻璃立面的鏡面效果。除彩釉鍍膜外的其他鍍膜一般強度較低，不宜直接露在外面。目前被我國工程界譽為“絕熱玻璃”的，是用低輻射玻璃與其他節(jié)能玻璃組合而成的中空玻璃 。例如，外層為6MM綠色吸熱玻璃、內層為6MM低輻射玻璃、空腔厚度12MM的組合，其太陽輻射熱的透射率只有35% ，可見光透射率仍可達到70% 以上。而且由于內層鍍膜的反射作用，冬季室內向室外的輻射散熱量也大量減少， 絕熱性能相當于240MM厚空心粘土磚墻。若采用三層低輻射玻璃， 其絕熱性能甚至可達到500MM厚空心粘土磚墻的程度。

建筑師赫爾穆特？里希特在維也納設計的一所學校建筑，其外圍護結構大量使用玻璃， 不但一反以往學校建筑的外觀特色， 使建筑呈現開敞透明的效果， 而且最大限度地利用了自然光， 降低了照明能耗。該建筑所采用的一種中空玻璃， 外層是8MM厚的綠色低輻射安全玻璃， 空腔厚度12MM ，內層是表面為密度30%白色斑點（起遮陽作用）的16MM厚安全玻璃，太陽輻射熱的透射率為21% ，絕熱能力相當于370MM實心磚墻。尤其值得一提的是，一般中空玻璃的窗框或金屬連接桿件的絕熱能力較差，極易形成熱橋，而為這一建筑特別開發(fā)并取得專利的“雙層玻璃結構絕熱系統(tǒng)”，所采用的金屬連接桿件只與內側玻璃連在一起，外側玻璃通過絕熱能力較強的墊塊與內側玻璃粘連，大大地降低了熱橋影響，在中空玻璃的空腔內采用透明絕熱材料或遮陽填充物，雖然也可改善玻璃立面的熱工性能，但成本過于昂貴，技術還不夠成熟。遮陽與中空玻璃組合的例子更多的是室內、外遮陽裝置。室內遮陽裝置易于清潔、維修、安裝和調節(jié)，其材料的強度要求不高，宜選用熱吸收系數低、反射系數高的材料，由于附著在遮陽材料上的太陽輻射熱仍然會散失在室內，所以室內遮陽的隔熱效果較差。室外遮陽裝置可把附著在遮陽裝置上的熱量留在室外，但由于風霜雨雪的影響， 室外遮陽裝置不但需要非常堅固，而且需要加大清潔和維修投入。

2.多重表皮立面

多重表皮立面是在室外可調節(jié)百葉或幕簾的外側，再加一層起保護作用的玻璃，可使遮陽免受風霜雨雪的影響。如果把玻璃、遮陽與建筑的空調、通風和智能控制等技術系統(tǒng)結合在一起，就構成了從狹義角度講的智能玻璃立面。它在滿足室內舒適的基礎上，根據室外氣候變化和室內的需要， 控制外圍護結構的自然采光、 太陽輻射得熱、絕熱、通風換氣和散熱等，充分利用太陽能和風能等自然資源，把建筑的空調和照明能耗降到最低。

多重表皮立面的雛形是機械通風表皮立面。其工作原理是，室內廢氣被空腔內的低氣壓從室內底部的開口吸入，因受到遮陽裝置散失的熱量而溫度升高，之后被位于空腔上方或下方的機械通風裝置抽除。這種玻璃立面可以大大地降低冬季在窗附近的冷輻射影響，還可以在夏季通過在頂棚燈具附近開口抽除燈具附近的熱空氣，有的甚至可以在冬季通過熱交換裝置回收熱廢氣中的熱量。羅杰斯設計的勞埃德保險公司總部就應用了這一技術！

近幾年在部分發(fā)達國家建成的許多辦公建筑應用了多重表皮立面技術，已發(fā)展到可以有組織地透過外側保護玻璃從室外吸入新鮮空氣進入空調系統(tǒng)，實現室內的新風供應 （有的在冬季可以先在空腔內經太陽輻射預熱后再形成空調新風），如克里斯托夫·英根霍芬在總部大樓設計中采用的“魚嘴”式玻璃立面通風結構。位于德國的蓋茲總部建筑采用中庭玻璃頂和大面積的玻璃立面，通過大量利用自然采光有效地節(jié)約人工照明能耗。

3.結束語

隨著我國社會經濟的快速發(fā)展，科學技術也隨之以驚人的速度進步。當前我國對于智能玻璃，包括吸熱玻璃、反射性鍍膜玻璃等等的生產技術已經處于一個較為成熟的水平。因此這些玻璃能夠進行有效的普及，相信在不久的將來能夠廣泛出現在建筑生產之中。如今，在建筑中采用智能玻璃立面并不單單是為了體現建筑的科技化，而是根據我國目前的國情以及整個國際大背景而言的。如今全球變暖加劇，各種環(huán)境污染包括光污染日趨嚴重，節(jié)能環(huán)保是當今一大課題，因此建筑行業(yè)需要智能玻璃的存在。但是對現階段而言，智能玻璃立面的投入還比較大，若大量投入生產則必然會大大增加成本。因此，如果能夠將智能玻璃立面進行良好的普及，將是同行們之后將不斷深入學習、研究的問題。相信在不久的將來，智能玻璃立面的身影將在各大建筑中隨處可見，為我國的健康可持續(xù)發(fā)展盡一份綿薄之力。