談建筑設(shè)計(jì)中智能玻璃立面的節(jié)能作用

劉悅　劉欣然

【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也隨著進(jìn)步。越來越多的高新科技廣泛融入社會(huì)的方方面面，建筑業(yè)當(dāng)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(diǎn)建立在《智能玻璃立面》以及《玻璃建筑》這兩本專業(yè)性極強(qiáng)的參考書的基礎(chǔ)上，從節(jié)能玻璃立面本身出發(fā)，來探討建筑設(shè)計(jì)中智能玻璃立面的節(jié)能作用，以供同行們參考。

【關(guān)鍵詞】智能玻璃；立面；節(jié)能；建筑設(shè)計(jì)

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(gè)系統(tǒng)，是由玻璃以及輔助的構(gòu)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(yùn)用熱工方面的性能。比如在冬天的時(shí)候，能夠充分利用太陽能進(jìn)行室內(nèi)保暖，在夏天的時(shí)候能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)自身性能遮擋陽光，降低室內(nèi)溫度，并且能盡可能避免對室內(nèi)造成光污染。智能玻璃同時(shí)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(jié)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(diǎn)，原因主要有三：首先是智能玻璃內(nèi)部的成分已經(jīng)發(fā)生了改變；其次是裝置了輔助性的工具進(jìn)行協(xié)助；最后是在智能玻璃內(nèi)部融入感溫和感光的材料，這樣就能根絕實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)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(nèi)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(nèi)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(dá)到有效吸收太陽輻射的目的。因此通過添加相應(yīng)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(shù)。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(xiàn)的“低輻射玻璃”的鍍膜，則能夠?qū)Σ煌ㄩL的輻射進(jìn)行選擇性的透射。這種玻璃能夠?qū)獠ㄝ^長的輻射進(jìn)行透射，但是對其它一些波度的輻射具有很強(qiáng)的反射能力。這種具有選擇性的玻璃，不會(huì)完全阻擋人體需要的輻射，同時(shí)能夠?qū)θ梭w傷害較大的輻射阻擋在外，是實(shí)實(shí)在在的“智能玻璃”。

單層玻璃的傳熱系數(shù)極大會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)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(dāng)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(nèi)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(huì)因自身溫度升高而成為一個(gè)熱輻射源，所以不宜用作內(nèi)層玻璃。將熱反射玻璃用在中空玻璃的內(nèi)層，不但會(huì)影響反射太陽輻射熱，而且會(huì)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(qiáng)度較低，不宜直接露在外面。目前被我國工程界譽(yù)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(nèi)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(dá)到70% 以上。而且由于內(nèi)層鍍膜的反射作用，冬季室內(nèi)向室外的輻射散熱量也大量減少， 絕熱性能相當(dāng)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(dá)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(shè)計(jì)的一所學(xué)校建筑，其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)大量使用玻璃， 不但一反以往學(xué)校建筑的外觀特色， 使建筑呈現(xiàn)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(nèi)層是表面為密度30%白色斑點(diǎn)（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(dāng)于370MM實(shí)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(jié)構(gòu)絕熱系統(tǒng)”，所采用的金屬連接桿件只與內(nèi)側(cè)玻璃連在一起，外側(cè)玻璃通過絕熱能力較強(qiáng)的墊塊與內(nèi)側(cè)玻璃粘連，大大地降低了熱橋影響，在中空玻璃的空腔內(nèi)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(shù)還不夠成熟。遮陽與中空玻璃組合的例子更多的是室內(nèi)、外遮陽裝置。室內(nèi)遮陽裝置易于清潔、維修、安裝和調(diào)節(jié)，其材料的強(qiáng)度要求不高，宜選用熱吸收系數(shù)低、反射系數(shù)高的材料，由于附著在遮陽材料上的太陽輻射熱仍然會(huì)散失在室內(nèi)，所以室內(nèi)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(fēng)霜雨雪的影響， 室外遮陽裝置不但需要非常堅(jiān)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(diào)節(jié)百葉或幕簾的外側(cè)，再加一層起保護(hù)作用的玻璃，可使遮陽免受風(fēng)霜雨雪的影響。如果把玻璃、遮陽與建筑的空調(diào)、通風(fēng)和智能控制等技術(shù)系統(tǒng)結(jié)合在一起，就構(gòu)成了從狹義角度講的智能玻璃立面。它在滿足室內(nèi)舒適的基礎(chǔ)上，根據(jù)室外氣候變化和室內(nèi)的需要， 控制外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的自然采光、 太陽輻射得熱、絕熱、通風(fēng)換氣和散熱等，充分利用太陽能和風(fēng)能等自然資源，把建筑的空調(diào)和照明能耗降到最低。

多重表皮立面的雛形是機(jī)械通風(fēng)表皮立面。其工作原理是，室內(nèi)廢氣被空腔內(nèi)的低氣壓從室內(nèi)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(jī)械通風(fēng)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(shè)計(jì)的勞埃德保險(xiǎn)公司總部就應(yīng)用了這一技術(shù)！

近幾年在部分發(fā)達(dá)國家建成的許多辦公建筑應(yīng)用了多重表皮立面技術(shù)，已發(fā)展到可以有組織地透過外側(cè)保護(hù)玻璃從室外吸入新鮮空氣進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的新風(fēng)供應(yīng) （有的在冬季可以先在空腔內(nèi)經(jīng)太陽輻射預(yù)熱后再形成空調(diào)新風(fēng)），如克里斯托夫·英根霍芬在總部大樓設(shè)計(jì)中采用的“魚嘴”式玻璃立面通風(fēng)結(jié)構(gòu)。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(jié)束語

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也隨之以驚人的速度進(jìn)步。當(dāng)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(chǎn)技術(shù)已經(jīng)處于一個(gè)較為成熟的水平。因此這些玻璃能夠進(jìn)行有效的普及，相信在不久的將來能夠廣泛出現(xiàn)在建筑生產(chǎn)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(xiàn)建筑的科技化，而是根據(jù)我國目前的國情以及整個(gè)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(yán)重，節(jié)能環(huán)保是當(dāng)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(xiàn)階段而言，智能玻璃立面的投入還比較大，若大量投入生產(chǎn)則必然會(huì)大大增加成本。因此，如果能夠?qū)⒅悄懿ＡЯ⒚孢M(jìn)行良好的普及，將是同行們之后將不斷深入學(xué)習(xí)、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。