探析新型節(jié)能環(huán)保建筑幕墻應(yīng)用

楊偉東

（汕頭市自來水總公司，廣東 汕頭 515041）

1 建筑幕墻存在的技術(shù)問題和現(xiàn)狀

在GB50189-2005公共建筑節(jié)能設(shè)計標準中，將建筑幕墻劃分為透明幕墻和非透明幕墻兩種類型。當前，普通的幕墻只是對建筑外裝效果發(fā)揮一定的作用，光污染、不節(jié)能、不環(huán)保等缺點都比較突顯。但幕墻具有的豪華、挺拔、超群的外觀藝術(shù)效果是其他外墻、門窗等圍護結(jié)構(gòu)所無法比擬的。為順應(yīng)國家發(fā)展的需求，將幕墻這種良好的圍護結(jié)構(gòu)充分地利用起來，改變現(xiàn)有幕墻的性能就顯得非常有必要。這樣，它才能夠與歷史發(fā)展潮流相互適應(yīng)，這不僅突出了維護和裝飾效果，且它自身的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢也會得到充分地應(yīng)用。

2 解決幕墻節(jié)能環(huán)保問題的主要技術(shù)措施

當前，建筑中所使用的幕墻主要有三種：玻璃幕墻、鋁板幕墻及石材幕墻。

2.1 玻璃幕墻

2.1.1 從幕墻的選材上著手

（1）在門窗和幕墻中，玻璃是最主要的選擇材料，它本身有著熱工性能，而這種性能對建筑的能耗起著決定性的作用。因此，科學合理地選擇玻璃，夠使玻璃幕墻達到最佳的節(jié)能效果。采用加貼具有安全、節(jié)能等性能的玻璃有機薄膜。這樣，可使非安全玻璃的抗沖擊強度得以增強，玻璃受外力作用出現(xiàn)破碎的時間就會延長，從而避免玻璃破裂后飛濺，造成人身和財產(chǎn)傷害；采用光熱效應(yīng)優(yōu)化組合的雙層或多層中空玻璃，斷熱復合型金屬框格；也可以選擇Low-E玻璃、熱反射玻璃、凝膠玻璃等。

（2）采用新型高熱阻材料，如鋁塑材料、斷熱橋型材等。

（3）減少開啟扇面積、提高密封膠性能、改進節(jié)點密封性能等都可以在幕墻構(gòu)造中發(fā)揮作用，從而使空氣滲透熱損失得以降低；還可以利用百葉、格柵等進行遮陽，從而使太陽輻射產(chǎn)生的熱量得以減少。

2.1.2 節(jié)能環(huán)保玻璃幕墻技術(shù)最新技術(shù)構(gòu)思

為了使玻璃幕墻可以達到節(jié)能環(huán)保的目的，最佳的方法就是從玻璃、結(jié)構(gòu)以及太陽能利用三方面著手改造幕墻。

（1）玻璃：可以通過陽光輻射對玻璃進行控制，使玻璃的光學特性得以改變，從而使太陽能輻射的選擇性屏蔽或利用環(huán)保節(jié)能得到應(yīng)有的效果；可以改造中空玻璃，將惰性氣體充入到中空玻璃中，抽走中空玻璃空腔中的空氣，使其成為真空玻璃。這樣的做法，可以實現(xiàn)隔熱效果；可以運用隔聲玻璃，將新型PVB材料夾在玻璃之間；凝膠玻璃：將硅酸鹽玻璃填充在中空玻璃中，換言之就是“氣凝膠”材料，僅有16mm的顆粒層厚度，有45%的透光率，傳熱系數(shù)U值為1.0，可以與中空玻璃相媲美的透明效果，還可以將進入室內(nèi)的光線均勻分布。

（2）結(jié)構(gòu)：利用雙層幕墻體系，在幕墻外層采用透過率大的單層透明玻璃幕墻，內(nèi)層則為中空玻璃幕墻。兩層幕墻中間有空氣通道，在通道上下兩端，設(shè)置進風和排風設(shè)施。通過關(guān)閉和打開風道，達到節(jié)能環(huán)保的目的。

（3）太陽能：在太陽能的基礎(chǔ)上，形成光電幕墻。所謂光電幕墻，其實就是一種具有發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能的幕墻，與太陽能光電技術(shù)和幕墻技術(shù)全面結(jié)合。這是一種新型的功能性幕墻。

2.1.3 玻璃幕墻的發(fā)展前景

玻璃幕墻、通風系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境檢測系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)是智能玻璃幕墻所包含的幾種系統(tǒng)。幕墻的幾大系統(tǒng)和主體建筑的各個系統(tǒng)相互連接。在幕墻的基礎(chǔ)上，對室內(nèi)的空調(diào)、通風、照明、消防等其他系統(tǒng)的運行進行解決，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。這種幕墻技術(shù)含量較高、投入資金較大，不能得到較廣泛地應(yīng)用。

2.2 鋁板、石材幕墻

2.2.1 運用鋁板、石材幕墻達到保溫節(jié)能效果

當前，鋁板、石材幕墻保溫的重點是通過輕鋼龍骨及支持體系間空隙，將保溫材料粘貼在主體墻面上。通過這種方法，使保溫隔熱的效果得以實現(xiàn)。而這種方法也存在著缺陷，它需要一邊做幕墻、一邊做保溫層，施工速度比較慢，并且在幕墻內(nèi)冷凝水現(xiàn)象比較常見。

2.2.2 鋁板幕墻的研究方向

新型節(jié)能鋁板幕墻是今后發(fā)展的重要方向。它是通過單層鋁板和保溫材料復合形成的，保溫材料大都為巖棉、礦物棉以及聚苯乙烯泡沫塑料等。從防火角度上分析，應(yīng)選擇阻燃效果好的巖棉作為保溫材料。特殊加工鋁單板，使鋁單板和保溫材料可以很好地融合在一起。將一定厚度的空氣層留在保溫隔熱層和鋁板之間，這樣，可使建筑物的熱橋問題得以緩解，并且減少因為熱橋帶來的熱損失。

2.2.3 石材幕墻研究方向

石材復合板是今后發(fā)展的主要方向，這種復合板的特點是有天然石材的裝飾效果，并且也有節(jié)能、質(zhì)量輕、施工速度快、安裝成本低等優(yōu)點。這樣，就沒有傳統(tǒng)石材幕墻施工時先做外墻外保溫的麻煩，不用進行現(xiàn)場加工，就可以工廠化批量生產(chǎn)。從而可以避免工地上的噪聲、粉塵污染等，這是一種新型的環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。

3 節(jié)能環(huán)保幕墻指標

3.1 節(jié)能環(huán)保材料

3.1.1 玻璃

采用6 + 12A + 6 Low-E 中空鋼化凈白玻璃。

3.1.2 鋁型材

利用斷熱鋁型材，實施銀白色氧化處理。

3.1.3 鋁板

采用防銹鋁板，厚度約為3.0mm。

3.1.4 石材

采用光面花崗石，厚度為25mm，不管是在觀感上，還是在質(zhì)量上都有很好的效果。

3.1.5 結(jié)構(gòu)膠和密封膠

采用SSG4400 硅酮結(jié)構(gòu)膠，SCS2003 硅酮耐候膠。

3.1.6 密封墊和密封膠條

用EPDM 膠條作為最佳選擇，也就是三元乙丙膠條。

3.2 幕墻玻璃的選用標準

在選擇幕墻玻璃的時候要遵循品質(zhì)優(yōu)良、節(jié)能環(huán)保、效果優(yōu)良的原則。通過傳熱學原理，可知導熱、對流和輻射是熱量交換的三種方式。要想解決玻璃幕墻的能耗損失問題，就需從這三種方式實施有效控制。

由于玻璃幕墻由玻璃和金屬結(jié)構(gòu)組成，而玻璃表面換熱性強、熱透射率高，故對室內(nèi)熱條件有極大的影響。夏季，陽光透過玻璃射入室內(nèi)是造成室內(nèi)過熱的主要原因。特別在南方炎熱地區(qū)，若人體受到陽光的直接照射，就會感到炎熱難受。在玻璃幕墻上設(shè)置遮陽系統(tǒng)，可以最大限度的減少陽光的直接照射，從而避免室內(nèi)過熱。這是炎熱地區(qū)建筑防熱的主要措施之一。

設(shè)置遮陽后，會有以下作用及效果：

3.2.1 遮陽對太陽輻射的作用

外圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能受許多因素的影響，其中影響最大的指標就是遮陽系數(shù)。一般來說，遮陽系數(shù)受到材料本身特性和環(huán)境的控制。遮陽系數(shù)就是透過有遮陽措施的圍護結(jié)構(gòu)與沒有遮陽措施的圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量的比值。遮陽系數(shù)愈小，透過外圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量愈小，防熱效果愈好。由此可見，遮陽對遮擋太陽輻射熱的效果是相當大的，玻璃幕墻建筑設(shè)置遮陽措施更是效果明顯。

3.2.2 遮陽對采光的作用

從天然采光的角度來看，遮陽措施會阻擋直射陽光、防止眩光，使室內(nèi)照度分布比較均勻，有助于視覺的正常工作。對周圍環(huán)境來說，遮陽可分散玻璃幕墻的玻璃（尤其是鍍膜玻璃）的反射光，避免了大面積玻璃的反光造成光污染。但是，由于遮陽措施有擋光作用，從而會降低室內(nèi)照度，在陰雨天更為不利。因此，在遮陽系統(tǒng)設(shè)計時要有充分的考慮，盡量滿足室內(nèi)天然采光的要求。側(cè)面采光有可能導致房間內(nèi)的亮度過高，有時會引起眩光。選擇何種形式的玻璃需要兼顧采光和節(jié)能兩個方面的要求。采用遮陽篷可以兼顧能效和采光。

3.2.3 遮陽對室內(nèi)溫度的作用

遮陽對防止室內(nèi)溫度上升有明顯作用。夏熱地區(qū)試驗觀測表明，在閉窗的情況下，有無遮陽，室溫差值較大。而且有遮陽時，房間溫度波幅值較小，室溫出現(xiàn)最大值的時間延遲，室內(nèi)溫度場均勻。因此，遮陽對空調(diào)房間可減少冷負荷，所以對空調(diào)建筑來說，遮陽更是節(jié)約電能的主要措施之一。

3.2.4 遮陽對房間通風的影響

遮陽設(shè)施對房間通風有一定的阻擋作用，在開啟窗通風的情況下，室內(nèi)的風速會減弱 22%～47%，具體視遮陽設(shè)施的構(gòu)造情況而定；對玻璃表面上升的熱空氣有阻擋作用，不利散熱，在遮陽構(gòu)造的設(shè)計時應(yīng)加以注意。

3.2.5 遮陽對建筑外觀的作用

一般人認為玻璃幕墻設(shè)計只能平板化，無法設(shè)計外遮陽等遮陽設(shè)施，但是國外的許多案例可以發(fā)現(xiàn)金屬幕墻能以輕巧的金屬板設(shè)計成優(yōu)美的遮陽形式并成為建筑造型有趣的一部分。遮陽系統(tǒng)在玻璃幕墻外觀的玻璃墻體上形成光影效果，體現(xiàn)出現(xiàn)代建筑藝術(shù)美學效果。因此，國外已經(jīng)把外遮陽系統(tǒng)作為一種活躍的立面元素加以利用，甚至稱之為雙層立面形式。一層是建筑物本身的立面，另一層則是動態(tài)的遮陽狀態(tài)的立面形式。這種具有“動感”的建筑物形象不是因為建筑立面的時尚需要，而是運用現(xiàn)代技術(shù)解決人類對建筑節(jié)能和享受自然需求而產(chǎn)生的一種新的現(xiàn)代建筑形態(tài)。

3.3 鋁板幕墻用保溫材料

就鋁板幕墻而言，其面板鋁板本身就是一個熱的良導體，如何處理好鋁板幕墻的保溫隔熱是一個技術(shù)難題。目前一般的作法有如下兩種：

3.3.1 采用單層鋁板后襯保溫棉

單純的來說，單層鋁板后襯保溫棉的保溫效果不是很佳，但多數(shù)情況下，鋁板幕墻后部一般為實體墻。這樣，只要處理好鋁板幕墻周邊的封口位置，整個幕墻與墻體之間就形成了一個大的空氣層，有點類似于中空玻璃的空氣層，鋁板后襯保溫棉類似于中空玻璃外片的鍍膜玻璃。這樣能起到較好的保溫效果，在工程實踐中為最常見的一種保溫做法。

3.3.2 采用聚苯板代替

聚苯板是利用聚苯乙烯材料擠出發(fā)泡工藝制造出的一種先進的硬質(zhì)塑料板材，通常簡稱XPS。聚苯板不僅具有極低的導熱系數(shù)（不大于0.028W/m·K）、輕質(zhì)高強等優(yōu)點，更具有優(yōu)越的抗?jié)裥阅?。XPS的主要特征表現(xiàn)在：

（1）在長期的高濕度或浸水環(huán)境中，仍然保持其優(yōu)良的保溫性能。

（2）XPS在歷經(jīng)浸水、冰凍及解凍過程后，仍能保持結(jié)構(gòu)的完整和很高的強度比。

3.4 幕墻節(jié)點構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計和施工

（1）主龍骨和副龍骨之間設(shè)置柔性墊片，預(yù)留1～2mm的空隙在主龍骨兩端和副龍骨之間，并且將膠注入到空氣中。這樣，可以使幕墻噪聲有效地降低，同時也發(fā)揮出斷熱作用。

（2）將保溫材料填塞在玻璃幕墻和周邊構(gòu)件、實體墻洞口的邊界、樓板或隔墻外沿間的縫隙處，使其實現(xiàn)有效的封堵，這樣，可以使玻璃幕墻保溫的性能得到最大限度地發(fā)揮。

（3）在安裝鋁板幕墻時，鋼與鋁材的連接處應(yīng)采用絕緣膠皮進行隔離，其厚度為1.5mm，采用不銹鋼螺栓進行連接，從而可以避免使電化腐蝕，同時也達到了斷熱的目的。

（4）將雙面鋁箔礦棉氈高效保溫材料粘貼在主體墻面上，可以有效地將幕墻骨架空間充分利用起來，同時與空心磚墻組成復合型保溫外墻，使建筑物的保溫能耗得以大幅度降低。

（5）在鋁板幕墻的檐口、窗臺等懸挑部位，設(shè)計滴水線。

（6）幕墻和主體建筑的防雷系統(tǒng)相互連接，使重做幕墻防雷的風險得以避免。

參考資料

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