基于綠色節(jié)能技術(shù)在公共建筑玻璃幕墻設(shè)計中的應(yīng)用研究

俞顥

浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司 浙江 杭州 310000

引言

玻璃幕墻作為公共建筑廣泛運(yùn)用的護(hù)圍設(shè)計，可以極大地增強(qiáng)公共建筑的美感，并起到一定的隔熱節(jié)能作用。隨著玻璃幕墻技術(shù)的發(fā)展，公共建筑對玻璃幕墻的作用及立面效果有著更高的要求。當(dāng)下公共建筑的玻璃幕墻盡管在一定程度上可以隔熱保溫，但在材質(zhì)與設(shè)計問題上的不足，導(dǎo)致其節(jié)能功能上未滿足要求?；诰G色節(jié)能的建筑理念和發(fā)展要求，玻璃幕墻的設(shè)計應(yīng)用應(yīng)向著環(huán)保節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展方向發(fā)展。

1 公共建筑玻璃幕墻設(shè)計

幕墻是建筑物的外墻護(hù)圍結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代大型和高層建筑常用的帶有裝飾效果的輕質(zhì)構(gòu)件。由結(jié)構(gòu)框架與鑲嵌板材組成，不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)載荷與作用的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。玻璃幕墻即建筑外墻由玻璃承擔(dān)面板的護(hù)圍，具有優(yōu)秀的裝飾效果，也是當(dāng)下公共建筑幕墻廣泛運(yùn)用的材質(zhì)設(shè)計。公共建筑一般承載著一定的社會功效，有巨大的人流量，同時展示城市獨(dú)特面貌。幕墻作為公共建筑的外表皮裝飾構(gòu)件，在材質(zhì)選擇和設(shè)計追求上，玻璃幕墻具有更大的效果及節(jié)能優(yōu)勢[1]。首先，玻璃幕墻的材質(zhì)更加輕便，玻璃材質(zhì)相較于鋼筋混凝土，需要的原材料的更少，質(zhì)量更小，重量更輕，使用上更加方便。其次是玻璃幕墻采用玻璃和支撐結(jié)構(gòu)組合整體上適應(yīng)性更強(qiáng)，由于玻璃材質(zhì)的特殊性，具有一定的伸縮性能，對各種災(zāi)害的適應(yīng)性較強(qiáng)。

2 玻璃幕墻設(shè)計對綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

2.1 必要性

公共建筑玻璃幕墻設(shè)計增加綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，不僅是建筑行業(yè)環(huán)保理念的興起，也是解決當(dāng)下玻璃幕墻設(shè)計應(yīng)用存在的問題的需要。玻璃易受到外界因素影響，發(fā)生玻璃炸裂的可能性較大，玻璃幕墻的整體安全性能存在一定隱患[2]。除此之外，由于玻璃幕墻建設(shè)的規(guī)模大，安裝的數(shù)量多，大量玻璃的反光會造成嚴(yán)重的光污染。而且普通玻璃建設(shè)的幕墻，保溫隔熱性能較差，在能耗方面較大，所能起到的環(huán)保作用較少，并且制作的成本更高。但由于玻璃幕墻最大的作用是設(shè)計感和美觀，因而對玻璃幕墻的應(yīng)用是不可避免的。

2.2 運(yùn)用原理

普通玻璃幕墻，節(jié)能性能差，不能起到良好的隔熱或保溫作用。對綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，主要從公共建筑和周圍的生態(tài)環(huán)境情況出發(fā)，綜合考慮玻璃幕墻的熱工作性能、質(zhì)量密度以及環(huán)保功效等多個方面。玻璃幕墻的綠色節(jié)能技術(shù)原理首先要考慮的是保溫性，普通玻璃的熱量流失大，太陽輻射的穿透率大而反射率低，熱阻性能差。其次是氣密性，普通玻璃的密封性差，空氣的滲透率高，幕墻內(nèi)外空氣的流通率高，對玻璃幕墻的功能發(fā)揮有較大的影響。最后是遮陽性，普通玻璃幕墻阻隔太陽輻射的性能較差，無法起到足夠的隔熱效果[3]。因此，玻璃幕墻設(shè)計采用綠色節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用原理是提高幕墻的保溫性、氣密性以及遮陽性。

2.3 運(yùn)用方式

由于綠色節(jié)能技術(shù)對玻璃幕墻的改造主要是通過提高保溫性、氣密性和遮陽性來實(shí)現(xiàn)玻璃幕墻的可持續(xù)發(fā)展和使用，在具體的應(yīng)用上，主要是從材料、結(jié)構(gòu)和技術(shù)3個方面提升玻璃幕墻的節(jié)能環(huán)保作用[4]。材料不同，所發(fā)揮的功效不同。普通玻璃的材質(zhì)穩(wěn)定性不足，如果玻璃在制作過程中雜質(zhì)未去除干凈，或者因為運(yùn)輸過程中包裝、存放工作沒有做好，以及安裝時技術(shù)實(shí)施不規(guī)范等問題，均容易產(chǎn)生較大的安全隱患。因此，綠色節(jié)能技術(shù)注重對玻璃材料的選擇，而結(jié)構(gòu)方面主要通過對玻璃的數(shù)量、構(gòu)造進(jìn)行的優(yōu)化，增加可以起到保溫、遮陽等效果的其他材料。技術(shù)方面，則是使用最新的現(xiàn)代玻璃幕墻技術(shù)完善幕墻在環(huán)保節(jié)能方面的作用功效。

2.4 實(shí)際應(yīng)用

2.4.1 熱反射鍍膜玻璃：“熱反射鍍膜玻璃又稱為陽光控制鍍膜玻璃，是在其表面鍍金屬或金屬化合物膜，它對太陽光具有反射作用?！睙岱瓷溴兡げＡе饕峭ㄟ^鍍膜的形式反射太陽輻射而達(dá)到散熱的作用。鍍膜是綠色節(jié)能技術(shù)在玻璃幕墻中較為簡單基礎(chǔ)的應(yīng)用，利用鍍金屬或者金屬化合物膜反射太陽輻射，可以提高玻璃的散熱性能，進(jìn)而減少建筑內(nèi)對散熱的用電需求，減少耗電，達(dá)到節(jié)能減排的作用。這類玻璃幕墻建造完成后，太陽輻射越大，其反射的太陽輻射越多，可以達(dá)到的散熱功能越好。

2.4.2 LOW-E玻璃：LOW-E的意思是低輻射，LOW-E玻璃即低輻射玻璃，也是鍍膜的形式，通過在玻璃表面鍍上金屬或者其他化合物的方式，增加太陽的透射，提升玻璃幕墻的吸熱能力，從而到達(dá)保溫的效果。LOW-E玻璃相較于熱反射鍍膜玻璃，所發(fā)揮的作用和功效更大，不僅有較強(qiáng)的保溫作用，還具備良好的光學(xué)性。LOW-E玻璃的太陽光線透射作用強(qiáng)，將熱量吸收反射至公共建筑內(nèi)，從而提升公共建筑室內(nèi)溫度，達(dá)到保溫效果，具有極強(qiáng)的舒適性。光學(xué)性方面，LOW-E玻璃可以阻擋部分的紫外線，減少紫外線對幕墻內(nèi)的輻射傷害[5]。由于LOW-E玻璃的低輻射性能，以及良好的保溫作用，在幕墻應(yīng)用中更具有普適性，適用范圍更強(qiáng)，尤其是冬季保溫的效果不錯，是許多公共建筑幕墻設(shè)計的首選材料。相較于熱反射鍍膜玻璃，應(yīng)用更多，且環(huán)保節(jié)能作用更突出。

2.4.3 中空玻璃：中空玻璃幕墻在節(jié)能環(huán)保方面的應(yīng)用主要是通過玻璃的結(jié)構(gòu)和施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)[6]。中空玻璃應(yīng)采用雙道密封。第一道密封應(yīng)采用丁基熱熔密封膠、高分子熱塑性間隔膠，結(jié)構(gòu)用中空玻璃的第二道密封膠應(yīng)采用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，非結(jié)構(gòu)用中空玻璃的第二道密封膠可采用聚硫密封膠或硅酮建筑密封膠。中空玻璃間隔材料可采用金屬間隔條或暖邊間隔條，不得使用熱熔型間隔條和PVC材質(zhì)間隔條。中空玻璃的間隔條應(yīng)采用連續(xù)折彎型，間隔條中的干燥劑宜采用專用設(shè)備裝填。由于中空玻璃幕墻是通過中間留出一定的空間來形成一個隔熱帶，從而隔絕幕墻內(nèi)部建筑和外部空氣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隔熱保溫的作用，因此特殊黏合劑需要具備一定的強(qiáng)度和氣密性，強(qiáng)度不夠?qū)е潞掀Ч?，而氣密性不夠則會影響隔熱效果。鑒于中空玻璃需要利用結(jié)構(gòu)內(nèi)的空間達(dá)到隔熱保溫的效果，因此需要保持空間的干燥性，確?？臻g內(nèi)的空氣足夠干燥，所以對施工技術(shù)也有一定要求。施工技術(shù)專業(yè)性不滿足，操作不規(guī)范，就無法完成框架結(jié)構(gòu)和玻璃的黏合工作。中空玻璃合片的結(jié)構(gòu)，還可以達(dá)到隔音的效果，還可以預(yù)防結(jié)露，減少太陽照射下玻璃帶給人的眩暈感。

2.4.4 真空玻璃：與中空玻璃相似，也是通過對2片或3片玻璃進(jìn)行合片，不同的是真空玻璃幕墻對材質(zhì)和結(jié)構(gòu)均有要求。材質(zhì)方面，合片的真空玻璃中至少要有一塊是低輻射玻璃，且構(gòu)造的內(nèi)部空間趨于真空狀態(tài)，需要盡可能減少內(nèi)部的空氣。通過對真空狀態(tài)的實(shí)施，在熱傳導(dǎo)、熱透射等方面有著極大的節(jié)能功效。真空玻璃與中空玻璃的傳熱機(jī)理也有所不同。真空玻璃中心部位傳熱由輻射傳熱和支撐物傳熱構(gòu)成，其中忽略了殘余氣體傳熱。而中空玻璃則由氣體傳熱（包括傳導(dǎo)和對流）和輻射傳熱構(gòu)成。由此可見，要減小因溫差引起的傳熱，真空玻璃和中空玻璃都要減小輻射傳熱，有效的方法是采用鍍有低輻射膜的玻璃（LOW-E玻璃），在兼顧其他光學(xué)性能要求的條件下，其發(fā)射率（也稱輻射率）越低越好。鋼化真空玻璃的預(yù)期壽命可達(dá)25年以上，其擁有高真空內(nèi)腔，使氣體傳熱可以忽略，同時采用高性能LOW-E玻璃，大幅抑制輻射傳熱。并且真空玻璃內(nèi)部為真空狀態(tài)，不受環(huán)境氣壓的影響，適用于各種海拔地區(qū)；同時，真空玻璃應(yīng)用于建筑物的各個位置都能保持其優(yōu)異的性能不變，包括立面，斜面及屋頂，不存在中空玻璃平放時氣體對流加大導(dǎo)致性能降低的問題。

2.4.5 光伏幕墻：光伏幕墻發(fā)電的核心環(huán)節(jié)是太陽能光電轉(zhuǎn)換，無粉塵、無廢氣等污染，且發(fā)電過程無噪聲，同時，應(yīng)用新材料、新技術(shù)可以吸收陽光照射玻璃表面而產(chǎn)生的反射光，緩解光污染現(xiàn)象。光伏幕墻的工序是：玻璃面板在太陽照射下，由光電玻璃通過內(nèi)置的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜發(fā)生光生伏特效應(yīng)，將太陽輻射轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，通過多極集電，即在太陽能控制器的控制下將光伏幕墻產(chǎn)生的直流電通過儲能電池組儲存起來，使用時，儲能電池組輸出的直流經(jīng)過逆變、變壓等過程，轉(zhuǎn)化成可供使用的交流電，送入供電網(wǎng)絡(luò)或直接驅(qū)動負(fù)載。由于光伏幕墻作為建筑外圍護(hù)體系，可直接吸收太陽能，避免了墻面溫度和屋頂溫度過高，可以有效降低墻面及屋面溫度，減輕空調(diào)負(fù)荷，降低空調(diào)能耗。當(dāng)前光伏幕墻滲透率不足10%，未來隨著建筑對光伏發(fā)電需求的增加、碳中和對建筑減排的進(jìn)一步要求，光伏幕墻滲透率有望進(jìn)一步提升。光伏屋頂是當(dāng)前的主流，但隨著用電需求的增加，光伏屋頂發(fā)電量有限，表面積更大的光伏幕墻顯然將更符合未來場景，從而迎來快速發(fā)展。

3 應(yīng)用現(xiàn)狀

雖然綠色節(jié)能已深入公共建筑玻璃幕墻的建設(shè)理念，但在具體實(shí)施過程中仍存在著許多問題。首先是綠色節(jié)能意識不足。盡管人們對于公共建筑的節(jié)能環(huán)保問題愈發(fā)關(guān)注，但實(shí)際的環(huán)保意識并沒有形成，而且，由于采用節(jié)能技術(shù)的幕墻玻璃成本高，不同的玻璃材質(zhì)不一樣，性能越好，環(huán)保節(jié)能越高的玻璃成本越大，需要付出的成本太高。其次是關(guān)于公共建筑玻璃幕墻的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)不完善，當(dāng)下的建筑行業(yè)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于玻璃幕墻的規(guī)定較少，在具體施工時容易產(chǎn)生誤區(qū)。施工人員的技術(shù)問題方面，由于節(jié)能技術(shù)的玻璃幕墻對施工技術(shù)有一定的要求，需要規(guī)范的操作和達(dá)標(biāo)的技術(shù)，而當(dāng)下施工人員的專業(yè)性尚有欠缺，因此在具體施工中會有一定的困難。最后是應(yīng)用問題，不同地區(qū)、不同情況對節(jié)能技術(shù)玻璃幕墻的選擇和使用不一樣，不同材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的玻璃幕墻可以發(fā)揮的作用也不一樣，但當(dāng)下對綠色節(jié)能技術(shù)玻璃幕墻的應(yīng)用還沒有做好具體問題具體分析，沒有根據(jù)實(shí)際情況而盲目的選擇玻璃幕墻，不僅不能起到節(jié)能環(huán)保的作用，反而會形成新的環(huán)保問題，造成資源浪費(fèi)[7]。

4 解決措施

針對當(dāng)下公共建筑玻璃幕墻設(shè)計對綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用問題，可以通過以下方式解決。

第一，加大綠色節(jié)能環(huán)保意識宣傳。

第二，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，降低成本。相關(guān)專業(yè)人員需著重針對環(huán)保節(jié)能玻璃幕墻原材料的思考與設(shè)計，力爭降低工程總體的造價，加強(qiáng)施工團(tuán)隊采用節(jié)能方案的積極性。

第三，逐步完善規(guī)章制度。

第四，加強(qiáng)施工人員的技能培訓(xùn)。

5 結(jié)束語

公共建筑玻璃幕墻設(shè)計應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)是玻璃幕墻發(fā)展的時代趨勢。目前玻璃幕墻主要采用的綠色節(jié)能技術(shù)有熱反射鍍膜玻璃、LOW-E玻璃、中空玻璃、真空玻璃以及光伏幕墻。在加大相關(guān)節(jié)能技術(shù)運(yùn)用的同時需要針對當(dāng)下的應(yīng)用情況做出相應(yīng)的調(diào)整。通過加大宣傳、完善節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)、完善規(guī)章制度、加強(qiáng)技能培訓(xùn)以及做好施工情況分析促進(jìn)玻璃幕墻設(shè)計對綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。