建筑幕墻玻璃節能性能的研究

林湘生　黃得楊

摘 要：文章就單層玻璃幕墻的節能技術、雙層玻璃幕墻的節能技術、幕墻利用太陽能節能等問題進行了探討。

關鍵詞：建筑幕墻；節能技術

玻璃幕墻可以減少傳統混凝土外墻大量的鋼筋、混凝土使用量，對于減少高耗能建材使用所達到的節約能源、資源有很大的幫助；但玻璃幕墻作為建筑外圍護結構，其保溫、隔熱性能均遠不及傳統墻體，是傳統墻體熱損失的5～6倍。幕墻的能耗約占整個建筑能耗的40%左右，故幕墻節能在我國公共建筑設計節能中有極其重要的地位。

1 玻璃幕墻節能材料選用

玻璃幕墻是公共建筑中應用較廣泛的一種圍護結構，它具有輕質、透明、美觀等優點，然而，它是建筑物熱交換、熱傳導最活躍、最敏感的部位，是傳統墻體失熱損失的5～6倍，故玻璃幕墻的建筑節能有及其重要的地位。

1.1 玻璃選用。玻璃的面積占玻璃幕墻建筑立面的絕大部分，參與熱交換的面積較大，因此，玻璃的選用是關鍵。使用節能玻璃，可比單層普通玻璃節能75%左右。近年來，隨著科學技術的不斷發展，出現了以下有利于節能的新型玻璃。

1.2 陽光輻射控制玻璃。通過改變玻璃的光學特性來實現對太陽輻照的選擇性屏蔽，從而達到環保節能效果。

1.2.1 光譜選擇透過性玻璃。它實際上是Low-e 玻璃、熱反射玻璃等技術的延伸。簡單的講，就是通過在玻璃表面覆蓋一層或幾層特殊材料涂層，使得玻璃對不同波長的太陽輻射或熱輻射具有不同的透過率。這樣，可以使大部分可見光透過，最大限度地利用自然光照亮室內，又能阻擋紅外光、遠紅外光、紫外光，阻斷熱輻射。也可以使用其相反的特性，阻擋可見光，透過熱量，從而適用于高緯度地區及消除室內的眩光，同時利用太陽輻射熱來加熱室內空氣，這樣就可以從采光和制冷（或采暖）兩方面同時起到節能效果。

1.2.2 透過率可調玻璃。它隨環境變化而改變自身的透過特性。根據玻璃特性改變的機理不同，可分為熱致變色玻璃、光致變色玻璃和電致變色玻璃。熱致變色玻璃是玻璃隨著溫度升高透過率降低。光致變色玻璃是玻璃隨光強度的增大透過率降低。電致變色玻璃則是當有電流通過的時候玻璃透過率降低。

2 雙層玻璃幕墻的節能技術

雙層玻璃幕墻是由內、外兩層玻璃幕墻組成，兩層幕墻中間形成一個通道，同時在外層幕墻設置進風口和出風口見下圖。為了使立面通透、視野開闊，內層幕墻可一般采用懸窗結構形式。還有一種方法是設置通風器，通風器可安裝在幕墻的頂部，使得控制方便，通風換氣更自然、柔和，使人更加舒適。與傳統玻璃幕墻相比，雙層玻璃幕墻獨特的夾層設計，不僅在提高幕墻的保溫隔熱性能上提供了更多可能，更重要的是，為遮陽構件提供一個棲身之地，使之既能有效遮陽，又不破壞建筑外觀。

2.1 雙層玻璃幕墻節能原理。雙層玻璃幕墻在夏季利用“煙囪效應”，通過自然通風換氣，降低室內溫度；在冬季能產生溫室效應，提高保溫效果，降低取暖能耗。雙層玻璃幕墻在夏季的陽光照射下，幕墻通道中的空氣被加熱，使空氣自下而上地流動，從而帶走通道中的熱空氣，達到降低房間溫度的作用。同時，可以放下半透明卷簾，通過卷簾反射后除去大部分太陽輻射，降低房間溫度，減少降溫負荷，起到節約能源的目的。在冬季，雙層玻璃幕墻可關閉外層幕墻的通風口，這樣幕墻內部的空氣在陽光照射下溫度升高，減少室內和室外的溫度差，也減少了室內溫度向外界傳遞，起到房間保溫功效，降低房間取暖費用。

雙層玻璃幕墻構造圖

2.2 通過強化通風降溫降低能耗。幕墻周邊的溫度往往要比氣象觀測溫度高幾度，對于每層隔斷的雙層玻璃幕墻，幕墻中的換氣量更取決于風速和風向，而不是煙囪效應； 在設計中應該將雙層玻璃幕墻空間與通風口隔斷以防止夏季熱風倒灌，或者向德國Debis 中心那樣在炎熱的季節完全打開外表幕墻，但是這種設計的造價較高，同時導致冬季保溫性能降低。

3 玻璃幕墻節能新技術

3.1 太陽光變向照明技術。它取代了傳統的遮陽構件，利用幕墻上的光線反射裝置把室外的日光反射到室內的天花板上，再由天花板反射到工作或者生活區域，為人們提供照明。這樣的光照條件比傳統的以“光柱”形式進入室內的太陽光更為柔和、均勻，消除了由直接入射的強烈陽光在電腦或者電視屏幕上造成的眩光，并改善了日光在整個房間甚至建筑物的分布，可以深入到各個邊角區域，減少照明費用。

3.2 太陽能光電幕墻。光電幕墻是根據光電轉換原理，在兩層玻璃中安放特殊的太陽能電池，是一種集發電、隔音、隔熱、裝飾等功能于一體的新型建筑幕墻。光電幕墻除了具有普通幕墻的性能外，最大的特點是具有將光能轉化為電能的功能。它利用太陽能發電技術，把以前被當作有害因素而屏蔽掉的太陽光，轉化為能被人們利用的電能，在這個過程中不會產生噪音以及有害物質。光電幕墻把太陽能發電技術集成到建筑幕墻產品中，不占用專門的土地，而且太陽能光電板也可以替代傳統的玻璃等幕墻面板材料，無需重復投資。

3.3 生態化技術。玻璃幕墻借助嵌入式的綠化設計解決遮陽和通風問題，可以取得一舉多得的效果。最初單塊玻璃幕墻綠化是綠化植物倚著玻璃幕墻種植，這樣做可以基本達到遮陽和景觀的目的，還有一定的隔熱作用，但關鍵是沒有解決自然通風問題； 立體水平綠化是在玻璃幕墻的不同水平間距之間實施大面積的綠化，例如在高層建筑避難層的外面建空中花園并留通風口，雖然通風口的開通不能使旁邊的房間達到最佳通風的效果，但可使整棟建筑氣流流通，整體上效果良好； 豎直幕墻綠化是把每一玻璃塊之間的豎直位置加寬，成為綠色玻璃帶，綠色玻璃帶分內外兩層，其中外層是疏通的網格狀或百葉狀的合成有機物質，能儲存大量水分，為垂直植物（如爬山虎、吊蘭等）提供營養，利用植物根部的吸附作用，讓植物生長在幕墻的鋼架之間或玻璃塊之間。這樣，既能解決玻璃幕墻光污染的問題，又能解決溫室效應。

4 結語

（1）玻璃幕墻的節能效果與幕墻設計有密切關系，傳統單層玻璃幕墻可以采用減少玻璃幕墻的使用面積、建筑方位的調整、采用不同形式的遮陽、選擇合理的玻璃幕墻材料及安裝時增強其密封性等方法來減少能耗。（2）雙層玻璃幕墻，其主要的節能措施是改變兩層玻璃幕墻間空氣的導熱性能以及加強其流通。（3）熱緩沖區的設置不僅有利于減少室內空調的能耗，而且可以成為一個綠色的休憩場所。（4）主動式太陽能節能是建筑幕墻節能設計趨勢所在，其中光電幕墻就是利用太陽能發電綜合節能良好范例。

參考文獻

[1] 劉念雄，秦佑國.建筑熱環境[M].北京：清華大學出版社，2005.

[2] 清華大學建筑節能研究中心.2009中國建筑節能年度發展研究報告[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[3] 佘遠逢，劉建國.節能環保技術在某大型公共建筑中的綜合應用[J].施工技術，2009（5）：38-39.

摘 要：文章就單層玻璃幕墻的節能技術、雙層玻璃幕墻的節能技術、幕墻利用太陽能節能等問題進行了探討。

關鍵詞：建筑幕墻；節能技術

玻璃幕墻可以減少傳統混凝土外墻大量的鋼筋、混凝土使用量，對于減少高耗能建材使用所達到的節約能源、資源有很大的幫助；但玻璃幕墻作為建筑外圍護結構，其保溫、隔熱性能均遠不及傳統墻體，是傳統墻體熱損失的5～6倍。幕墻的能耗約占整個建筑能耗的40%左右，故幕墻節能在我國公共建筑設計節能中有極其重要的地位。

1 玻璃幕墻節能材料選用

玻璃幕墻是公共建筑中應用較廣泛的一種圍護結構，它具有輕質、透明、美觀等優點，然而，它是建筑物熱交換、熱傳導最活躍、最敏感的部位，是傳統墻體失熱損失的5～6倍，故玻璃幕墻的建筑節能有及其重要的地位。

1.1 玻璃選用。玻璃的面積占玻璃幕墻建筑立面的絕大部分，參與熱交換的面積較大，因此，玻璃的選用是關鍵。使用節能玻璃，可比單層普通玻璃節能75%左右。近年來，隨著科學技術的不斷發展，出現了以下有利于節能的新型玻璃。

1.2 陽光輻射控制玻璃。通過改變玻璃的光學特性來實現對太陽輻照的選擇性屏蔽，從而達到環保節能效果。

1.2.1 光譜選擇透過性玻璃。它實際上是Low-e 玻璃、熱反射玻璃等技術的延伸。簡單的講，就是通過在玻璃表面覆蓋一層或幾層特殊材料涂層，使得玻璃對不同波長的太陽輻射或熱輻射具有不同的透過率。這樣，可以使大部分可見光透過，最大限度地利用自然光照亮室內，又能阻擋紅外光、遠紅外光、紫外光，阻斷熱輻射。也可以使用其相反的特性，阻擋可見光，透過熱量，從而適用于高緯度地區及消除室內的眩光，同時利用太陽輻射熱來加熱室內空氣，這樣就可以從采光和制冷（或采暖）兩方面同時起到節能效果。

1.2.2 透過率可調玻璃。它隨環境變化而改變自身的透過特性。根據玻璃特性改變的機理不同，可分為熱致變色玻璃、光致變色玻璃和電致變色玻璃。熱致變色玻璃是玻璃隨著溫度升高透過率降低。光致變色玻璃是玻璃隨光強度的增大透過率降低。電致變色玻璃則是當有電流通過的時候玻璃透過率降低。

2 雙層玻璃幕墻的節能技術

雙層玻璃幕墻是由內、外兩層玻璃幕墻組成，兩層幕墻中間形成一個通道，同時在外層幕墻設置進風口和出風口見下圖。為了使立面通透、視野開闊，內層幕墻可一般采用懸窗結構形式。還有一種方法是設置通風器，通風器可安裝在幕墻的頂部，使得控制方便，通風換氣更自然、柔和，使人更加舒適。與傳統玻璃幕墻相比，雙層玻璃幕墻獨特的夾層設計，不僅在提高幕墻的保溫隔熱性能上提供了更多可能，更重要的是，為遮陽構件提供一個棲身之地，使之既能有效遮陽，又不破壞建筑外觀。

2.1 雙層玻璃幕墻節能原理。雙層玻璃幕墻在夏季利用“煙囪效應”，通過自然通風換氣，降低室內溫度；在冬季能產生溫室效應，提高保溫效果，降低取暖能耗。雙層玻璃幕墻在夏季的陽光照射下，幕墻通道中的空氣被加熱，使空氣自下而上地流動，從而帶走通道中的熱空氣，達到降低房間溫度的作用。同時，可以放下半透明卷簾，通過卷簾反射后除去大部分太陽輻射，降低房間溫度，減少降溫負荷，起到節約能源的目的。在冬季，雙層玻璃幕墻可關閉外層幕墻的通風口，這樣幕墻內部的空氣在陽光照射下溫度升高，減少室內和室外的溫度差，也減少了室內溫度向外界傳遞，起到房間保溫功效，降低房間取暖費用。

雙層玻璃幕墻構造圖

2.2 通過強化通風降溫降低能耗。幕墻周邊的溫度往往要比氣象觀測溫度高幾度，對于每層隔斷的雙層玻璃幕墻，幕墻中的換氣量更取決于風速和風向，而不是煙囪效應； 在設計中應該將雙層玻璃幕墻空間與通風口隔斷以防止夏季熱風倒灌，或者向德國Debis 中心那樣在炎熱的季節完全打開外表幕墻，但是這種設計的造價較高，同時導致冬季保溫性能降低。

3 玻璃幕墻節能新技術

3.1 太陽光變向照明技術。它取代了傳統的遮陽構件，利用幕墻上的光線反射裝置把室外的日光反射到室內的天花板上，再由天花板反射到工作或者生活區域，為人們提供照明。這樣的光照條件比傳統的以“光柱”形式進入室內的太陽光更為柔和、均勻，消除了由直接入射的強烈陽光在電腦或者電視屏幕上造成的眩光，并改善了日光在整個房間甚至建筑物的分布，可以深入到各個邊角區域，減少照明費用。

3.2 太陽能光電幕墻。光電幕墻是根據光電轉換原理，在兩層玻璃中安放特殊的太陽能電池，是一種集發電、隔音、隔熱、裝飾等功能于一體的新型建筑幕墻。光電幕墻除了具有普通幕墻的性能外，最大的特點是具有將光能轉化為電能的功能。它利用太陽能發電技術，把以前被當作有害因素而屏蔽掉的太陽光，轉化為能被人們利用的電能，在這個過程中不會產生噪音以及有害物質。光電幕墻把太陽能發電技術集成到建筑幕墻產品中，不占用專門的土地，而且太陽能光電板也可以替代傳統的玻璃等幕墻面板材料，無需重復投資。

3.3 生態化技術。玻璃幕墻借助嵌入式的綠化設計解決遮陽和通風問題，可以取得一舉多得的效果。最初單塊玻璃幕墻綠化是綠化植物倚著玻璃幕墻種植，這樣做可以基本達到遮陽和景觀的目的，還有一定的隔熱作用，但關鍵是沒有解決自然通風問題； 立體水平綠化是在玻璃幕墻的不同水平間距之間實施大面積的綠化，例如在高層建筑避難層的外面建空中花園并留通風口，雖然通風口的開通不能使旁邊的房間達到最佳通風的效果，但可使整棟建筑氣流流通，整體上效果良好； 豎直幕墻綠化是把每一玻璃塊之間的豎直位置加寬，成為綠色玻璃帶，綠色玻璃帶分內外兩層，其中外層是疏通的網格狀或百葉狀的合成有機物質，能儲存大量水分，為垂直植物（如爬山虎、吊蘭等）提供營養，利用植物根部的吸附作用，讓植物生長在幕墻的鋼架之間或玻璃塊之間。這樣，既能解決玻璃幕墻光污染的問題，又能解決溫室效應。

4 結語

（1）玻璃幕墻的節能效果與幕墻設計有密切關系，傳統單層玻璃幕墻可以采用減少玻璃幕墻的使用面積、建筑方位的調整、采用不同形式的遮陽、選擇合理的玻璃幕墻材料及安裝時增強其密封性等方法來減少能耗。（2）雙層玻璃幕墻，其主要的節能措施是改變兩層玻璃幕墻間空氣的導熱性能以及加強其流通。（3）熱緩沖區的設置不僅有利于減少室內空調的能耗，而且可以成為一個綠色的休憩場所。（4）主動式太陽能節能是建筑幕墻節能設計趨勢所在，其中光電幕墻就是利用太陽能發電綜合節能良好范例。

參考文獻

[1] 劉念雄，秦佑國.建筑熱環境[M].北京：清華大學出版社，2005.

[2] 清華大學建筑節能研究中心.2009中國建筑節能年度發展研究報告[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[3] 佘遠逢，劉建國.節能環保技術在某大型公共建筑中的綜合應用[J].施工技術，2009（5）：38-39.

摘 要：文章就單層玻璃幕墻的節能技術、雙層玻璃幕墻的節能技術、幕墻利用太陽能節能等問題進行了探討。

關鍵詞：建筑幕墻；節能技術

玻璃幕墻可以減少傳統混凝土外墻大量的鋼筋、混凝土使用量，對于減少高耗能建材使用所達到的節約能源、資源有很大的幫助；但玻璃幕墻作為建筑外圍護結構，其保溫、隔熱性能均遠不及傳統墻體，是傳統墻體熱損失的5～6倍。幕墻的能耗約占整個建筑能耗的40%左右，故幕墻節能在我國公共建筑設計節能中有極其重要的地位。

1 玻璃幕墻節能材料選用

玻璃幕墻是公共建筑中應用較廣泛的一種圍護結構，它具有輕質、透明、美觀等優點，然而，它是建筑物熱交換、熱傳導最活躍、最敏感的部位，是傳統墻體失熱損失的5～6倍，故玻璃幕墻的建筑節能有及其重要的地位。

1.1 玻璃選用。玻璃的面積占玻璃幕墻建筑立面的絕大部分，參與熱交換的面積較大，因此，玻璃的選用是關鍵。使用節能玻璃，可比單層普通玻璃節能75%左右。近年來，隨著科學技術的不斷發展，出現了以下有利于節能的新型玻璃。

1.2 陽光輻射控制玻璃。通過改變玻璃的光學特性來實現對太陽輻照的選擇性屏蔽，從而達到環保節能效果。

1.2.1 光譜選擇透過性玻璃。它實際上是Low-e 玻璃、熱反射玻璃等技術的延伸。簡單的講，就是通過在玻璃表面覆蓋一層或幾層特殊材料涂層，使得玻璃對不同波長的太陽輻射或熱輻射具有不同的透過率。這樣，可以使大部分可見光透過，最大限度地利用自然光照亮室內，又能阻擋紅外光、遠紅外光、紫外光，阻斷熱輻射。也可以使用其相反的特性，阻擋可見光，透過熱量，從而適用于高緯度地區及消除室內的眩光，同時利用太陽輻射熱來加熱室內空氣，這樣就可以從采光和制冷（或采暖）兩方面同時起到節能效果。

1.2.2 透過率可調玻璃。它隨環境變化而改變自身的透過特性。根據玻璃特性改變的機理不同，可分為熱致變色玻璃、光致變色玻璃和電致變色玻璃。熱致變色玻璃是玻璃隨著溫度升高透過率降低。光致變色玻璃是玻璃隨光強度的增大透過率降低。電致變色玻璃則是當有電流通過的時候玻璃透過率降低。

2 雙層玻璃幕墻的節能技術

雙層玻璃幕墻是由內、外兩層玻璃幕墻組成，兩層幕墻中間形成一個通道，同時在外層幕墻設置進風口和出風口見下圖。為了使立面通透、視野開闊，內層幕墻可一般采用懸窗結構形式。還有一種方法是設置通風器，通風器可安裝在幕墻的頂部，使得控制方便，通風換氣更自然、柔和，使人更加舒適。與傳統玻璃幕墻相比，雙層玻璃幕墻獨特的夾層設計，不僅在提高幕墻的保溫隔熱性能上提供了更多可能，更重要的是，為遮陽構件提供一個棲身之地，使之既能有效遮陽，又不破壞建筑外觀。

2.1 雙層玻璃幕墻節能原理。雙層玻璃幕墻在夏季利用“煙囪效應”，通過自然通風換氣，降低室內溫度；在冬季能產生溫室效應，提高保溫效果，降低取暖能耗。雙層玻璃幕墻在夏季的陽光照射下，幕墻通道中的空氣被加熱，使空氣自下而上地流動，從而帶走通道中的熱空氣，達到降低房間溫度的作用。同時，可以放下半透明卷簾，通過卷簾反射后除去大部分太陽輻射，降低房間溫度，減少降溫負荷，起到節約能源的目的。在冬季，雙層玻璃幕墻可關閉外層幕墻的通風口，這樣幕墻內部的空氣在陽光照射下溫度升高，減少室內和室外的溫度差，也減少了室內溫度向外界傳遞，起到房間保溫功效，降低房間取暖費用。

雙層玻璃幕墻構造圖

2.2 通過強化通風降溫降低能耗。幕墻周邊的溫度往往要比氣象觀測溫度高幾度，對于每層隔斷的雙層玻璃幕墻，幕墻中的換氣量更取決于風速和風向，而不是煙囪效應； 在設計中應該將雙層玻璃幕墻空間與通風口隔斷以防止夏季熱風倒灌，或者向德國Debis 中心那樣在炎熱的季節完全打開外表幕墻，但是這種設計的造價較高，同時導致冬季保溫性能降低。

3 玻璃幕墻節能新技術

3.1 太陽光變向照明技術。它取代了傳統的遮陽構件，利用幕墻上的光線反射裝置把室外的日光反射到室內的天花板上，再由天花板反射到工作或者生活區域，為人們提供照明。這樣的光照條件比傳統的以“光柱”形式進入室內的太陽光更為柔和、均勻，消除了由直接入射的強烈陽光在電腦或者電視屏幕上造成的眩光，并改善了日光在整個房間甚至建筑物的分布，可以深入到各個邊角區域，減少照明費用。

3.2 太陽能光電幕墻。光電幕墻是根據光電轉換原理，在兩層玻璃中安放特殊的太陽能電池，是一種集發電、隔音、隔熱、裝飾等功能于一體的新型建筑幕墻。光電幕墻除了具有普通幕墻的性能外，最大的特點是具有將光能轉化為電能的功能。它利用太陽能發電技術，把以前被當作有害因素而屏蔽掉的太陽光，轉化為能被人們利用的電能，在這個過程中不會產生噪音以及有害物質。光電幕墻把太陽能發電技術集成到建筑幕墻產品中，不占用專門的土地，而且太陽能光電板也可以替代傳統的玻璃等幕墻面板材料，無需重復投資。

3.3 生態化技術。玻璃幕墻借助嵌入式的綠化設計解決遮陽和通風問題，可以取得一舉多得的效果。最初單塊玻璃幕墻綠化是綠化植物倚著玻璃幕墻種植，這樣做可以基本達到遮陽和景觀的目的，還有一定的隔熱作用，但關鍵是沒有解決自然通風問題； 立體水平綠化是在玻璃幕墻的不同水平間距之間實施大面積的綠化，例如在高層建筑避難層的外面建空中花園并留通風口，雖然通風口的開通不能使旁邊的房間達到最佳通風的效果，但可使整棟建筑氣流流通，整體上效果良好； 豎直幕墻綠化是把每一玻璃塊之間的豎直位置加寬，成為綠色玻璃帶，綠色玻璃帶分內外兩層，其中外層是疏通的網格狀或百葉狀的合成有機物質，能儲存大量水分，為垂直植物（如爬山虎、吊蘭等）提供營養，利用植物根部的吸附作用，讓植物生長在幕墻的鋼架之間或玻璃塊之間。這樣，既能解決玻璃幕墻光污染的問題，又能解決溫室效應。

4 結語

（1）玻璃幕墻的節能效果與幕墻設計有密切關系，傳統單層玻璃幕墻可以采用減少玻璃幕墻的使用面積、建筑方位的調整、采用不同形式的遮陽、選擇合理的玻璃幕墻材料及安裝時增強其密封性等方法來減少能耗。（2）雙層玻璃幕墻，其主要的節能措施是改變兩層玻璃幕墻間空氣的導熱性能以及加強其流通。（3）熱緩沖區的設置不僅有利于減少室內空調的能耗，而且可以成為一個綠色的休憩場所。（4）主動式太陽能節能是建筑幕墻節能設計趨勢所在，其中光電幕墻就是利用太陽能發電綜合節能良好范例。

參考文獻

[1] 劉念雄，秦佑國.建筑熱環境[M].北京：清華大學出版社，2005.

[2] 清華大學建筑節能研究中心.2009中國建筑節能年度發展研究報告[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[3] 佘遠逢，劉建國.節能環保技術在某大型公共建筑中的綜合應用[J].施工技術，2009（5）：38-39.