綠色節能技術在大型公共建筑玻璃幕墻設計中的應用

【摘要】玻璃幕墻是當前大型公共建筑較常采用的外部圍護結構，相交于傳統墻體，玻璃幕墻更具美觀性。但是在實際的城市環境中，玻璃幕墻本身所擁有的高能耗和帶來的城市光污染等問題歷來為人們所詬病。針對綠色節能建筑標準，建筑施工設計方面應當對原有的玻璃幕墻施工方案進行調整，其中可以采用增設遮陽設備、選擇新穎節能的玻璃材料以及通過折射方式來轉變光線照射路徑等方式，來降低太陽光照射產生的能耗影響，提高綠色節能效果。

【關鍵詞】綠色節能;大型公共建筑;玻璃幕墻;建筑施工設計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.33.082

1、大型公共建筑玻璃幕墻的節能特性

1.1玻璃幕墻材料特征

具有綠色節能特性的玻璃幕墻主要優勢體現在幕墻材料本身所具有的導熱性，這種玻璃幕墻材料在實際應用當中能夠極大地提高內部環境的舒適度，降低內部對于各類電器設備的依賴。與此同時，在建筑施工過程中，這類節能材料采用中空剝離施工策略能夠降低材料整體的熱傳導技術，從而實現對于光污染、噪聲污染等外部污染的有效控制，避免外部因素對施工過程產生的影響，充分發揮室內環境協調性。

1.2施工連接特性

相比于傳統的常規玻璃幕墻材料，節能材料在實際連接施工方面進行了一定的優化。傳統施工中的玻璃幕墻在多塊玻璃進行連接中需要采用較為復雜的連接材料來保證固定，這種施工方式相對困難，施工質量難以得到保證。而節能材料主要采用熱連接施工技術，除了能夠保證較為理想的節能效果之外，還能夠極大地降低施工難度，保證施工質量。

1.3節能技術使用原則

綠色節能建筑標準除了與材料和施工方式緊密相關之外，也與建筑工程項目所處的地理位置、自然環境等有著一定的關聯性，其中寒冷區域和較為炎熱區域，在節能施工導向方面有所不同。其中寒冷地區的節能施工要注重室內保溫，以保溫材料的使用為核心，提高玻璃幕墻的節能屬性。而較為炎熱區域則應當堅持隔熱性原則，避免外部過高溫度造成對于室內問題的提升影響，實現節能效果。在實際的玻璃幕墻施工方面，也需要結合不同朝向、不同結構單位進行標準化調整，以保證施工效率和節能效果。

2、玻璃幕墻的綠色節能技術實現

2.1玻璃幕墻的節能情況

在大型公共建筑設計當中，為了提高建筑本身的美觀度，相關設計人員主要選擇玻璃幕墻為核心材料。但是在提升了美觀度的同時，玻璃幕墻本身的保溫隔熱功能和對于建筑的圍護能力，仍然與傳統墻體結構無法同日而語。相關統計數據現實，其中熱損失方面相較傳統墻體高出五倍左右，同時能耗占比約為40%，是建筑項目的重要耗能單元。在綠色建筑標準全面實施的當下，公共建筑在綠色節能方面需要著力解決保溫和隔熱性能并存的問題，明確在幕墻使用過程中多種外部環境產生的對于玻璃幕墻耗能的影響，以保證玻璃幕墻能夠借助施工技術的提升來實現與傳統墻體結構相近或超越的節能水平。

2.2明確熱傳導性能產生節能影響

現階段應用于公共建筑當中的玻璃幕墻系統當中，對于玻璃幕墻節能屬性產生影響的因素主要來源于幕墻本身與幕墻結構支撐件之間的綜合熱傳導系數情況。在物理性能方面，熱傳導系數主要用以對當前所處環境中的熱流量進行量化衡量，公共建筑玻璃幕墻內外兩側一旦出現較大的溫度差異時，外部的熱量便會從高溫區域傳到如低溫區域，溫差越大，這種熱量的流動便約為活躍，相應的能量的散逸速度和散逸總量便會越大。對于玻璃幕墻的綠化節能施工來說，需要有效對玻璃幕墻與結構支撐件之間連接的阻熱性能進行控制，最大限度降低熱傳導所帶來的能量散逸。

2.3注重對流產生的節能影響

除了熱傳導之外，空氣對流的存在也會產生對于玻璃幕墻節能性能的影響，玻璃幕墻本身的結構氣密性情況會產生對流情況，部分施工單位在施工技術和施工質量方面的不足，會導致玻璃幕墻的氣密性較差，長時間的氣密性問題則會使玻璃幕墻出現進一步的老化甚至是開裂，出現內外部空氣對流滲透，產生能量損失，使節能屬性下降。

3、大型公共建筑傳統玻璃幕墻存在的問題

3.1整體耗能水平較高

前述中對于玻璃幕墻和傳統墻體結構進行了對比分析，提出玻璃幕墻在實現美觀度的同時，存在能耗情況較高的現狀。除此之外，相關統計研究資料針對城市建筑能耗進行了整體衡量，其中玻璃幕墻在城市建筑當中能耗總量占比達到25%，除了低于傳統墻體之外，玻璃幕墻在城市建筑當中的能耗情況也不容樂觀。

3.2存在光污染問題

玻璃幕墻所造成的另一個問題是城市內部的光污染，部分高層建筑所采用的玻璃幕墻會產生較為嚴重的反光現象，在進行光線折射時，除了會對城市居民產生光照影響之外，還有可能對交通情造成影響，導致出現交通事故。

3.3整體強度不足

玻璃幕墻在公共建筑當中的主要代替傳統框架結構、混凝土結構墻體使用，在承受稱重作用的同時，玻璃材料本身的強度不足問題會導致建筑整體的風險性增加。目前玻璃幕墻所采用的硅膠、結構膠等連接材料保質期不超過十年，隨著時間推移，這類連接膠出現老化現象，會導致玻璃幕墻本身的強度進一步下降，導致建筑強度存在安全隱患。

4、玻璃幕墻建筑施工提升節能效果的技術策略

4.1提高玻璃幕墻的熱阻性能

熱傳導是導致能量散逸的重要因素，在綠色節能的玻璃幕墻施工當中，需要通過提高熱阻性能的方式來降低熱傳導能量散逸，降低玻璃幕墻的能耗水平。目前應用于大型公共建筑當中的玻璃幕墻類型豐富，不同種類的玻璃幕墻在太陽光照射、反射和光線吸收中，所帶來的室內溫度有所不同。綠色節能施工中需要結合玻璃幕墻本身的材料特性，綜合對比當前地理位置的光照情況，從材料控制方面進行熱阻性能提升，其中更換玻璃類型、增設雙層玻璃或者采用復合中空玻璃等，都是比較理想的選擇。除了材料之外，玻璃幕墻的強度結構設置，也能夠在一定程度上改善熱傳導狀況。傳統采用的結構支撐件主要以金屬型材為主，其中鋼材料、鋁材料等雖然具有較為理想的強度，但是這類材料導熱系數較大，能耗水平較高。在進行材料選擇方面，可以嘗試選用斷熱金屬型材參與結構支撐，在保證強度的同時，提高熱阻性能，避免熱傳導導致的能量消耗。

4.2優化玻璃幕墻的氣密性

相關統計數據顯示，目前城市玻璃幕墻建筑當中，有超過半數的室內熱量來源于玻璃幕墻本身的氣密性不足，其中空氣滲透將外部熱量代入室內，增加了建筑能耗。為了有效提高節能屬性，建筑施工層面需要針對性進行氣密性管理，從玻璃幕墻質量、密封材料和后續維護等層面來降低玻璃幕墻內部縫隙，同時采用明框、陰框、點支式等，控制窗口玻璃數量，避免過多玻璃拼接導致氣密性問題擴大。

5、大型公共建筑玻璃幕墻綠色節能的設計策略

5.1玻璃幕墻外部增設遮陽系統

現有的施工系統當中，針對玻璃幕墻所面對的保溫隔熱節能訴求，一般可以通過增設外部結構的方式來實現節能功能。相關建筑施工單位針對玻璃幕墻外部設置遮陽系統，以這樣系統來降低太陽直射對于玻璃幕墻和室內環境溫度產生的不利影響。常見的遮陽系統如固定遮陽、內外遮陽等，施工單位可以結合玻璃幕墻的材料情況有序選擇，在保證美觀的前提下，發揮遮陽節能作用，進一步提高建筑的綠色節能質量。

5.2實行玻璃幕墻貼膜技術

玻璃幕墻貼膜技術的節能原理與遮陽系統原理相類似，都是通過增設設備的方式來進行太陽光直射的阻斷，以避免溫差過大所帶來的能量損耗。與外設遮陽系統不同，貼膜技術能夠直接利用覆膜形式在玻璃幕墻之上進行光線阻斷，施工中結合玻璃幕墻的改造，將貼膜貼敷于玻璃幕墻之上，以達到降低太陽光照射、保證室內溫度、提高節能水平的目的。

5.3更換玻璃幕墻的節能材料

玻璃幕墻所采用的玻璃材料是最為直接也最為有效的綠色節能方案，不同施工環境中可以選擇的玻璃材料有所不同。常見的節能玻璃材料如隔熱玻璃、低輻射玻璃、真空玻璃等，都能夠有效提高玻璃幕墻的綠色節能水平。其中隔熱玻璃主要針對太陽光直射當中紫外線和紅外線進行反射，以避免紫外線紅外線對于室內直射。在實際使用中，常見隔熱玻璃材料有鈉鈣硅酸鹽類玻璃和浮法玻璃鍍膜兩種，其中鈉鈣硅酸鹽類玻璃主要通過融合著色劑來實現吸熱，而浮法玻璃則通過采用特質金屬氧化鍍膜的方式來實現隔熱，兩種玻璃都可以用作節能材料應用于玻璃幕墻的施工之中。低輻射玻璃俗稱low-e玻璃，主要采用高溫熱解沉積來實現玻璃表面多層金屬涂層，利用角膜來完成對于可見光的投射，在保證較高的透光性的同時，擁有十分理想的隔熱性。真空玻璃主要采用中空設置方式，將兩塊玻璃平行布置，通過四周密封和中央抽空，來實現內里的真空壓強。這類玻璃無法實現導熱，具有較為理想的保溫效果。除了以上幾種節能玻璃材料之外，建筑施工中還可以采用符合玻璃、雙層玻璃等材料，應用于玻璃幕墻施工。

5.4太陽光變向照明

太陽光變向照明施工技術主要通過增設光線反射裝置改編玻璃幕墻接收太陽光線的入射角度和方向，使原本直射于室內的太陽光線通過反射將其反射到天花板上，再通過二次反射的方式，將光線折射之工作生活區域。這種施工設置方式能夠避免形成“光柱”，而實現柔和布光，避免生活工作人們在太陽光直射中產生視覺眩光問題。這種模式有助于改變優化室內光照環境，降低室內照明成本。

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作者簡介：

孟強（1985.03—），男，山東濟寧市泗水縣，中級工程師，本科，研究方向：建筑學。