綠色節能技術在大型公共建筑玻璃幕墻設計中的應用策略

莫磊

艾斯瑪（北京）工程咨詢有限公司 北京 102400

1 新型構造技術在大型公共建筑玻璃幕墻設計中的應用

1.1 雙層玻璃幕墻系統

最早大量出現以玻璃和鋼鐵材料為主的建筑物是在工業革命時期，也是雙層玻璃幕墻技術快速發展的時期。當前的雙層玻璃幕墻主要是由內外兩層玻璃幕墻組成，其中的外層幕墻一般使用的是隱框、明框或者點式，而內層則明框和路合金門窗比較常見。內外層幕墻之間能夠形成比較封閉的空間，形成熱量緩沖層，最終達到調節室內溫度的效果[1]。

雙層玻璃幕墻可以根據其通風成結構的差異，分為封閉式內循環體系以及敞開式外循環體系兩種，其實際構造方式如圖1所示。

圖1 兩種體系的通風式幕墻

敞開式外循環雙層玻璃幕墻，就是常見的呼吸式雙層玻璃幕墻，幕墻的外層由單層玻璃和非斷熱型材組成，而成則是隔熱明框或者單元幕墻[2]。兩層幕墻之間的通風層兩端都會安裝進風和排風裝置，工作人員根據需要選擇是否在熱通道當中設置鋁合金百葉窗即可。需要注意的是，在此種玻璃幕墻當中，內外兩層幕墻之間的熱通道距離一般在50～60cm之間。到了冬季，只需要將通風層的進排風口關閉，就能夠提高內層玻璃的溫度。同樣的，夏季可以通過打開換氣層封口的方式，利用“煙囪效應”的原理，將通風層當中的熱量帶走。

1.2 玻璃幕墻遮陽系統

在當前城市當中，鋼材和玻璃幾乎成了現代化建筑的代表，玻璃建筑能夠充分地體現出室內外實現之間的交流，同時促使內外空間融為一體。但在使用玻璃幕墻設計的過程中，工作人員需要重點注意遮陽方面的問題盡可能避免建筑當中產生明顯的溫室效應。建筑設計要去，當建筑室內氣溫＞29℃，同時太陽輻射強度＞240千卡/m，陽光照射室內的深度在0.5m以上，就要采取合理的遮陽措施[3]。

眾所周知，玻璃幕墻一般是金屬結構和玻璃構成的，但玻璃表面有較強換熱性，且對熱量的透射率很高，因此會對建筑室內的溫度條件產生十分明顯的影響。在這樣的前提條件下，這樣系統設置的重要性可見一斑，尤其是其對太陽輻射的遮擋效果十分明顯，通常遮陽系統的工作效果會受到所使用材料本身的特點以及環境影響。建筑遮陽系數越小，則能夠透過外圍護結構的太陽輻射熱量越小，放熱效果也會有所提升[4]。

在建筑室外溫度升高時，遮陽系統可以避免室內溫度也產生明顯升高。如：某西向房間在關閉窗戶的狀態下，有遮陽和沒有這樣的室溫差值能夠達到2℃，平均差值也能達到1.4℃。

針對周邊環境分析，遮擋系統能夠對玻璃幕墻產生的反射光有分散的效果，具有避免大面積光污染的效果。但需要注意的是，遮陽系統的遮光效果比較明顯，使用時設計師有必要重點考慮室內采光的問題。

以北京公館的幕墻系統為例，該建筑幕墻使用的就是雙層玻璃幕墻，通風間層可以上人，兩層幕墻當中也設置了遮陽系統。在夏季氣溫提升時，建筑可以利用通風間層的煙囪效應，將較冷的空氣補入室內，再將熱空氣排出，最終實現良性空氣循環。冬季工作人員只需要將進風和出風口關閉，就能利用通風層之間的溫室作用，保障整個建筑室內的溫度。

再如，維多利亞保險公司總部大樓使用的也是雙層玻璃幕墻，整個外層幕墻是1700×2900mm，使用的是厚度為10mm的單層鋼化玻璃，內側的幕墻則是可以斜開和平開的大小大約是800×2300mm的窗，設計人員在建筑的兩層幕墻之間設置了30cm的通風間層。此種設計與空調系統結合使用，全年僅有30%左右的時間需要使用空調調節建筑內部溫度，有效避免了能源浪費的情況。

2 新型材料在大型公共建筑玻璃幕墻設計中的應用

2.1 新型玻璃材料

目前在大型公共建筑玻璃幕墻設計當中投入使用的玻璃類型很多，中空玻璃的標準間隙也有眾多選項，就6mm、9mm、12mm、16mm、20mm等，國內最常用的間隙為6mm和9mm兩種，目前我國常見的窗用玻璃保溫隔熱性能如表1所示。

表1 窗用玻璃的保溫隔熱性能

2.2 斷熱型材

斷熱鋁型材主要分為兩類，其中一種是注膠發泡式，另一種是穿條式。發泡式隔熱鋁型材主要工作原理就是利用隔熱條，將內外層的鋁型材連接到一起，在形成的隔熱腔當中填充聚氨酯泡沫，最終達到保溫和節能的工作效果。且此種材料應用十分廣泛，能夠占據我國相關市場的86%。

2.3 密封材料

市場上常見的玻璃密封材料分為玻璃密封膠和密封條兩種，在大型公共建筑當中，使用比較廣泛的是中空玻璃密封膠。由于密封膠在大部分時間下是直接暴露在自然環境當中的，因此在選擇材料時工作人員主要注意其對紫外線、高溫和低溫等自然環境變化的抵抗能力，原則就是盡可能延長其使用壽命。

3 智能控制技術在大型公共建筑玻璃幕墻設計中的應用

3.1 智能玻璃幕墻系統組成與設計原則

設計原則主要有以下幾條，首先是利用太陽輻射產生的熱量，節約建筑在冬季取暖時需要消耗的能源，其次是最大限度地在自然采光的輔助下降低人工照明的需要消耗的能源，最后是保障建筑工程中的自然通風以及排風系統。此外，設計人員還要注意利用建筑的樓板和墻體的溫差等降低夏季建筑內空調供暖需要的能源，為居民打造舒適的室內環境。

3.2 智能玻璃幕墻工作原理

智能玻璃幕墻工作原理可以某建筑為例，該建筑的智能幕墻設計比較精密，同時能夠對建筑各種能源的分配實現精確調節。該建筑地上共有29層，高128m，且整體呈現圓筒形，建筑表面積較小，有效減少能源的消耗。該建筑使用的箱式雙層玻璃幕墻設計，整體使用10mm厚，1970×3461mm的鋼化玻璃，并在兩層玻璃當中充了氬氣，通風間層寬度為500mm，且內部還安裝了能夠旋轉調節的百頁，整體由80mm寬的鋁板制成。特別的是該建筑的進排風口是魚嘴形設計，即便是在無風的天氣，室內也能得到新鮮空氣供應。

3.3 智能化遮陽系統

對于大面積玻璃幕墻的高層玻璃幕墻建筑來講，安裝自動調節設施，能夠在滿足建筑日常使用功能的同時，還能為居民營造出比較優良的生活環境。在遮陽系統的自動控制方面，常見的有三種方式：首先是將建筑所處當地的太陽高度變化規律輸入到自動控制系統當中，再使用控制軟件將不同季節的遮陽板角度設定好。其次是利用感溫探測器以及感光探測器對建筑室外的陽光進行檢測，然后將相關數據傳回電腦當中，通過計算機技術控制遮陽板工作角度。最后是通過建筑本身具備的構建物理性能達到調節角度的效果。例如，某建筑在遮陽板兩端安裝了集熱管，其中一段的集熱管若接觸到的陽光更多，就會產生壓力，最終移動遮陽板，直到兩端的管子接收到的陽光相同[5]。

4 結束語

綜上所述，公共建筑的雙層玻璃幕墻通常選擇的材料都是玻璃、骨架與密封材料結合起來。當下我國常見的新型玻璃材料也很多，例如，低輻射、多功能鍍膜玻璃等。但在大部分情況下使用的都是斷熱型材，原因在于此種材料的結構更合理，同時強度和剛性方面的優勢也很明顯。此外，寒冷地區的冬季時間較長，設計人員可以使用內循環雙層玻璃幕墻，炎熱地區則可以使用外循環雙層玻璃幕墻，若有條件也可以盡量選擇低輻射中空玻璃，不僅綜合性能良好，也不會對周邊環境造成嚴重的光污染。