綠色節能技術在公共建筑玻璃幕墻設計中的應用研究＊

李孟冰，蔡雪菲

（廣州華商職業學院智能工程學院，廣東 廣州 511300）

習近平總書記在全國生態環境保護大會上強調指出：“走綠色低碳循環發展之路是適應人民群眾對綠水青山期盼的必然要求，更是實現可持續發展的必然選擇?！爆F代城市的迅速發展，使當今人類面臨著巨大的環境污染和能源消耗。建筑作為目前最主要的環境污染和消耗能源行業，其可持續發展的研究逐漸增多，綠色建筑成為建筑業可持續發展的必經之路。

隨著城市建筑的不斷發展與變化，玻璃幕墻作為公共建筑一種外墻維護結構，其以獨特的通透性及美觀性越來越受建筑行業的青睞，得到十分廣泛的應用。隨著科技的進步，玻璃幕墻的種類與技術也在不斷改進更新，因此，如何提高玻璃幕墻的環保節能作用，解決玻璃幕墻采暖與制冷能耗較高的現象，已成為建筑工程玻璃幕墻設計與施工亟待解決的實際問題。

1 玻璃幕墻節能概述

1.1 玻璃幕墻的節能標準

根據國家建筑節能的設計標準，其透明玻璃幕墻的熱工性能要求與窗相同。傳熱系數K值與遮陽系數Sc值應根據其在外墻上所占的面積比例確定，以夏熱冬暖地區（如廣州）為例，其關系如表1所示。

表1 夏熱冬暖地區單一朝向的透明玻璃幕墻傳熱系數和遮陽系數

從表1中可得，透明玻璃所占的面積與其傳熱、遮陽系數成反比。但標準規定，透明玻璃的面積不得大于所在外墻面積的70%。在公共建筑中，一般采用玻璃幕墻的單一立面，其窗墻面積比大于或等于0.4，從表1可以得出，其透光幕墻的傳熱系數一般小于3.0。

1.2 節能玻璃幕墻的材料選擇

面板材料是玻璃的建筑幕墻稱為玻璃幕墻。根據玻璃幕墻的定義，玻璃幕墻中的玻璃幾乎占據了立面的全部面積，墻體參與熱交換的面積較大，因此，玻璃材料的選擇是幕墻節能的關鍵。近年來，隨著國家對綠色節能技術的重視，公共建筑中出現了各種與節能相關的玻璃幕墻材料[1]。

1.2.1 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。在建筑玻璃幕墻中，熱反射鍍膜玻璃能夠在一定程度上降低玻璃遮陽系數，控制太陽熱輻射，以達到節能的效果。尤其是在夏季光照強的地區，使用熱反射鍍膜玻璃能夠更有效地減少室內的太陽熱輻射，隔熱效果非常明顯，而且能夠減少整體用電量，從而達到節能減排的作用。但其在無陽光的情況下，隔熱效果一般，因此熱反射鍍膜玻璃不適用于寒冷地區。

1.2.2 LOW-E玻璃

LOW-E玻璃又稱低輻射玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產品。與普通玻璃相比，LOW-E玻璃具有優異的熱性能和良好的光學性能，使其在發達國家得到非常廣泛的應用，目前在中國市面上也得到大力開發及推廣。LOW-E鍍膜中空玻璃屬于一種較好的節能采光材料，它能夠降低玻璃太陽得熱系數，并具有較高的太陽能透射，達到非常低的“U”值，使其有效提升節能性。并且，由于鍍膜的效果，LOW-E玻璃反射的熱量回到室內，使得窗玻璃附近的溫度較高，人在窗玻璃附近也不會感到太大的不適。而應用LOW-E窗玻璃的建筑其室內溫度相對較高，因此在冬季可以保持相對高的室內溫度，而不結霜，這樣在室內的人也會倍感舒適。LOW-E玻璃可以阻擋少量的紫外線透射，對防止室內的物品褪色略有幫助。整體來說，以節能角度出發，LOW-E玻璃的功能基本能夠覆蓋熱反射鍍膜玻璃，其應用更為廣泛。

1.2.3 中空玻璃

中空玻璃是一種具有良好的隔音隔熱性能，并能夠在一定程度上降低建筑物自重，且有一定美觀性的新適用型材料。它是用2片（或3片）玻璃，使用高強度、高氣密性復合粘結劑，將玻璃片與內含干燥劑的鋁合金框架粘結，制成的高效能隔音隔熱玻璃。與普通雙層玻璃相比，中空玻璃內部的氣體是干燥的，使中空玻璃各方面的性能更加優越，除了能夠隔音隔熱，還具有防結露、降低冷輻射、防目眩及增強玻璃的安全性等多方面功能，因此，中空玻璃的使用也較為廣泛。

健康意識、信任度、信息來源三個變量，都是采用李克特五級量表進行測算，分值越高表示越信任。其中信任度變量還包括政府能力信任、專家信任、企業品牌信任三個二級類目。信息來源變量包括專業醫務工作者、專家學者、親朋好友、媒體廣告、企業品牌五個二級類目。

1.2.4 真空玻璃

真空玻璃是一種新型玻璃深加工產品，結構與中空玻璃相似，但真空玻璃空腔內的氣體非常稀薄，幾乎接近真空，且真空玻璃的2片一般至少有1片是低輻射玻璃，這樣就將通過真空玻璃的傳導、對流和輻射方式將散失的熱量降到最低。與中空玻璃相比，真空玻璃性能相對更加優異。真空玻璃具有超凡的隔熱保溫性能，使其在夏季冷氣不易外流、冬季暖氣不易外逸，能夠減少供暖和空調使用的費用，節約能源。另外，真空玻璃比中空玻璃要薄，可節省安裝空間和窗框材料。但真空玻璃的價格相對中空玻璃要貴，因此，可根據需求進行選擇。

2 節能玻璃幕墻的設計原則

建筑玻璃幕墻要達到節能，需考慮其采光和遮陽性、氣密性能、通風換氣等。因此，其節能設計應符合科學性、適應性和經濟性原則，需綜合多方面因素進行，具體包括：①在設計玻璃幕墻時，應充分考慮其選材、選型、構造等諸多因素，根據窗墻面積比、玻璃的傳熱系數、型材傳熱系數等綜合考慮后確定。②中國環境差異較大，不同氣候和地區，其節能玻璃幕墻的設計原則不同。在嚴寒、寒冷或溫和地區，為提高玻璃幕墻的節能性，要注重冬季的保溫設計；在夏熱冬冷或夏熱冬暖地區，為提高玻璃幕墻的節能性，要注重夏季的隔熱設計。③目前，中國還尚未出臺專門的幕墻熱工設計標準或規范，幕墻熱工設計應依據國家現行的GB 50176—93《民用建筑熱工設計規范》、JGJ 26—95《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》和JGJ 134—2001《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》等來進行設計[2]。

3 公共建筑玻璃幕墻綠色節能技術的應用

3.1 應用現狀

近年中國經濟增長快速，國家大力推動綠色發展，人們的環保意識越來越強，玻璃幕墻采用綠色節能玻璃幕墻技術的建筑逐漸增多。在中國《公共建筑節能設計標準》中明確規定，國家公共建筑必須要依照國家節能標準進行設計，該標準有利于引導和規范中國公共建筑的節能系統設計，其中明確規定中國公共建筑玻璃幕墻應采用有節能功能的玻璃。緊跟國家政策，目前在國內公共建筑玻璃幕墻中出現了一批使用節能技術的項目，其節能技術的使用也越來越成熟。

3.1.1 玻璃幕墻的氣密性能、遮陽性能

在設計玻璃幕墻時，通過設置完善的遮陽系統、改進玻璃幕墻的氣密性能，可以在一定程度增加建筑玻璃幕墻的節能性。

首先，嚴格控制玻璃幕墻的氣密性等級，根據玻璃幕墻的墻面面積，做好氣密性能檢測。為進一步提高玻璃幕墻的氣密性能，應做好玻璃幕墻的面板間隙密封措施，在選擇密封條上嚴控把關，盡量選用彈性好、耐久的密封條或密封膠密封[3]。目前，在建筑玻璃幕墻工程項目中使用較多的密封膠條有橡膠密封膠條、硅酮耐候膠等，在實際選取時應綜合考慮后進行選取。

另外，設置完善的玻璃幕墻遮陽系統，不僅能增加玻璃幕墻的裝飾性效果，更能在一定程度上降低太陽光輻射對室內溫度的影響。在建筑玻璃幕墻工程項目中，遮陽系統可有多種形式，包括固定或活動遮陽、外或內遮陽、中間遮陽等，在實際選取時應綜合考慮形式和系數規定后進行選取。

雙層幕墻又稱熱通道幕墻、節能幕墻等。由內外兩層立面構造組成，形成一個室內外之間的空氣緩沖層。外層可由明框、隱框或點支式幕墻構成；內層可由明框、隱框幕墻或具有開啟扇和檢修通道的門窗組成，也可以在一個獨立支承結構的兩側設置玻璃面層，形成空間距離較小的雙層立面構造。

雙層玻璃幕墻技術能夠在保障采光合理的基礎上，利用節能技術達到節能目的。雙層玻璃幕墻能夠使建筑外層較快適應自然的天氣變化，從而在一定程度提高幕墻的保溫隔熱性能；提高室內的隔聲性能，達到隔聲降噪的作用；中間層能夠建立空氣流通性，使其更好地通風換氣，提高人們生活的舒適度。

3.1.3 光電技術

光電幕墻是現代玻璃幕墻的一種新技術、生態建材，也是未來幕墻行業的新發展、新趨勢。光電玻璃幕墻是將太陽能轉換硅片密封或鑲嵌于兩片玻璃之間，充分利用太陽能，將太陽能轉換為電能，可以稱為太陽能光電幕墻BIPV。這種技術即建筑一體化光伏，與建筑物同時設計、同時施工和安裝，也稱為“構建型”和“建材型”建筑光伏。

在公共建筑中，BIPV是實現“低能耗”、“零能耗”、綠建目標的有效途徑。雖在中國起步較晚，但在國際上早已盛行，中國開展的“光明工程”將掀起中國的節能環保生態建材的開發應用熱潮，大大促進了光伏建材產品的發展及推廣應用[4]。

3.2 針對存在問題的應用對策

當今，中國已出臺玻璃幕墻相關的節能規范、標準，幕墻行業也十分注重節能性設計，并已有一定的節能型玻璃幕墻新技術。但從公共建筑中大部分已落地的大型玻璃幕墻建筑來看，在構造中采用節能技術的項目并不多，未來大面積的玻璃幕墻將引發一系列問題，并對環境造成一定的影響。因此，中國節能玻璃幕墻仍存在諸多問題。

3.2.1 設計與施工同步

玻璃幕墻節能技術的應用需要各專業領域相互配合，但在中國大部分建筑幕墻項目中，設計與施工沒有很好的聯系，設計師完成前期的設計，沒有充分考慮在施工過程中出現的實際問題，導致最后不能達到預期的效果。因此，在設計時要明確各項指標，幕墻公司應與建筑設計施工單位一起跟進、完成整個設計、施工工作。

3.2.2 實時合理設計

中國地域性特征比較顯著——北方冬天較冷，對幕墻保溫性要求較高，需要做特別的保溫設計；南方冬天較暖，夏天氣溫較高，對幕墻的隔熱性要求會較高，需要做特別的隔熱設計。為降低玻璃幕墻的能耗，除了所處環境的地域特征，前期設計還應對當地幕墻立面的太陽光照射情況等進行調研，并對其光反射情況進行分析與計算，根據實際需求進行實時綠色節能設計，設計出最合理的結構。

3.2.3 節能選材

在選用材料時，如使用不當，容易導致光污染問題，因此應綜合考慮材料的熱傳導性能，盡量選取隔熱性能好、熱反射玻璃等最適合的材料。

3.2.4 遮陽節能

玻璃幕墻表面熱透射率較高，對室內環境的溫度影響較大，尤其是在夏季，如果沒有遮陽處理，室內溫度會較高，從而增大空調壓力。因此，在玻璃幕墻上應設置遮陽系統，尤其是在南方地區，夏季較熱，遮陽能夠減少陽光直射，從而達到較好的節能效果[5]。

另外，替代傳統遮陽節能的新技術是利用取之不盡、用之不竭的太陽能，將太陽能轉化為可用能源是當前乃至未來建筑領域研究的趨勢。太陽光可以通過幕墻進行反射，將太陽能轉化為照明，有效降低室內溫度，達到低能耗，并降低照明成本。但從經濟的角度出發，太陽能陰天轉換率不高，且費用相對較昂貴，還需要深入研究，使其達到更高的利用率。

4 結語

中國屬于能源消耗大國，每年有數百萬平方米的幕墻投入使用，并以每年10%的速度繼續增長。為積極響應國家節能政策與要求，建筑行業在玻璃幕墻設計中越來越注重節能環保的設計。材質的選取對節能玻璃幕墻有重要的影響，目前，低輻射LOW-E玻璃材質是使用較多的節能玻璃幕墻材質；降低能耗是節能玻璃幕墻研究的目標，充分利用取之不盡的太陽能是最理想的節能方式，雖然太陽能光電幕墻存在一定問題，但仍是節能幕墻未來的發展趨勢。面對全球人類的資源短缺，國家非常重視綠色節能，并已出臺各項節能政策。相信在未來，玻璃幕墻設計在能夠滿足建筑功能、建筑美觀的基礎上，更注重建筑節能方面的設計，從而進一步促進建筑業的可持續發展。