玻璃幕墙节能问题研究

玻璃幕墙节能问题研究

樊业连

（南京广汇石材装饰工程有限公司江苏南京210000）

摘要：玻璃幕墙作为现代化建筑的主要围护结构之一，其设计首先要满足建筑美学和建筑功能的要求，同时要更多的考虑热工设计，遵从环保与节能的设计原则。务必要兼顾安全性、经济性、适用性、科学性原则，做到对材料节能、构造节能、遮阳节能、智能化节能等各方面的统筹兼顾，合理选择节能型材料，并根据工程设计情况采取针对性的构造方法，同时搭配行之有效的智能化手段，提高保温效果，降低取暖能耗，只有这样，才能实现玻璃幕墙节能效果的最大化，将建筑能耗压缩到最低水平。

关键词：建筑玻璃幕墙；节能技术

一、玻璃幕墙节能问题探讨的重要意义

在社会发展的今天，环保要求节能，节能促进环保，节约能源和保护环境是可持续发展一成不变的要求。二者相辅相成，不可分割。在建筑业中，按照这一理念的思想，新世纪国际建筑的运营逐渐形成并遵循绿色建筑概念其三大原则：开放与交流、舒适与自然、环保与节能这三大原则。绿色建筑顾名思义就是以绿色环保为主，使用绿色材料，绿色能源，在生产使用过程中使地球环境造成影响的数值降到最低。它顺应了可持续发展的理念，做到了统一发展与环境。玻璃幕墙的节能和环保问题显得极为重要。现代建筑的象征之一当属玻璃幕墙，在世界范围内得到了越来越广泛的应用。建筑外围护结构综合考虑占建筑能耗的七成以上。

当今社会，玻璃幕墙以其漂亮的外观、卓越的透光性，作为建筑外围护结构的一种，越来越受到建筑师和业主的喜爱，尤其在大城市和经济发达地区，其使用率越来越高。幕墙所用材料和幕墙结构两个方面提高，这两方面是玻璃幕墙的节能效率较高的两个方面。到2020年北方和沿海经济发达地区和特大城市新建建筑实现节能六成以上的目标。是努力达到我国建筑节能的总体目标标准，这就对玻璃幕墙的节能提出了更高的要求。

二、玻璃幕墙的特点分析

第一，浓厚的艺术气息。

利用其光感强，色彩丰富作为一种现代装饰的方法，以玻璃幕墙能够给建筑带来独有的艺术效果。

第二，降低成本。

一般来说，利用玻璃幕墙具有较低的自重的特点，比如：比普通砖墙将近1/10、是混凝土墙的1/7，这可以大大减少装饰主体结构和基础的造价。

第三，方便施工。

玻璃幕墙不需要太复杂的施工工艺，所用材料单一，就可以满足需求，因此一般具有较短的工期。而且，对于一些构件在维护中都可以进行更换，既方便又快捷。

第四，可以变旧为新。

对于已建工程的旧墙面可以采用玻璃幕墙技术进行改造，提高旧工程的使用年限。

三、玻璃幕墙热传递机理

用玻璃幕墙作为建筑外围护结构，虽然大大减少了高能耗的钢筋、混凝土及砖砌体的使用量，这对于节能环保具有现实意义。但另一方面，门窗及玻璃幕墙的也存在隔热保温性能差的客观情况，玻璃幕墙大面积使用可导致了建筑在夏季时室内过热，空调能耗增加，成为影响室内热环境质量和建筑能耗最主要的因素之一。据研究数据表明，玻璃幕墙的能耗约为普通墙体的3倍、屋面的4倍，其能耗约占建筑总能耗的40％一50％。建筑节能的重点是高层建筑，而门窗及玻璃幕墙节能是建筑节能的重中之重。

玻璃幕墙中的玻璃是维护结构中表面积最大、进行热交换量最活跃的材料．传统玻璃幕墙是采用普通浮法玻璃，其透明的光谱范围是0.3—4um，正好是可见光和近红外线光谱频段。试验数据表明，普通浮法玻璃可透过太阳光能量的80％左右。对于5～50um波段的中远红外线，其吸收率可达83.7％。玻璃吸收远红外线后再以远红外线的形式向室内二次辐射，在冬季，室内环境热量就是通过玻璃先吸收后辐射的形式，将室内的热量传到室外。

玻璃幕墙的传热过程大致有三种途径：

一是玻璃和铝合金、不锈钢或其它金属骨架内外表面的传热；

二是幕墙内表面与室内空气和室内环境间的换热；内表面与室内空气间的对流换热，内表面与室内环境间的辐射换热；

三是玻璃幕墙外表而与室外周围空气和外界环境间的换热；外表面与周围空气间的对流换热，外表面与外界环境间的辐射换热，外表面与空间的各种长波(如电磁波、红外线等产生的长度)辐射换热。

四、高层玻璃幕墙节能技术

玻璃幕墙最主要的三种传热方式：辐射、对流、传导，而节能技术所要到达的目的就是最大程度的控制热交换，提升玻璃幕墙的保温、隔热能力。根据幕墙的结构特性，关注玻璃幕墙材料本身的热工性能，通过改变材料本身的热工性能选择优质材料。其次，要通过采取系统构造做法，控制或减少热交换的发生，从而实现节能目标。最后，可以采取适当的智能化控制手段，实现节能的最大化。

4.1材料节能

材料节能是指在选择玻璃幕墙时，尽可能采用那些具有较强节能效果的材料，主要包括节能玻璃与金属型材两方面内容。

(1)节能玻璃.

目前玻璃幕墙所使用的节能玻璃中主要分为镀膜、吸热、真空、中空、光电玻璃等类型。

镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜，以改变玻璃的光学性能，满足某种特定要求。其节能性是改变玻璃的表面的热反射特性而实现的，由于选择不同的镀膜材料和膜系结构而形成了不同系列的产品，在建筑上的应用主要有两种，即热反射玻璃、低辐射玻璃。

热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜，使产品呈丰富的色彩，对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高吸收率，因此，也称为阳光控制玻璃，主要用于建筑和玻璃幕墙。低辐射玻璃是在玻璃表面镀由多层银、铜或锡等金属或其化合物组成的薄膜系，产品对可见光有较高的透射率，对红外线有很高的反射率，具有良好的隔热性能。

与传统的镀膜玻璃相比，光学性能大为改观。从室外观看，外观更透明、清晰，即保证了建筑物良好的采光，又避免了以往大面积玻璃幕墙、中空玻璃门窗光反射所造成的光污染现象。营造出更为柔和、舒适的光环境。吸热玻璃包括表面镀膜和本体着色两种类型，能够有效吸收太阳辐射。其中，表面镀膜玻璃是在表面喷镀氧化物薄膜，能够将所吸收的太阳能转化为热能，最终通过辐射、对流、导热的方式将其散发出去。真空玻璃的是指两层玻璃组合体，其空腔处于真空状态，保温隔热性能在各类产品中最好，由于空气中的水分不会进入到夹层当中，所以真空玻璃不存在“内结露”的问题。

中空玻璃是在两层平板玻璃间加入惰性气体，随后用密封胶密封。空气的导热系数是玻璃的1／27，且由于其中的情性气体不会发生对流，因此具有较高的节能效果，防结露、保温隔热与隔声性能也非常优异。光电玻璃是近几年投入使用的新型产品，它的特点在于将太阳能光电模块设置在两层玻璃当中，吸收直射的太阳光能，转换成可再利用的电能，并在其它设施的辅助下共同组成太阳能发电系统，减少太阳热能对建筑的影响达到节能目的。相对于其它玻璃品种，光电玻璃的透光性较差，且多被应用于建筑的屋面或南向墙面等日照充足的区域。

(2)节能型材。

玻璃幕墙中最常用到的节能型材是断热铝型材、铝塑复合材料两种。虽然玻璃幕墙的金属框架在结构的外表面积中仅占很少比例，但由于不锈钢、铝合金等材料的导热系数较高，因此热量极易损失。新型断热型材是指将低导热性的隔离物插入金属框料之间形成断热层。断热型材在保证原有型材强度高、刚性好等物理性能外。还具有结构合理、隔声节能性能好、气密性好和抗风性能好等优点，能有效的阻断通过框材而散失的热量。断热铝型材及铝塑型材的热阻值比普通铝型材大，传热系数明显降低。这样，既可以减少夏天的制冷费用，也能节约冬季的取暖费用,从而达到节能的目的。

4.2构造节能

构造节能，就是玻璃幕墙采用系统构造工法，提升保温隔热性能，其中，应用最为广泛的就是双层玻璃幕墙(又称通风式幕墙、可呼吸式幕墙、热通道幕墙)。它由内外两层幕墙组成，在这两层幕墙之间设置着一个通道，在内外层的幕墙上可以设置进出风或遮阳构件，这种独特的设计方法使得双层玻璃幕墙的保温隔热性较以往有了大幅提升。玻璃幕墙构造节能的两种主要类型分别是封闭式内循环和敞开式外循环，前者的进出风口设置在内层玻璃幕墙，使用电机进行强制通风，空气的循环在室内进行，冬季可以通过打开内层幕墙上、下两个通风形成循环对流来对室内空气加热，当需要新鲜空气或室外气温比较适合时，也可打开外层幕墙下面的进风口、关闭内层幕墙下面的风口来对室外空气先加热后再流入室内。夏季，则只打开外层幕墙上风口与内层幕墙下风口，利用夹层空气的热压流动来预防室内过热，同时带走室内的部分余热。

4.3遮阳系统

遮阳系统的设置可以在很大程度上避免日光直接照射，避免室温因此大幅升高，在夏季是非常主要的防热手段。通常遮阳可分为两类：一类是面板自身遮阳，如阳光控制镀膜玻璃、着色玻璃、丝网印刷釉面玻璃等；另一类为遮阳系统。根据遮阳位置，可以分为内遮阳和外遮阳；根据遮阳形式，可以分为水平、垂直、综合式和挡板式遮阳四种形式。格栅、型材遮阳板等材料属于外遮阳；传统的遮阳百叶、窗帘等属于内遮阳，这些材料虽然可以将太阳辐射的一部分反射到室外，但是因其自身也会吸收日光辐射，所以相对于外遮阳而言效果较差。目前，国外开始使用新型的纳米材料窗帘，它不仅能够有效反射紫外线，还可以将所吸收的能量通过无害、低能的形式加以消耗或释放，消暑降温效果显著。另外，也有部分地区将遮阳系统设置在两层玻璃幕墙的通道中，实现了对空间的合理利用。

一般来说，选择什么样的遮阳系统应根据季节的变化、时间的变化和室外天气的情况，通过调节遮阳板的开合角度来控制太阳光进入室内的比例，从而达到最佳的遮阳效果。在进行遮阳系统的设计师应掌握好三个原则：优先选用效率更高、遮阳系数小的遮阳系统；优先选用活动性的、易于控制室内环境的可调节遮阳系统；优先选用耐久性好、强度高、重量轻的遮阳系统。

五、结语

近几十年来，我国建筑行业的技术水平随着经济的发展和城市化进程的加快而大幅提升。目前，玻璃幕墙已经成为建筑师设计时采用的重要表现手法，在发达地区新建酒店、写字楼、综合商业体等外立面采用几乎清一色大面积玻璃幕墙。相对于传统建筑墙体，玻璃幕墙无论在保温性能还是隔热性能方面都存在着先天不足，玻璃幕墙的节能问题，越来越引起人们的重视。

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