建筑玻璃幕墙的节能技术应用

摘要：随着建筑行业的快速发展，当前对建筑的要求已经不局限在安全性、适用性和耐久性等基本要求的满足，而是向着多样化、节能、环保、美观的方向发展，建筑幕墙的出现大大增加了建筑物的美感，常用的新型建筑幕墙有石材幕墙、金属板幕墙、玻璃幕墙等，其中玻璃幕墙由于美观、良好的通透性和艺术性而在现代建筑中被广泛采用，然而普通玻璃幕墙的热工性能较差，因此受太阳辐射影响白天室内的温度很高，而晚上室内的热量又容易通过玻璃与外界环境发生热交换，从而较快的散失，大大增加了建筑物内部空调的运行成本，因此必须发展更为先进的玻璃幕墙技术，以满足节能要求。

关键词：建筑工程；玻璃幕墙；施工技术

中图分类号： TU198 文献标识码： A

一、玻璃幕墙在现代建筑中的双重性

玻璃幕墙作为建筑结构的重要组成部分见证了从传统到现代建筑结构形式的演变。然而，伴随绿色建筑对建筑节能的要求，玻璃幕墙在建筑中的使用也必然存在一些弊端，夏季的炎热高温使太阳的热辐射穿过玻璃，大幅度提升了室内温度，造成了人们对空调设备的依赖；冬季，单薄的玻璃幕墙也会导致热损失。目前，科学技术的发展逐步解决了玻璃材料的弊端，使玻璃幕墙逐渐成为兼顾功能和审美的绿色建筑材料。

二、玻璃幕墙的性能

玻璃幕墙凭借其质地轻巧、透光度强、美观实用等优势受到现代装饰行业的青睐。但这种材料本身存在一定的不足，比如：在夏季时，采用玻璃幕墙作为围护结构的建筑物室内温度一般会高过其他材质的建筑物。这就增加了空调耗能，对于整体的节能环保目标的实现还不够理想。因此，如何能够兴利除弊的妥善使用玻璃幕墙成为时下建筑行业和装饰行业热议的焦点。

三、建筑玻璃幕墙节能技术现状

目前提高建筑玻璃幕墙节能性能的主要方法是采用节能玻璃，常用的有镀膜玻璃、Low-E玻璃、中空玻璃、热反射玻璃等，通过有效阻挡外界环境的辐射来达到节能的效果，也有采用断桥铝来代替普通铝合金，通过断桥隔热构造方式降低结构传热系数，有效降低室内外空气热传递，除此之外还可通过在玻璃中间层充惰性气体以及玻璃进行双银或者三银镀膜降低传热系数，提高幕墙的节能效果，以上的玻璃幕墙节能技术都是属于被动设防的方式，因此节能效果极为有限。

四、幕墙建筑节能的设计原则

中国是一个地大物博，幅员辽阔的发展中国家，并且自古以来，南北方的季节差异就非常显著，我国北方向来都是春夏秋冬四季分明，而南方因多雨水，空气比较潮湿，所以具有温和、湿润，气候相对比较平衡的特点，因此本文结合各地区的气候特点提出以下列措施，以此来作为幕墙建筑节能的设计原则：

（1）针对不同地区的气候特点，我们应该遵循不同的保温设计原则，例如，冬季的保温设计我们应该应用在气候相对比较寒冷和气候温和地区的幕墙，而夏季的隔热设计主要应用在夏热冬冷和夏热冬暖等地区的幕墙。

（2）我国目前尚没有专门的幕墙热工设计标准或规范，幕墙热工设计依据国家现行的外墙和窗户热工设计的有关标准、规范、建筑节能设计规范和参考国外的有关热工设计规程。

（3）进行幕墙热工设计时，必须对其复杂的传热过程和传热方式进行分析和研究，幕墙的传热过程大致有３种途径：幕墙外表面与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、红外线等产生的长波）辐射换热；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；幕墙和金属框的传热，通过单层玻璃的热流传热，通过金属框传热，通过玻璃的镀膜层减少辐射换热。

（4）幕墙的传热系数由建筑物的外形和所处地区的气候条件、型材的传热系数和玻璃的传热系数等进行综合确定。

五、新型玻璃幕墙节能技术

(一)双层玻璃幕墙

双层玻璃幕墙在国外被称为主动式幕墙，是通过科学的设计达到幕墙主动节能的目的，在我国又被称为呼吸式幕墙、通风式幕墙、热通道幕墙等，简单来说，双层玻璃幕墙就是给建筑物设置两层玻璃幕墙，分别称为内层玻璃幕墙和外层玻璃幕墙，两层幕墙中间形成一个通风换气层，在外层或内层幕墙上设置通风换气口，使得空气得以在两层幕墙中间运动，根据系统的要求对内外层玻璃幕墙的材料进行科学的选择，并同时通过对通风换气口的控制以及通过调节设置在两层幕墙之间的百叶的状态来达到调节内部温度、节能的目的。按照通风换气成的运行方式不同双层玻璃幕墙的节能方式分为封闭式内循环体系通风式和敞开式外循环体系通风式两种。

(1)封闭式内循环体系通风式幕墙节能原理

封闭式内循环体系通风式幕墙是采用外层封闭，而内层与建筑物室内之间设置通风换气口，并使中间通风换气层与室内的换气系统相连通，在室内通风系统开通的情况下，室内的空气就被强制输送到中间通风换气层中，从而使两层玻璃幕墙之间的温度与室温相一致，不断流动的空气阻断了与室外温度的热交换，以此达到室内恒温的节能目的。一般情况下，采用这种封闭式内循环体系通风式幕墙其两层幕墙之间相距100毫米到200毫米之间，外层幕墙采用中空玻璃并同时采用断桥铝框，而内层幕墙要求不高，仅采用单层玻璃即可达到效果。

(2)敞开式外循环体系通风式幕墙节能原理

敞开式外循环体系通风式幕墙结构与上述封闭式内循环体系相反，其外层幕墙是采用单层玻璃和一般铝合金型材组成，并开设通风换气口，其中进气口在外层幕墙一侧的底部，排气口在外层幕墙另一侧的顶端，通风换气层两侧设置进风装置和排风装置，而内层幕墙采用中空玻璃和断桥铝组成，其运行方式是:当外界环境温度比室内温度高时，进风和排风装置开启，中间通风换气层内空气流动，被阳光加热后的空气会逐渐上升，在中间层内顺着流动的空气被强制输送至排气口排放到外界环境中，从而降低内层幕墙外表面的温度，起到很好的隔热效果；而在室外温度低于室内温度时，通风装置关闭，两层幕墙之间的空气处于相对的静止状态，在阳光透过外层玻璃时会由于辐射作用加热中间层的空气，这个空气缓冲层的存在可有效降低两层幕墙之间的温差，从而最大程度地维持室内的温度，减少空调和采暖设备的使用量，达到节能的效果。

(二)真空玻璃幕墙节能技术

真空玻璃幕墙是近年来发展起来的节能型玻璃幕墙，真空玻璃幕墙节能技术的核心在于使用隔热性优良的真空玻璃来替代传统玻璃作为玻璃幕墙施工的材料，其中真空玻璃与中空玻璃有很多相似之处，如二者都是将两块平板玻璃相互叠加，并使两块玻璃中间形成一个封闭的腔体而成，但中空玻璃两层之间是空气层，并且两块玻璃均为普通玻璃，而真空玻璃是通过将腔体中的空气抽走使之形成一个真空的环境，其中两块玻璃中至少要有一块使用Low-E玻璃(即低辐射玻璃)，由于两层玻璃之间无传热介质存在，而使其具有比中空玻璃更好的隔热性能，同时由于使用了低辐射玻璃使其具有较好的抗热辐射性能。在实际工程中，将这样经过特殊组合处理过的真空玻璃作为玻璃幕墙的主体结构，可通过Low-E玻璃的低辐射性有效降低玻璃的辐射传热，同时由于真空层内无任何传热介质，可有效降低玻璃的对流传热和传导传热，综合以上两点可使玻璃幕墙达到隔热和抗太阳光辐射的目的。真空玻璃幕墙相对于传统节能型玻璃幕墙来说其隔热和抗太阳光辐射效果更好，而相对于双层玻璃幕墙来说由于不需要任何通风设施，因此运行成本更低，更便于施工。

六、幕墙新节能技术在工程中的应用探讨

太阳能是当今社会一个随处可见的重要能源，它不但给人们的生活带来了更多的便利，而且也促进了我国社会的不断进步，地球上每平方米的土地上每年可以获得的太阳光能平均为1000kW，那么我们如何将这种太阳能充分的利用起来并无任何污染的转换为我们可以利用的能源呢？我们前面所提到的双层幕墙正是合理利用太阳能的一种重要尝试，而目前幕墙领域成功利用太阳能的技术主要包括太阳光变向照明技术和光电幕墙技术。

(一)太阳光变向照明技术

太阳光变相照明技术它在一定程度上取代了传统的遮阳机构，它的照明原理主要是利用幕墙上的光线反射装置把室外的日光反射到室内的天花板上，再由天花板反射到工作或者生活区域，从而为人们提供正常的照明。这样的光照条件要远远优于传统的光柱式的太阳光。首先，它的太阳光要显得更为柔和、均匀；其次，这样形成的光照条件消除了由直接入射的强烈阳光在电脑或者电视屏幕上所造成的眩光；最后，它有效改善了日光在房间或者建筑物的分布区域，甚至说它可以深入到各个边角区域，以此来减少照明费用。

(二)光电幕墙

光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一身的新型建筑幕墙，这种幕墙集合了太阳能光电技术与幕墙技术，是一种新型的功能性建筑幕墙。它利用太阳能发电技术，把以前被当作有害因素而屏蔽掉的太阳光，转化为能被人们利用的电能。光电幕墙另外的重大意义还体现在它把太阳能发电技术集成到建筑幕墙产品中，不占用专门的土地，而且太阳能光电板也可以替代传统的玻璃等幕墙面板材料，无需重复投资。

结语

总而言之，社会在进步，科技在发展，这就告诉我们，未来就会有更多的节能技术应用到建筑工程中去，只有更多的节能新技术不断的出现和发展，才能将建筑业这个高耗能逐渐的降低，节约资源，保护环境，从而不断促进自身的发展。

参考文献

[1]李雪平.建筑玻璃幕墙的节能设计研究[D].西安建筑科技大学，2006.

[2]上官安星.玻璃节能技术在建筑设计中的研究及应用[D].天津大学，2009.

[3]寇玉德.建筑幕墙热工性能与评价方法的研究[D].上海交通大学，2010.