谈建筑设计中智能玻璃立面的节能作用

刘悦　刘欣然

【摘 要】随着社会经济的飞速发展，科学技术也随着进步。越来越多的高新科技广泛融入社会的方方面面，建筑业当然也不例外。如今智能玻璃的诞生，正是科技带给人们的福音。本文的观点建立在《智能玻璃立面》以及《玻璃建筑》这两本专业性极强的参考书的基础上，从节能玻璃立面本身出发，来探讨建筑设计中智能玻璃立面的节能作用，以供同行们参考。

【关键词】智能玻璃；立面；节能；建筑设计

一般来说，智能玻璃立面并不是字面上的玻璃这么单一的意思，它是一个系统，是由玻璃以及辅助的构建共同组成的立面系统。智能玻璃中的“智能”，指的是能够更加灵活的运用热工方面的性能。比如在冬天的时候，能够充分利用太阳能进行室内保暖，在夏天的时候能够自动调节自身性能遮挡阳光，降低室内温度，并且能尽可能避免对室内造成光污染。智能玻璃同时能够保持良好的清洁性，不易染上灰尘，并且能够与暖通系统很好结合起来。只能玻璃之所以能够有这么多普通玻璃望尘莫及的有点，原因主要有三：首先是智能玻璃内部的成分已经发生了改变；其次是装置了辅助性的工具进行协助；最后是在智能玻璃内部融入感温和感光的材料，这样就能根绝实际情况进行自动调节，达到智能化。

1.节能玻璃立面

玻璃的热共性大致可以分为两种。一种是通过太阳辐射来观察其透射性能，另外一种是通过比较室内外的温差来观察玻璃的绝热性能。

“吸热玻璃”就如同给玻璃本身穿上一层“植物外衣”，将室外太阳的辐射吸收从而有效降低室内温度。而这层“植物外衣”则是在玻璃中添加金属氧化物，这样则能够改变玻璃的颜色，从而达到有效吸收太阳辐射的目的。因此通过添加相应的成分改变玻璃的颜色，则能够提高其对太阳辐射的吸收系数。有研究显示，八毫米的茶色玻璃对辐射的总透率不足一半。再比如如今在市面上出现的“低辐射玻璃”的镀膜，则能够对不同波长的辐射进行选择性的透射。这种玻璃能够对光波较长的辐射进行透射，但是对其它一些波度的辐射具有很强的反射能力。这种具有选择性的玻璃，不会完全阻挡人体需要的辐射，同时能够将对人体伤害较大的辐射阻挡在外，是实实在在的“智能玻璃”。

单层玻璃的传热系数极大会导致室内外热交换量较大。由两层玻璃组成的中空玻璃有极好的隔热效果，相对于单层玻璃至少可以减少失热。其绝热能力相当于100MM 厚混凝土墙。 如何选择不同品种的玻璃组合成中空玻璃的内外层，直接影响到节能的最终效果。吸热玻璃在夏季吸热后会因自身温度升高而成为一个热辐射源，所以不宜用作内层玻璃。将热反射玻璃用在中空玻璃的内层，不但会影响反射太阳辐射热，而且会减弱玻璃立面的镜面效果。除彩釉镀膜外的其他镀膜一般强度较低，不宜直接露在外面。目前被我国工程界誉为“绝热玻璃”的，是用低辐射玻璃与其他节能玻璃组合而成的中空玻璃 。例如，外层为6MM绿色吸热玻璃、内层为6MM低辐射玻璃、空腔厚度12MM的组合，其太阳辐射热的透射率只有35% ，可见光透射率仍可达到70% 以上。而且由于内层镀膜的反射作用，冬季室内向室外的辐射散热量也大量减少， 绝热性能相当于240MM厚空心粘土砖墙。若采用三层低辐射玻璃， 其绝热性能甚至可达到500MM厚空心粘土砖墙的程度。

建筑师赫尔穆特？里希特在维也纳设计的一所学校建筑，其外围护结构大量使用玻璃， 不但一反以往学校建筑的外观特色， 使建筑呈现开敞透明的效果， 而且最大限度地利用了自然光， 降低了照明能耗。该建筑所采用的一种中空玻璃， 外层是8MM厚的绿色低辐射安全玻璃， 空腔厚度12MM ，内层是表面为密度30%白色斑点（起遮阳作用）的16MM厚安全玻璃，太阳辐射热的透射率为21% ，绝热能力相当于370MM实心砖墙。尤其值得一提的是，一般中空玻璃的窗框或金属连接杆件的绝热能力较差，极易形成热桥，而为这一建筑特别开发并取得专利的“双层玻璃结构绝热系统”，所采用的金属连接杆件只与内侧玻璃连在一起，外侧玻璃通过绝热能力较强的垫块与内侧玻璃粘连，大大地降低了热桥影响，在中空玻璃的空腔内采用透明绝热材料或遮阳填充物，虽然也可改善玻璃立面的热工性能，但成本过于昂贵，技术还不够成熟。遮阳与中空玻璃组合的例子更多的是室内、外遮阳装置。室内遮阳装置易于清洁、维修、安装和调节，其材料的强度要求不高，宜选用热吸收系数低、反射系数高的材料，由于附着在遮阳材料上的太阳辐射热仍然会散失在室内，所以室内遮阳的隔热效果较差。室外遮阳装置可把附着在遮阳装置上的热量留在室外，但由于风霜雨雪的影响， 室外遮阳装置不但需要非常坚固，而且需要加大清洁和维修投入。

2.多重表皮立面

多重表皮立面是在室外可调节百叶或幕帘的外侧，再加一层起保护作用的玻璃，可使遮阳免受风霜雨雪的影响。如果把玻璃、遮阳与建筑的空调、通风和智能控制等技术系统结合在一起，就构成了从狭义角度讲的智能玻璃立面。它在满足室内舒适的基础上，根据室外气候变化和室内的需要， 控制外围护结构的自然采光、 太阳辐射得热、绝热、通风换气和散热等，充分利用太阳能和风能等自然资源，把建筑的空调和照明能耗降到最低。

多重表皮立面的雏形是机械通风表皮立面。其工作原理是，室内废气被空腔内的低气压从室内底部的开口吸入，因受到遮阳装置散失的热量而温度升高，之后被位于空腔上方或下方的机械通风装置抽除。这种玻璃立面可以大大地降低冬季在窗附近的冷辐射影响，还可以在夏季通过在顶棚灯具附近开口抽除灯具附近的热空气，有的甚至可以在冬季通过热交换装置回收热废气中的热量。罗杰斯设计的劳埃德保险公司总部就应用了这一技术！

近几年在部分发达国家建成的许多办公建筑应用了多重表皮立面技术，已发展到可以有组织地透过外侧保护玻璃从室外吸入新鲜空气进入空调系统，实现室内的新风供应 （有的在冬季可以先在空腔内经太阳辐射预热后再形成空调新风），如克里斯托夫·英根霍芬在总部大楼设计中采用的“鱼嘴”式玻璃立面通风结构。位于德国的盖兹总部建筑采用中庭玻璃顶和大面积的玻璃立面，通过大量利用自然采光有效地节约人工照明能耗。

3.结束语

随着我国社会经济的快速发展，科学技术也随之以惊人的速度进步。当前我国对于智能玻璃，包括吸热玻璃、反射性镀膜玻璃等等的生产技术已经处于一个较为成熟的水平。因此这些玻璃能够进行有效的普及，相信在不久的将来能够广泛出现在建筑生产之中。如今，在建筑中采用智能玻璃立面并不单单是为了体现建筑的科技化，而是根据我国目前的国情以及整个国际大背景而言的。如今全球变暖加剧，各种环境污染包括光污染日趋严重，节能环保是当今一大课题，因此建筑行业需要智能玻璃的存在。但是对现阶段而言，智能玻璃立面的投入还比较大，若大量投入生产则必然会大大增加成本。因此，如果能够将智能玻璃立面进行良好的普及，将是同行们之后将不断深入学习、研究的问题。相信在不久的将来，智能玻璃立面的身影将在各大建筑中随处可见，为我国的健康可持续发展尽一份绵薄之力。