探析新型节能环保建筑幕墙应用

杨伟东

（汕头市自来水总公司，广东 汕头 515041）

1 建筑幕墙存在的技术问题和现状

在GB50189-2005公共建筑节能设计标准中，将建筑幕墙划分为透明幕墙和非透明幕墙两种类型。当前，普通的幕墙只是对建筑外装效果发挥一定的作用，光污染、不节能、不环保等缺点都比较突显。但幕墙具有的豪华、挺拔、超群的外观艺术效果是其他外墙、门窗等围护结构所无法比拟的。为顺应国家发展的需求，将幕墙这种良好的围护结构充分地利用起来，改变现有幕墙的性能就显得非常有必要。这样，它才能够与历史发展潮流相互适应，这不仅突出了维护和装饰效果，且它自身的节能环保优势也会得到充分地应用。

2 解决幕墙节能环保问题的主要技术措施

当前，建筑中所使用的幕墙主要有三种：玻璃幕墙、铝板幕墙及石材幕墙。

2.1 玻璃幕墙

2.1.1 从幕墙的选材上着手

（1）在门窗和幕墙中，玻璃是最主要的选择材料，它本身有着热工性能，而这种性能对建筑的能耗起着决定性的作用。因此，科学合理地选择玻璃，够使玻璃幕墙达到最佳的节能效果。采用加贴具有安全、节能等性能的玻璃有机薄膜。这样，可使非安全玻璃的抗冲击强度得以增强，玻璃受外力作用出现破碎的时间就会延长，从而避免玻璃破裂后飞溅，造成人身和财产伤害；采用光热效应优化组合的双层或多层中空玻璃，断热复合型金属框格；也可以选择Low-E玻璃、热反射玻璃、凝胶玻璃等。

（2）采用新型高热阻材料，如铝塑材料、断热桥型材等。

（3）减少开启扇面积、提高密封胶性能、改进节点密封性能等都可以在幕墙构造中发挥作用，从而使空气渗透热损失得以降低；还可以利用百叶、格栅等进行遮阳，从而使太阳辐射产生的热量得以减少。

2.1.2 节能环保玻璃幕墙技术最新技术构思

为了使玻璃幕墙可以达到节能环保的目的，最佳的方法就是从玻璃、结构以及太阳能利用三方面着手改造幕墙。

（1）玻璃：可以通过阳光辐射对玻璃进行控制，使玻璃的光学特性得以改变，从而使太阳能辐射的选择性屏蔽或利用环保节能得到应有的效果；可以改造中空玻璃，将惰性气体充入到中空玻璃中，抽走中空玻璃空腔中的空气，使其成为真空玻璃。这样的做法，可以实现隔热效果；可以运用隔声玻璃，将新型PVB材料夹在玻璃之间；凝胶玻璃：将硅酸盐玻璃填充在中空玻璃中，换言之就是“气凝胶”材料，仅有16mm的颗粒层厚度，有45%的透光率，传热系数U值为1.0，可以与中空玻璃相媲美的透明效果，还可以将进入室内的光线均匀分布。

（2）结构：利用双层幕墙体系，在幕墙外层采用透过率大的单层透明玻璃幕墙，内层则为中空玻璃幕墙。两层幕墙中间有空气通道，在通道上下两端，设置进风和排风设施。通过关闭和打开风道，达到节能环保的目的。

（3）太阳能：在太阳能的基础上，形成光电幕墙。所谓光电幕墙，其实就是一种具有发电、隔音、隔热、安全、装饰功能的幕墙，与太阳能光电技术和幕墙技术全面结合。这是一种新型的功能性幕墙。

2.1.3 玻璃幕墙的发展前景

玻璃幕墙、通风系统、空调系统、环境检测系统、楼宇自动控制系统是智能玻璃幕墙所包含的几种系统。幕墙的几大系统和主体建筑的各个系统相互连接。在幕墙的基础上，对室内的空调、通风、照明、消防等其他系统的运行进行解决，实现节能环保的目的。这种幕墙技术含量较高、投入资金较大，不能得到较广泛地应用。

2.2 铝板、石材幕墙

2.2.1 运用铝板、石材幕墙达到保温节能效果

当前，铝板、石材幕墙保温的重点是通过轻钢龙骨及支持体系间空隙，将保温材料粘贴在主体墙面上。通过这种方法，使保温隔热的效果得以实现。而这种方法也存在着缺陷，它需要一边做幕墙、一边做保温层，施工速度比较慢，并且在幕墙内冷凝水现象比较常见。

2.2.2 铝板幕墙的研究方向

新型节能铝板幕墙是今后发展的重要方向。它是通过单层铝板和保温材料复合形成的，保温材料大都为岩棉、矿物棉以及聚苯乙烯泡沫塑料等。从防火角度上分析，应选择阻燃效果好的岩棉作为保温材料。特殊加工铝单板，使铝单板和保温材料可以很好地融合在一起。将一定厚度的空气层留在保温隔热层和铝板之间，这样，可使建筑物的热桥问题得以缓解，并且减少因为热桥带来的热损失。

2.2.3 石材幕墙研究方向

石材复合板是今后发展的主要方向，这种复合板的特点是有天然石材的装饰效果，并且也有节能、质量轻、施工速度快、安装成本低等优点。这样，就没有传统石材幕墙施工时先做外墙外保温的麻烦，不用进行现场加工，就可以工厂化批量生产。从而可以避免工地上的噪声、粉尘污染等，这是一种新型的环保节能产品。

3 节能环保幕墙指标

3.1 节能环保材料

3.1.1 玻璃

采用6 + 12A + 6 Low-E 中空钢化净白玻璃。

3.1.2 铝型材

利用断热铝型材，实施银白色氧化处理。

3.1.3 铝板

采用防锈铝板，厚度约为3.0mm。

3.1.4 石材

采用光面花岗石，厚度为25mm，不管是在观感上，还是在质量上都有很好的效果。

3.1.5 结构胶和密封胶

采用SSG4400 硅酮结构胶，SCS2003 硅酮耐候胶。

3.1.6 密封垫和密封胶条

用EPDM 胶条作为最佳选择，也就是三元乙丙胶条。

3.2 幕墙玻璃的选用标准

在选择幕墙玻璃的时候要遵循品质优良、节能环保、效果优良的原则。通过传热学原理，可知导热、对流和辐射是热量交换的三种方式。要想解决玻璃幕墙的能耗损失问题，就需从这三种方式实施有效控制。

由于玻璃幕墙由玻璃和金属结构组成，而玻璃表面换热性强、热透射率高，故对室内热条件有极大的影响。夏季，阳光透过玻璃射入室内是造成室内过热的主要原因。特别在南方炎热地区，若人体受到阳光的直接照射，就会感到炎热难受。在玻璃幕墙上设置遮阳系统，可以最大限度的减少阳光的直接照射，从而避免室内过热。这是炎热地区建筑防热的主要措施之一。

设置遮阳后，会有以下作用及效果：

3.2.1 遮阳对太阳辐射的作用

外围护结构的保温隔热性能受许多因素的影响，其中影响最大的指标就是遮阳系数。一般来说，遮阳系数受到材料本身特性和环境的控制。遮阳系数就是透过有遮阳措施的围护结构与没有遮阳措施的围护结构的太阳辐射热量的比值。遮阳系数愈小，透过外围护结构的太阳辐射热量愈小，防热效果愈好。由此可见，遮阳对遮挡太阳辐射热的效果是相当大的，玻璃幕墙建筑设置遮阳措施更是效果明显。

3.2.2 遮阳对采光的作用

从天然采光的角度来看，遮阳措施会阻挡直射阳光、防止眩光，使室内照度分布比较均匀，有助于视觉的正常工作。对周围环境来说，遮阳可分散玻璃幕墙的玻璃（尤其是镀膜玻璃）的反射光，避免了大面积玻璃的反光造成光污染。但是，由于遮阳措施有挡光作用，从而会降低室内照度，在阴雨天更为不利。因此，在遮阳系统设计时要有充分的考虑，尽量满足室内天然采光的要求。侧面采光有可能导致房间内的亮度过高，有时会引起眩光。选择何种形式的玻璃需要兼顾采光和节能两个方面的要求。采用遮阳篷可以兼顾能效和采光。

3.2.3 遮阳对室内温度的作用

遮阳对防止室内温度上升有明显作用。夏热地区试验观测表明，在闭窗的情况下，有无遮阳，室温差值较大。而且有遮阳时，房间温度波幅值较小，室温出现最大值的时间延迟，室内温度场均匀。因此，遮阳对空调房间可减少冷负荷，所以对空调建筑来说，遮阳更是节约电能的主要措施之一。

3.2.4 遮阳对房间通风的影响

遮阳设施对房间通风有一定的阻挡作用，在开启窗通风的情况下，室内的风速会减弱 22%～47%，具体视遮阳设施的构造情况而定；对玻璃表面上升的热空气有阻挡作用，不利散热，在遮阳构造的设计时应加以注意。

3.2.5 遮阳对建筑外观的作用

一般人认为玻璃幕墙设计只能平板化，无法设计外遮阳等遮阳设施，但是国外的许多案例可以发现金属幕墙能以轻巧的金属板设计成优美的遮阳形式并成为建筑造型有趣的一部分。遮阳系统在玻璃幕墙外观的玻璃墙体上形成光影效果，体现出现代建筑艺术美学效果。因此，国外已经把外遮阳系统作为一种活跃的立面元素加以利用，甚至称之为双层立面形式。一层是建筑物本身的立面，另一层则是动态的遮阳状态的立面形式。这种具有“动感”的建筑物形象不是因为建筑立面的时尚需要，而是运用现代技术解决人类对建筑节能和享受自然需求而产生的一种新的现代建筑形态。

3.3 铝板幕墙用保温材料

就铝板幕墙而言，其面板铝板本身就是一个热的良导体，如何处理好铝板幕墙的保温隔热是一个技术难题。目前一般的作法有如下两种：

3.3.1 采用单层铝板后衬保温棉

单纯的来说，单层铝板后衬保温棉的保温效果不是很佳，但多数情况下，铝板幕墙后部一般为实体墙。这样，只要处理好铝板幕墙周边的封口位置，整个幕墙与墙体之间就形成了一个大的空气层，有点类似于中空玻璃的空气层，铝板后衬保温棉类似于中空玻璃外片的镀膜玻璃。这样能起到较好的保温效果，在工程实践中为最常见的一种保温做法。

3.3.2 采用聚苯板代替

聚苯板是利用聚苯乙烯材料挤出发泡工艺制造出的一种先进的硬质塑料板材，通常简称XPS。聚苯板不仅具有极低的导热系数（不大于0.028W/m·K）、轻质高强等优点，更具有优越的抗湿性能。XPS的主要特征表现在：

（1）在长期的高湿度或浸水环境中，仍然保持其优良的保温性能。

（2）XPS在历经浸水、冰冻及解冻过程后，仍能保持结构的完整和很高的强度比。

3.4 幕墙节点构造的优化设计和施工

（1）主龙骨和副龙骨之间设置柔性垫片，预留1～2mm的空隙在主龙骨两端和副龙骨之间，并且将胶注入到空气中。这样，可以使幕墙噪声有效地降低，同时也发挥出断热作用。

（2）将保温材料填塞在玻璃幕墙和周边构件、实体墙洞口的边界、楼板或隔墙外沿间的缝隙处，使其实现有效的封堵，这样，可以使玻璃幕墙保温的性能得到最大限度地发挥。

（3）在安装铝板幕墙时，钢与铝材的连接处应采用绝缘胶皮进行隔离，其厚度为1.5mm，采用不锈钢螺栓进行连接，从而可以避免使电化腐蚀，同时也达到了断热的目的。

（4）将双面铝箔矿棉毡高效保温材料粘贴在主体墙面上，可以有效地将幕墙骨架空间充分利用起来，同时与空心砖墙组成复合型保温外墙，使建筑物的保温能耗得以大幅度降低。

（5）在铝板幕墙的檐口、窗台等悬挑部位，设计滴水线。

（6）幕墙和主体建筑的防雷系统相互连接，使重做幕墙防雷的风险得以避免。

参考资料

[1] 牛盛楠，王立雄，杨现国.玻璃幕墙建筑的遮阳采光与节能[J].建筑，2007（04）.

[2] 白海波.推行建筑节能完善外墙外保温节能技术[J].林业科技情报，2010（02）.

[3] 毕飞飞.浅析外墙保温技术及节能新材料[J].林业科技情报，2011（02）.

[4] 秦贵棉.通风幕墙的性能及应用[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2008（01）.

[5] 关于进一步加强建筑幕墙工程质量管理工作的通知[J].施工技术，1998（04）.

[6] 祝立萍，李楚华.建筑幕墙门窗的节能及其经济分析[J].安徽工业大学学报（自然科学版），2007（01）.

[7] 赵建文.玻璃幕墙的节能优化设计[J].中国建设信息，2010（11）.