基于绿色节能技术在公共建筑玻璃幕墙设计中的应用研究

俞颢

浙江大学建筑设计研究院有限公司 浙江 杭州 310000

引言

玻璃幕墙作为公共建筑广泛运用的护围设计，可以极大地增强公共建筑的美感，并起到一定的隔热节能作用。随着玻璃幕墙技术的发展，公共建筑对玻璃幕墙的作用及立面效果有着更高的要求。当下公共建筑的玻璃幕墙尽管在一定程度上可以隔热保温，但在材质与设计问题上的不足，导致其节能功能上未满足要求。基于绿色节能的建筑理念和发展要求，玻璃幕墙的设计应用应向着环保节能的可持续发展方向发展。

1 公共建筑玻璃幕墙设计

幕墙是建筑物的外墙护围结构，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质构件。由结构框架与镶嵌板材组成，不承担主体结构载荷与作用的建筑围护结构。玻璃幕墙即建筑外墙由玻璃承担面板的护围，具有优秀的装饰效果，也是当下公共建筑幕墙广泛运用的材质设计。公共建筑一般承载着一定的社会功效，有巨大的人流量，同时展示城市独特面貌。幕墙作为公共建筑的外表皮装饰构件，在材质选择和设计追求上，玻璃幕墙具有更大的效果及节能优势[1]。首先，玻璃幕墙的材质更加轻便，玻璃材质相较于钢筋混凝土，需要的原材料的更少，质量更小，重量更轻，使用上更加方便。其次是玻璃幕墙采用玻璃和支撑结构组合整体上适应性更强，由于玻璃材质的特殊性，具有一定的伸缩性能，对各种灾害的适应性较强。

2 玻璃幕墙设计对绿色节能技术的应用

2.1 必要性

公共建筑玻璃幕墙设计增加绿色节能技术的应用，不仅是建筑行业环保理念的兴起，也是解决当下玻璃幕墙设计应用存在的问题的需要。玻璃易受到外界因素影响，发生玻璃炸裂的可能性较大，玻璃幕墙的整体安全性能存在一定隐患[2]。除此之外，由于玻璃幕墙建设的规模大，安装的数量多，大量玻璃的反光会造成严重的光污染。而且普通玻璃建设的幕墙，保温隔热性能较差，在能耗方面较大，所能起到的环保作用较少，并且制作的成本更高。但由于玻璃幕墙最大的作用是设计感和美观，因而对玻璃幕墙的应用是不可避免的。

2.2 运用原理

普通玻璃幕墙，节能性能差，不能起到良好的隔热或保温作用。对绿色节能技术的应用，主要从公共建筑和周围的生态环境情况出发，综合考虑玻璃幕墙的热工作性能、质量密度以及环保功效等多个方面。玻璃幕墙的绿色节能技术原理首先要考虑的是保温性，普通玻璃的热量流失大，太阳辐射的穿透率大而反射率低，热阻性能差。其次是气密性，普通玻璃的密封性差，空气的渗透率高，幕墙内外空气的流通率高，对玻璃幕墙的功能发挥有较大的影响。最后是遮阳性，普通玻璃幕墙阻隔太阳辐射的性能较差，无法起到足够的隔热效果[3]。因此，玻璃幕墙设计采用绿色节能技术的运用原理是提高幕墙的保温性、气密性以及遮阳性。

2.3 运用方式

由于绿色节能技术对玻璃幕墙的改造主要是通过提高保温性、气密性和遮阳性来实现玻璃幕墙的可持续发展和使用，在具体的应用上，主要是从材料、结构和技术3个方面提升玻璃幕墙的节能环保作用[4]。材料不同，所发挥的功效不同。普通玻璃的材质稳定性不足，如果玻璃在制作过程中杂质未去除干净，或者因为运输过程中包装、存放工作没有做好，以及安装时技术实施不规范等问题，均容易产生较大的安全隐患。因此，绿色节能技术注重对玻璃材料的选择，而结构方面主要通过对玻璃的数量、构造进行的优化，增加可以起到保温、遮阳等效果的其他材料。技术方面，则是使用最新的现代玻璃幕墙技术完善幕墙在环保节能方面的作用功效。

2.4 实际应用

2.4.1 热反射镀膜玻璃：“热反射镀膜玻璃又称为阳光控制镀膜玻璃，是在其表面镀金属或金属化合物膜，它对太阳光具有反射作用。”热反射镀膜玻璃主要是通过镀膜的形式反射太阳辐射而达到散热的作用。镀膜是绿色节能技术在玻璃幕墙中较为简单基础的应用，利用镀金属或者金属化合物膜反射太阳辐射，可以提高玻璃的散热性能，进而减少建筑内对散热的用电需求，减少耗电，达到节能减排的作用。这类玻璃幕墙建造完成后，太阳辐射越大，其反射的太阳辐射越多，可以达到的散热功能越好。

2.4.2 LOW-E玻璃：LOW-E的意思是低辐射，LOW-E玻璃即低辐射玻璃，也是镀膜的形式，通过在玻璃表面镀上金属或者其他化合物的方式，增加太阳的透射，提升玻璃幕墙的吸热能力，从而到达保温的效果。LOW-E玻璃相较于热反射镀膜玻璃，所发挥的作用和功效更大，不仅有较强的保温作用，还具备良好的光学性。LOW-E玻璃的太阳光线透射作用强，将热量吸收反射至公共建筑内，从而提升公共建筑室内温度，达到保温效果，具有极强的舒适性。光学性方面，LOW-E玻璃可以阻挡部分的紫外线，减少紫外线对幕墙内的辐射伤害[5]。由于LOW-E玻璃的低辐射性能，以及良好的保温作用，在幕墙应用中更具有普适性，适用范围更强，尤其是冬季保温的效果不错，是许多公共建筑幕墙设计的首选材料。相较于热反射镀膜玻璃，应用更多，且环保节能作用更突出。

2.4.3 中空玻璃：中空玻璃幕墙在节能环保方面的应用主要是通过玻璃的结构和施工技术实现[6]。中空玻璃应采用双道密封。第一道密封应采用丁基热熔密封胶、高分子热塑性间隔胶，结构用中空玻璃的第二道密封胶应采用硅酮结构密封胶，非结构用中空玻璃的第二道密封胶可采用聚硫密封胶或硅酮建筑密封胶。中空玻璃间隔材料可采用金属间隔条或暖边间隔条，不得使用热熔型间隔条和PVC材质间隔条。中空玻璃的间隔条应采用连续折弯型，间隔条中的干燥剂宜采用专用设备装填。由于中空玻璃幕墙是通过中间留出一定的空间来形成一个隔热带，从而隔绝幕墙内部建筑和外部空气，进而实现隔热保温的作用，因此特殊黏合剂需要具备一定的强度和气密性，强度不够导致合片效果差，而气密性不够则会影响隔热效果。鉴于中空玻璃需要利用结构内的空间达到隔热保温的效果，因此需要保持空间的干燥性，确保空间内的空气足够干燥，所以对施工技术也有一定要求。施工技术专业性不满足，操作不规范，就无法完成框架结构和玻璃的黏合工作。中空玻璃合片的结构，还可以达到隔音的效果，还可以预防结露，减少太阳照射下玻璃带给人的眩晕感。

2.4.4 真空玻璃：与中空玻璃相似，也是通过对2片或3片玻璃进行合片，不同的是真空玻璃幕墙对材质和结构均有要求。材质方面，合片的真空玻璃中至少要有一块是低辐射玻璃，且构造的内部空间趋于真空状态，需要尽可能减少内部的空气。通过对真空状态的实施，在热传导、热透射等方面有着极大的节能功效。真空玻璃与中空玻璃的传热机理也有所不同。真空玻璃中心部位传热由辐射传热和支撑物传热构成，其中忽略了残余气体传热。而中空玻璃则由气体传热（包括传导和对流）和辐射传热构成。由此可见，要减小因温差引起的传热，真空玻璃和中空玻璃都要减小辐射传热，有效的方法是采用镀有低辐射膜的玻璃（LOW-E玻璃），在兼顾其他光学性能要求的条件下，其发射率（也称辐射率）越低越好。钢化真空玻璃的预期寿命可达25年以上，其拥有高真空内腔，使气体传热可以忽略，同时采用高性能LOW-E玻璃，大幅抑制辐射传热。并且真空玻璃内部为真空状态，不受环境气压的影响，适用于各种海拔地区；同时，真空玻璃应用于建筑物的各个位置都能保持其优异的性能不变，包括立面，斜面及屋顶，不存在中空玻璃平放时气体对流加大导致性能降低的问题。

2.4.5 光伏幕墙：光伏幕墙发电的核心环节是太阳能光电转换，无粉尘、无废气等污染，且发电过程无噪声，同时，应用新材料、新技术可以吸收阳光照射玻璃表面而产生的反射光，缓解光污染现象。光伏幕墙的工序是：玻璃面板在太阳照射下，由光电玻璃通过内置的碲化镉半导体薄膜发生光生伏特效应，将太阳辐射转变为直流电，通过多极集电，即在太阳能控制器的控制下将光伏幕墙产生的直流电通过储能电池组储存起来，使用时，储能电池组输出的直流经过逆变、变压等过程，转化成可供使用的交流电，送入供电网络或直接驱动负载。由于光伏幕墙作为建筑外围护体系，可直接吸收太阳能，避免了墙面温度和屋顶温度过高，可以有效降低墙面及屋面温度，减轻空调负荷，降低空调能耗。当前光伏幕墙渗透率不足10%，未来随着建筑对光伏发电需求的增加、碳中和对建筑减排的进一步要求，光伏幕墙渗透率有望进一步提升。光伏屋顶是当前的主流，但随着用电需求的增加，光伏屋顶发电量有限，表面积更大的光伏幕墙显然将更符合未来场景，从而迎来快速发展。

3 应用现状

虽然绿色节能已深入公共建筑玻璃幕墙的建设理念，但在具体实施过程中仍存在着许多问题。首先是绿色节能意识不足。尽管人们对于公共建筑的节能环保问题愈发关注，但实际的环保意识并没有形成，而且，由于采用节能技术的幕墙玻璃成本高，不同的玻璃材质不一样，性能越好，环保节能越高的玻璃成本越大，需要付出的成本太高。其次是关于公共建筑玻璃幕墙的节能标准不完善，当下的建筑行业节能标准关于玻璃幕墙的规定较少，在具体施工时容易产生误区。施工人员的技术问题方面，由于节能技术的玻璃幕墙对施工技术有一定的要求，需要规范的操作和达标的技术，而当下施工人员的专业性尚有欠缺，因此在具体施工中会有一定的困难。最后是应用问题，不同地区、不同情况对节能技术玻璃幕墙的选择和使用不一样，不同材质、结构的玻璃幕墙可以发挥的作用也不一样，但当下对绿色节能技术玻璃幕墙的应用还没有做好具体问题具体分析，没有根据实际情况而盲目的选择玻璃幕墙，不仅不能起到节能环保的作用，反而会形成新的环保问题，造成资源浪费[7]。

4 解决措施

针对当下公共建筑玻璃幕墙设计对绿色节能技术的应用问题，可以通过以下方式解决。

第一，加大绿色节能环保意识宣传。

第二，加强技术研发，降低成本。相关专业人员需着重针对环保节能玻璃幕墙原材料的思考与设计，力争降低工程总体的造价，加强施工团队采用节能方案的积极性。

第三，逐步完善规章制度。

第四，加强施工人员的技能培训。

5 结束语

公共建筑玻璃幕墙设计应用绿色节能技术是玻璃幕墙发展的时代趋势。目前玻璃幕墙主要采用的绿色节能技术有热反射镀膜玻璃、LOW-E玻璃、中空玻璃、真空玻璃以及光伏幕墙。在加大相关节能技术运用的同时需要针对当下的应用情况做出相应的调整。通过加大宣传、完善节能标准、加强技术研发、完善规章制度、加强技能培训以及做好施工情况分析促进玻璃幕墙设计对绿色节能技术的应用。