玻璃幕墙在绿色建筑中的功能及当代价值研究

何媛媛

摘 要： 当今，工业化的发展所带来环境日趋恶化的现象已成为影响人类可持续发展的关键问题。玻璃幕墙作为主要的建筑材料也顺应当今时代的需要产生了新的构造和材料技术。本文从室内温度、通风效果、隔音、安全性和美化空间五个方面研究玻璃幕墙的功能性，由此明确了玻璃幕墙在建筑节能、材料的可循环使用以及人性化技术思想几个方面的当代价值，并透过材料和技术的价值体现其社会的价值观。因此，玻璃幕墙的研究对于社会的可持续发展具有时代的意义和价值。

关 键 词：玻璃幕墙 绿色建筑 功能性 价值

引 言

玻璃的出现开创了建筑历史上的新纪元，并唤醒了设计师在建筑形式上新的探索。从古罗马时期的玻璃窗到目前玻璃幕墙的大范围使用，玻璃已成为建筑中不可缺少的设计元素，它将每一座建筑都妆点成都市中“凝固的音乐作品”。然而，进入20世纪90年代，绿色建筑的设计理念因可持续发展思想的成熟而成为引导建筑设计的标准。绿色建筑提倡建筑在全生命周期内，通过节约能源及资源的方式最大限度地减轻对环境的负荷，以人、自然和环境的和谐发展为目标，为人们提供安全、健康、舒适的良好生活空间。因此，玻璃幕墙必须依托现代工艺和技术改善其材料特性所引发的光污染、高能耗、隔热性差等弊端，来适合社会的变革和自然的变迁。因此，如何将玻璃幕墙的功能性在绿色建筑中释放出它的能量，并使玻璃幕墙在当代社会中体现出绿色建筑的价值，将成为本文所探索和研究的重要问题。

一、 玻璃幕墙的概述

1.玻璃幕墙的概念及分类

玻璃幕墙，是指由支承结构体系与玻璃组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构。玻璃幕墙一般分为明框玻璃幕墙和隐框玻璃幕墙。明框玻璃幕墙是金属框架构件显露在外表面的玻璃幕墙。而隐框玻璃幕墙的金属框隐蔽在玻璃的背面，从室外并不能看见金属框结构。明框玻璃幕墙是最传统的形式，应用最为广泛，工作性能可靠。相对于隐框玻璃幕墙，更易满足施工技术水平要求。

2.玻璃幕墙在现代建筑中的双重性

玻璃幕墙作为建筑外围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。就材料自身而言，玻璃的材料的透光性和反射性从知觉和表象重新构筑了建筑赋有灵动性的空间形式，为空间的视觉呈现增添了一份活力和趣味性。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。

3.玻璃幕墙的技术革新

伴随着人们对环境问题的关注，玻璃幕墙也在不断探索和寻求新的技术方式解决材料自身存在的问题，从而拓展玻璃在建筑中的使用范围。其技术革新主要是通过改变制作工艺和结构的方式提高玻璃的热阻力，增强其牢固性和隔音功效。另外，计算机技术的发展促使玻璃幕墙向智能化方向发展，从而更好地满足人们对空气、温度和光线的需求。总之，玻璃幕墙的技术革新是绿色建筑思想与先进科学技术的集成，它的发展为绿色建筑的结构形式和艺术审美开辟了新的道路。

二、 玻璃幕墙在绿色建筑中的功能性研究

1.营造舒适的室内温度

人类对于环境的破坏造成全球的温度日益升高。因此，现代建筑立面追求最大透明度的审美观念使得建筑设计师必须考虑建筑的热工能性和遮阳能力，以此减少玻璃材料的“光污染”所造成的环境危害。玻璃幕墙通过科学技术的进步减少了人们对于供暖或者降温设施的需求，从而降低了相关的经济投入，使人们充分感受到了科学技术对人类生活的改善。

（1）减少阳光的热辐射

热辐射的增强使室内温度在炎热的气候条件下不断升高，玻璃幕墙采用了多种技术手段防止大量的阳光辐射进入内部。常见的方式是在玻璃表面镀膜或者着色，镀膜来控制光照的效果可以保证玻璃所有区域的透明度，能量也会随着吸收和反射的增加而减弱。另外，也可以通过在玻璃中添加彩色箔片或者给玻璃上釉的技术方式改变玻璃的颜色，这种方式以改变室内光照的色调，调节热辐射的强度，使室内的光线充满了梦幻的感受。同时，缤纷的色彩也为建筑披上了一层时尚灿烂的外衣。

除此之外，还有一些玻璃是通过丝网印刷的办法在玻璃表面形成不透明的文字或图案来降低辐射率，与此同时也增加了装饰的效果。除了改变玻璃的性能条件来降低辐射之外，人们也可以采用一些遮阳设备作为玻璃的外部构件，这种方式可以根据自己的需要调节室内的光照面积。总体来讲，多种解决玻璃辐射率的办法为建筑设计师追求形式的美感与功能美的过程中提供了选择。

（2）保持室内温度

玻璃幕墙除了降低热辐射的功能外，同样也可以在外界温度较低的时候减少室内的热量损失以降低相关的供暖能源的需求。玻璃幕墙可以通过改变设计结构来阻止冷空气的传播，例如真空玻璃就是将两片玻璃四周密封，之间形成0.1～0.2毫米的薄真空层。传热系数 K 值可以低至 0.6W/（m2K）以下，两块相连接的玻璃在大气压的作用下形成一个整体，当室外温度较低时可以抵御严寒（见图2-1）。可以看出，玻璃幕墙如同建筑的保护伞，不仅保持了建筑外观的清透感，而且为室内营造了温暖的工作和生活环境。

2.创造良好的通风条件

目前，空气污染严重威胁到了人的身体健康，破换了生态环境系统和人类正常的生活。室内通风设施的完善是提高环境质量的关键。玻璃幕墙通过降低空气中灰尘含量的方式为人们提供了健康的生活环境。

人们对室内空气的要求不仅仅停留在温度和湿度的层面上，对空气质量的要求也具备一定标准。工业的迅猛发展造成环境质量日趋下降，大量的汽车以及工厂的出现使空气中充满了一氧化碳、氮氧化物以及悬浮颗粒等污染物，因此传统门窗自然通风的方式已经无法真正地提高室内空气质量。这就需要高科技玻璃幕墙来解决空气过滤的难题。国家在2002年颁布了《室内空气质量的标准》，这对新型的玻璃幕墙设计提出具体性的要求，从而更有效地满足了人们对新鲜空气的需求。

外循环热通道幕墙仿佛建筑外围的过滤器，遵循了因地制宜的设计标准，充分考虑到了建筑物所处的气候、环境以及建筑的结构特点，由此来决定通道空腔的高度与宽度。外层玻璃幕墙上的进出风口，有效地阻止了室外空气中的污染物、灰尘或者蚊虫进入室内（见图2-2）。另外，有些中低建筑的热通道玻璃将进风口设在下沉式地下室内，并在其中设有水幕，它将空气中的污染物融入水中，使热通道内空气的有害物质低于室外空气，从根本上净化了室内空气。

3.建立有效的隔音屏障

产业革命以来，因机械设备的发展而产生了超出人类需要的声音被称为“噪音”。“噪音污染”已经被列为四大环境污染之一，因此，隔声功能在目前喧闹的城市环境中对人的健康、建筑结构以及仪器设备均显得尤为重要。

长期的“噪音污染”对人最直接的危害就是造成听力损伤，当人长时间处于声音较为嘈杂的环境中时，双耳会有受压或产生头痛的感觉，严重的会引起耳聋的发生。研究表明，噪音污染是引起老年性耳聋的重要原因。除了对听力造成危害以外，当噪音超过140dB时，对轻型建筑的结构会产生破坏作用。而当噪声超过150dB时，根据电阻、电容、晶体管等元件仪器设备的结构与安装方式会造成不同程度的损坏。

为了避免周围噪音对人类生活环境的影响，玻璃幕墙的设计需要调查实际的噪声情况，例如声源的大小、距离和速度等，隔声构件的隔声质量必须与外部的噪声源相匹配。从而，有针对性的提高建筑玻璃幕墙的质量，质量越重，那么隔声的效果就会越好，只有这样才能获得经济和功能的最大化。

4.提供安全的居住环境

伴随科学技术不断的探索和研究，曾经易脆且脆弱的玻璃已经变成了出乎常人理解想象的，具备强大承载力的高性能建筑材料，使轻盈的建筑外观增添了稳定和坚固的感受。玻璃幕墙的安全性在其强大的承载能力中得到了充分体现。实际上，由于玻璃没有固定的熔点，因此，当玻璃被加热并超过它的转换点的时候，它就会逐步被软化。之后在冷空气中进行淬火。也可以采用其他形式进行冷却，结果是玻璃的表面比内部冷却得更快，收缩的更快，这样就产生了附加的压应力，从而增加了玻璃的抗弯度，在荷载作用下就不容易变形，这样其牢固性就得到了实现。另外，玻璃幕墙还可用于建筑外墙防火，应用在外部的时候要保证材料不因吸收外部辐射或受低温影响而改变性质。防火玻璃的一个关键性因素是防火的持续时间，玻璃幕墙的防火等级的时间一般分为30、60、90和120分钟。除了主要的强大承载力和防火功能功能以外，玻璃幕墙还具有防盗、防弹以及报警功能，可见，玻璃幕墙对人类的贡献随技术的进步不断增多，为人的日常生活增添了一层保护的屏障。

5.美化人类的生活空间

玻璃的使用面积从传统建筑中的门窗发展到整个墙体，可见人们的精神意识中对外部环境的好奇，以及对于光和空气的渴望。因此，玻璃的通透性是所有的建筑材料无法取代的重要特征。它颠覆了传统墙体机械划分空间的功能，让建筑与阳光相互交融，赋予了建筑自然的生命力。因此，玻璃幕墙不仅具备了建筑基本的围护功能，而且将建筑的美得到了升华。建筑设计师伊东丰雄先生所设计的日本东京Tama艺术大学图书馆巧妙地将玻璃与流动的建筑线条相结合，使图书馆不仅为学生提供了轻松愉悦的阅读环境，而且将建筑的美无形中传递于每个人的精神世界，改变了传统四平八稳封闭式的建筑观念，使实体的建筑变得开放、柔美（见图2-3）。

玻璃的反射性同样使原本单一的空间关系耐人寻味，这要求设计师除了对于建筑结构的设计之外，而且也需要具备对于光的认知和驾驭的能力。镜面玻璃的反射将空间内容进行巧妙复制，从而经过光影的交织使空间面积得以延展。查尔斯·勒·布伦（Charies Le Brun）在凡尔赛宫设计的玻璃和镜子相结合成为了建筑史设计的典范，面向花园的墙面是一扇扇的拱窗链接而成，对面的内墙相对应的位置为镜面，花园中的树木伴随阳光泼洒在地面上，加之镜面的反射，使房间内外光影交织，从视觉上将室内的空间得以无限延展（见图2-4）。

可以说，玻璃丰富了建筑非物质化的语言，使室内的环境因为时间的不同、玻璃工艺的不同而形成千姿百态的光影变幻，进而为空间增添了一份活力和趣味性。

三、玻璃幕墙在绿色建筑的当代价值

1.从建筑节能看玻璃幕墙的当代价值

各种新型玻璃幕墙迅猛发展与社会的发展、环境特征的变化以及人的思想意识的进步有着密切的联系。玻璃幕墙作为当今时代不可缺少的建筑材料通过改善其结构、材料或结合高新技术手段来节约风能、太阳能和电力等不可再生资源的使用量。

据调查，建筑照明的能耗占总建筑能耗的30%～40%，因此，玻璃幕墙通过合理地设计和有效利用采光面积很大程度上节约了照明能耗。另外，通过电子计算机来控制室内的温度、湿度和通风的幕墙技术，其建筑能耗相对于传统幕墙节约了30%。由此看出，高科技玻璃幕墙的发展减少了人们对于供暖或者降温能源的需求，建筑能耗的降低不仅降低了相关的经济投入，更对人类和环境的健康发展有着重要意义。

2.玻璃幕墙材料的可循环再利用性

据统计，每平方米幕墙使用玻璃约40g，铝合金材料约2000吨，假设一个10m2的高层玻璃幕墙，将会使用近4000吨玻璃和2000吨铝合金材料。可见，钢结构、铝合金、玻璃等建筑材料在现代建筑中占有大量的比重。这些建筑材料形成了现代建筑点状和线状的构成形式，体现出现代建筑简洁、轻盈和流动的时代特征。同样，钢结构、铝合金、玻璃均属于可循环再利用的绿色建筑材料，如果将其进行回收再利用就可避免对不可再生资源的消耗，也符合了绿色建筑对节约资源的要求，

3.玻璃幕墙“以人为本”的技术思想体现

伴随社会环境的不断变化，“以人为本”的技术思想不仅需要考虑人的需求和愿望，而且需要思考人与自然的发展关系，因此，设计坚持以“自然为本”是实现“以人为本”的前提和标准。科学技术的发展使玻璃幕墙在人与环境之间找到了平衡点，它作为由支承结构体系与玻璃组成的建筑外围护结构在体现生态价值的基础上遵循绿色建筑的标准，从室内温度、通风、隔音、安全性和美化空间等方面体现出因为技术的发展所带来对人的关怀。因此，玻璃幕墙在满足了人们现代审美的诉求的基础上，通过工艺和技术的进步适合了时代的发展和人的功能需求，进而体现出玻璃幕墙在现代建筑中“以人为本”的精神和内涵。

四、 结语

工业的发展和科技的进步使玻璃幕墙平衡了人类需求与能源之间的关系，这些新的功能即适应社会的发展需要，也满足了人的日常生活需求，为人类创造了安全、舒适的生活环境。新型玻璃幕墙以材料和技术的语义诠释了人、建筑和自然的三者之间的关系。因此，玻璃幕墙对于建筑的改变不仅仅停留于外观造型，它更深层次地体现在它对社会发展的重要意义。

参考文献

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