绿色节能技术在公共建筑玻璃幕墙设计中的应用研究＊

李孟冰，蔡雪菲

（广州华商职业学院智能工程学院，广东 广州 511300）

习近平总书记在全国生态环境保护大会上强调指出：“走绿色低碳循环发展之路是适应人民群众对绿水青山期盼的必然要求，更是实现可持续发展的必然选择。”现代城市的迅速发展，使当今人类面临着巨大的环境污染和能源消耗。建筑作为目前最主要的环境污染和消耗能源行业，其可持续发展的研究逐渐增多，绿色建筑成为建筑业可持续发展的必经之路。

随着城市建筑的不断发展与变化，玻璃幕墙作为公共建筑一种外墙维护结构，其以独特的通透性及美观性越来越受建筑行业的青睐，得到十分广泛的应用。随着科技的进步，玻璃幕墙的种类与技术也在不断改进更新，因此，如何提高玻璃幕墙的环保节能作用，解决玻璃幕墙采暖与制冷能耗较高的现象，已成为建筑工程玻璃幕墙设计与施工亟待解决的实际问题。

1 玻璃幕墙节能概述

1.1 玻璃幕墙的节能标准

根据国家建筑节能的设计标准，其透明玻璃幕墙的热工性能要求与窗相同。传热系数K值与遮阳系数Sc值应根据其在外墙上所占的面积比例确定，以夏热冬暖地区（如广州）为例，其关系如表1所示。

表1 夏热冬暖地区单一朝向的透明玻璃幕墙传热系数和遮阳系数

从表1中可得，透明玻璃所占的面积与其传热、遮阳系数成反比。但标准规定，透明玻璃的面积不得大于所在外墙面积的70%。在公共建筑中，一般采用玻璃幕墙的单一立面，其窗墙面积比大于或等于0.4，从表1可以得出，其透光幕墙的传热系数一般小于3.0。

1.2 节能玻璃幕墙的材料选择

面板材料是玻璃的建筑幕墙称为玻璃幕墙。根据玻璃幕墙的定义，玻璃幕墙中的玻璃几乎占据了立面的全部面积，墙体参与热交换的面积较大，因此，玻璃材料的选择是幕墙节能的关键。近年来，随着国家对绿色节能技术的重视，公共建筑中出现了各种与节能相关的玻璃幕墙材料[1]。

1.2.1 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。在建筑玻璃幕墙中，热反射镀膜玻璃能够在一定程度上降低玻璃遮阳系数，控制太阳热辐射，以达到节能的效果。尤其是在夏季光照强的地区，使用热反射镀膜玻璃能够更有效地减少室内的太阳热辐射，隔热效果非常明显，而且能够减少整体用电量，从而达到节能减排的作用。但其在无阳光的情况下，隔热效果一般，因此热反射镀膜玻璃不适用于寒冷地区。

1.2.2 LOW-E玻璃

LOW-E玻璃又称低辐射玻璃，是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品。与普通玻璃相比，LOW-E玻璃具有优异的热性能和良好的光学性能，使其在发达国家得到非常广泛的应用，目前在中国市面上也得到大力开发及推广。LOW-E镀膜中空玻璃属于一种较好的节能采光材料，它能够降低玻璃太阳得热系数，并具有较高的太阳能透射，达到非常低的“U”值，使其有效提升节能性。并且，由于镀膜的效果，LOW-E玻璃反射的热量回到室内，使得窗玻璃附近的温度较高，人在窗玻璃附近也不会感到太大的不适。而应用LOW-E窗玻璃的建筑其室内温度相对较高，因此在冬季可以保持相对高的室内温度，而不结霜，这样在室内的人也会倍感舒适。LOW-E玻璃可以阻挡少量的紫外线透射，对防止室内的物品褪色略有帮助。整体来说，以节能角度出发，LOW-E玻璃的功能基本能够覆盖热反射镀膜玻璃，其应用更为广泛。

1.2.3 中空玻璃

中空玻璃是一种具有良好的隔音隔热性能，并能够在一定程度上降低建筑物自重，且有一定美观性的新适用型材料。它是用2片（或3片）玻璃，使用高强度、高气密性复合粘结剂，将玻璃片与内含干燥剂的铝合金框架粘结，制成的高效能隔音隔热玻璃。与普通双层玻璃相比，中空玻璃内部的气体是干燥的，使中空玻璃各方面的性能更加优越，除了能够隔音隔热，还具有防结露、降低冷辐射、防目眩及增强玻璃的安全性等多方面功能，因此，中空玻璃的使用也较为广泛。

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1.2.4 真空玻璃

真空玻璃是一种新型玻璃深加工产品，结构与中空玻璃相似，但真空玻璃空腔内的气体非常稀薄，几乎接近真空，且真空玻璃的2片一般至少有1片是低辐射玻璃，这样就将通过真空玻璃的传导、对流和辐射方式将散失的热量降到最低。与中空玻璃相比，真空玻璃性能相对更加优异。真空玻璃具有超凡的隔热保温性能，使其在夏季冷气不易外流、冬季暖气不易外逸，能够减少供暖和空调使用的费用，节约能源。另外，真空玻璃比中空玻璃要薄，可节省安装空间和窗框材料。但真空玻璃的价格相对中空玻璃要贵，因此，可根据需求进行选择。

2 节能玻璃幕墙的设计原则

建筑玻璃幕墙要达到节能，需考虑其采光和遮阳性、气密性能、通风换气等。因此，其节能设计应符合科学性、适应性和经济性原则，需综合多方面因素进行，具体包括：①在设计玻璃幕墙时，应充分考虑其选材、选型、构造等诸多因素，根据窗墙面积比、玻璃的传热系数、型材传热系数等综合考虑后确定。②中国环境差异较大，不同气候和地区，其节能玻璃幕墙的设计原则不同。在严寒、寒冷或温和地区，为提高玻璃幕墙的节能性，要注重冬季的保温设计；在夏热冬冷或夏热冬暖地区，为提高玻璃幕墙的节能性，要注重夏季的隔热设计。③目前，中国还尚未出台专门的幕墙热工设计标准或规范，幕墙热工设计应依据国家现行的GB 50176—93《民用建筑热工设计规范》、JGJ 26—95《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》和JGJ 134—2001《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》等来进行设计[2]。

3 公共建筑玻璃幕墙绿色节能技术的应用

3.1 应用现状

近年中国经济增长快速，国家大力推动绿色发展，人们的环保意识越来越强，玻璃幕墙采用绿色节能玻璃幕墙技术的建筑逐渐增多。在中国《公共建筑节能设计标准》中明确规定，国家公共建筑必须要依照国家节能标准进行设计，该标准有利于引导和规范中国公共建筑的节能系统设计，其中明确规定中国公共建筑玻璃幕墙应采用有节能功能的玻璃。紧跟国家政策，目前在国内公共建筑玻璃幕墙中出现了一批使用节能技术的项目，其节能技术的使用也越来越成熟。

3.1.1 玻璃幕墙的气密性能、遮阳性能

在设计玻璃幕墙时，通过设置完善的遮阳系统、改进玻璃幕墙的气密性能，可以在一定程度增加建筑玻璃幕墙的节能性。

首先，严格控制玻璃幕墙的气密性等级，根据玻璃幕墙的墙面面积，做好气密性能检测。为进一步提高玻璃幕墙的气密性能，应做好玻璃幕墙的面板间隙密封措施，在选择密封条上严控把关，尽量选用弹性好、耐久的密封条或密封胶密封[3]。目前，在建筑玻璃幕墙工程项目中使用较多的密封胶条有橡胶密封胶条、硅酮耐候胶等，在实际选取时应综合考虑后进行选取。

另外，设置完善的玻璃幕墙遮阳系统，不仅能增加玻璃幕墙的装饰性效果，更能在一定程度上降低太阳光辐射对室内温度的影响。在建筑玻璃幕墙工程项目中，遮阳系统可有多种形式，包括固定或活动遮阳、外或内遮阳、中间遮阳等，在实际选取时应综合考虑形式和系数规定后进行选取。

双层幕墙又称热通道幕墙、节能幕墙等。由内外两层立面构造组成，形成一个室内外之间的空气缓冲层。外层可由明框、隐框或点支式幕墙构成；内层可由明框、隐框幕墙或具有开启扇和检修通道的门窗组成，也可以在一个独立支承结构的两侧设置玻璃面层，形成空间距离较小的双层立面构造。

双层玻璃幕墙技术能够在保障采光合理的基础上，利用节能技术达到节能目的。双层玻璃幕墙能够使建筑外层较快适应自然的天气变化，从而在一定程度提高幕墙的保温隔热性能；提高室内的隔声性能，达到隔声降噪的作用；中间层能够建立空气流通性，使其更好地通风换气，提高人们生活的舒适度。

3.1.3 光电技术

光电幕墙是现代玻璃幕墙的一种新技术、生态建材，也是未来幕墙行业的新发展、新趋势。光电玻璃幕墙是将太阳能转换硅片密封或镶嵌于两片玻璃之间，充分利用太阳能，将太阳能转换为电能，可以称为太阳能光电幕墙BIPV。这种技术即建筑一体化光伏，与建筑物同时设计、同时施工和安装，也称为“构建型”和“建材型”建筑光伏。

在公共建筑中，BIPV是实现“低能耗”、“零能耗”、绿建目标的有效途径。虽在中国起步较晚，但在国际上早已盛行，中国开展的“光明工程”将掀起中国的节能环保生态建材的开发应用热潮，大大促进了光伏建材产品的发展及推广应用[4]。

3.2 针对存在问题的应用对策

当今，中国已出台玻璃幕墙相关的节能规范、标准，幕墙行业也十分注重节能性设计，并已有一定的节能型玻璃幕墙新技术。但从公共建筑中大部分已落地的大型玻璃幕墙建筑来看，在构造中采用节能技术的项目并不多，未来大面积的玻璃幕墙将引发一系列问题，并对环境造成一定的影响。因此，中国节能玻璃幕墙仍存在诸多问题。

3.2.1 设计与施工同步

玻璃幕墙节能技术的应用需要各专业领域相互配合，但在中国大部分建筑幕墙项目中，设计与施工没有很好的联系，设计师完成前期的设计，没有充分考虑在施工过程中出现的实际问题，导致最后不能达到预期的效果。因此，在设计时要明确各项指标，幕墙公司应与建筑设计施工单位一起跟进、完成整个设计、施工工作。

3.2.2 实时合理设计

中国地域性特征比较显著——北方冬天较冷，对幕墙保温性要求较高，需要做特别的保温设计；南方冬天较暖，夏天气温较高，对幕墙的隔热性要求会较高，需要做特别的隔热设计。为降低玻璃幕墙的能耗，除了所处环境的地域特征，前期设计还应对当地幕墙立面的太阳光照射情况等进行调研，并对其光反射情况进行分析与计算，根据实际需求进行实时绿色节能设计，设计出最合理的结构。

3.2.3 节能选材

在选用材料时，如使用不当，容易导致光污染问题，因此应综合考虑材料的热传导性能，尽量选取隔热性能好、热反射玻璃等最适合的材料。

3.2.4 遮阳节能

玻璃幕墙表面热透射率较高，对室内环境的温度影响较大，尤其是在夏季，如果没有遮阳处理，室内温度会较高，从而增大空调压力。因此，在玻璃幕墙上应设置遮阳系统，尤其是在南方地区，夏季较热，遮阳能够减少阳光直射，从而达到较好的节能效果[5]。

另外，替代传统遮阳节能的新技术是利用取之不尽、用之不竭的太阳能，将太阳能转化为可用能源是当前乃至未来建筑领域研究的趋势。太阳光可以通过幕墙进行反射，将太阳能转化为照明，有效降低室内温度，达到低能耗，并降低照明成本。但从经济的角度出发，太阳能阴天转换率不高，且费用相对较昂贵，还需要深入研究，使其达到更高的利用率。

4 结语

中国属于能源消耗大国，每年有数百万平方米的幕墙投入使用，并以每年10%的速度继续增长。为积极响应国家节能政策与要求，建筑行业在玻璃幕墙设计中越来越注重节能环保的设计。材质的选取对节能玻璃幕墙有重要的影响，目前，低辐射LOW-E玻璃材质是使用较多的节能玻璃幕墙材质；降低能耗是节能玻璃幕墙研究的目标，充分利用取之不尽的太阳能是最理想的节能方式，虽然太阳能光电幕墙存在一定问题，但仍是节能幕墙未来的发展趋势。面对全球人类的资源短缺，国家非常重视绿色节能，并已出台各项节能政策。相信在未来，玻璃幕墙设计在能够满足建筑功能、建筑美观的基础上，更注重建筑节能方面的设计，从而进一步促进建筑业的可持续发展。