綠色節(jié)能技術(shù)在大型公共建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

【摘要】玻璃幕墻是當(dāng)前大型公共建筑較常采用的外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)，相交于傳統(tǒng)墻體，玻璃幕墻更具美觀性。但是在實(shí)際的城市環(huán)境中，玻璃幕墻本身所擁有的高能耗和帶來的城市光污染等問題歷來為人們所詬病。針對綠色節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)，建筑施工設(shè)計(jì)方面應(yīng)當(dāng)對原有的玻璃幕墻施工方案進(jìn)行調(diào)整，其中可以采用增設(shè)遮陽設(shè)備、選擇新穎節(jié)能的玻璃材料以及通過折射方式來轉(zhuǎn)變光線照射路徑等方式，來降低太陽光照射產(chǎn)生的能耗影響，提高綠色節(jié)能效果。

【關(guān)鍵詞】綠色節(jié)能;大型公共建筑;玻璃幕墻;建筑施工設(shè)計(jì)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.33.082

1、大型公共建筑玻璃幕墻的節(jié)能特性

1.1玻璃幕墻材料特征

具有綠色節(jié)能特性的玻璃幕墻主要優(yōu)勢體現(xiàn)在幕墻材料本身所具有的導(dǎo)熱性，這種玻璃幕墻材料在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中能夠極大地提高內(nèi)部環(huán)境的舒適度，降低內(nèi)部對于各類電器設(shè)備的依賴。與此同時，在建筑施工過程中，這類節(jié)能材料采用中空剝離施工策略能夠降低材料整體的熱傳導(dǎo)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對于光污染、噪聲污染等外部污染的有效控制，避免外部因素對施工過程產(chǎn)生的影響，充分發(fā)揮室內(nèi)環(huán)境協(xié)調(diào)性。

1.2施工連接特性

相比于傳統(tǒng)的常規(guī)玻璃幕墻材料，節(jié)能材料在實(shí)際連接施工方面進(jìn)行了一定的優(yōu)化。傳統(tǒng)施工中的玻璃幕墻在多塊玻璃進(jìn)行連接中需要采用較為復(fù)雜的連接材料來保證固定，這種施工方式相對困難，施工質(zhì)量難以得到保證。而節(jié)能材料主要采用熱連接施工技術(shù)，除了能夠保證較為理想的節(jié)能效果之外，還能夠極大地降低施工難度，保證施工質(zhì)量。

1.3節(jié)能技術(shù)使用原則

綠色節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)除了與材料和施工方式緊密相關(guān)之外，也與建筑工程項(xiàng)目所處的地理位置、自然環(huán)境等有著一定的關(guān)聯(lián)性，其中寒冷區(qū)域和較為炎熱區(qū)域，在節(jié)能施工導(dǎo)向方面有所不同。其中寒冷地區(qū)的節(jié)能施工要注重室內(nèi)保溫，以保溫材料的使用為核心，提高玻璃幕墻的節(jié)能屬性。而較為炎熱區(qū)域則應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持隔熱性原則，避免外部過高溫度造成對于室內(nèi)問題的提升影響，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。在實(shí)際的玻璃幕墻施工方面，也需要結(jié)合不同朝向、不同結(jié)構(gòu)單位進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整，以保證施工效率和節(jié)能效果。

2、玻璃幕墻的綠色節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1玻璃幕墻的節(jié)能情況

在大型公共建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，為了提高建筑本身的美觀度，相關(guān)設(shè)計(jì)人員主要選擇玻璃幕墻為核心材料。但是在提升了美觀度的同時，玻璃幕墻本身的保溫隔熱功能和對于建筑的圍護(hù)能力，仍然與傳統(tǒng)墻體結(jié)構(gòu)無法同日而語。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)，其中熱損失方面相較傳統(tǒng)墻體高出五倍左右，同時能耗占比約為40%，是建筑項(xiàng)目的重要耗能單元。在綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)全面實(shí)施的當(dāng)下，公共建筑在綠色節(jié)能方面需要著力解決保溫和隔熱性能并存的問題，明確在幕墻使用過程中多種外部環(huán)境產(chǎn)生的對于玻璃幕墻耗能的影響，以保證玻璃幕墻能夠借助施工技術(shù)的提升來實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)墻體結(jié)構(gòu)相近或超越的節(jié)能水平。

2.2明確熱傳導(dǎo)性能產(chǎn)生節(jié)能影響

現(xiàn)階段應(yīng)用于公共建筑當(dāng)中的玻璃幕墻系統(tǒng)當(dāng)中，對于玻璃幕墻節(jié)能屬性產(chǎn)生影響的因素主要來源于幕墻本身與幕墻結(jié)構(gòu)支撐件之間的綜合熱傳導(dǎo)系數(shù)情況。在物理性能方面，熱傳導(dǎo)系數(shù)主要用以對當(dāng)前所處環(huán)境中的熱流量進(jìn)行量化衡量，公共建筑玻璃幕墻內(nèi)外兩側(cè)一旦出現(xiàn)較大的溫度差異時，外部的熱量便會從高溫區(qū)域傳到如低溫區(qū)域，溫差越大，這種熱量的流動便約為活躍，相應(yīng)的能量的散逸速度和散逸總量便會越大。對于玻璃幕墻的綠化節(jié)能施工來說，需要有效對玻璃幕墻與結(jié)構(gòu)支撐件之間連接的阻熱性能進(jìn)行控制，最大限度降低熱傳導(dǎo)所帶來的能量散逸。

2.3注重對流產(chǎn)生的節(jié)能影響

除了熱傳導(dǎo)之外，空氣對流的存在也會產(chǎn)生對于玻璃幕墻節(jié)能性能的影響，玻璃幕墻本身的結(jié)構(gòu)氣密性情況會產(chǎn)生對流情況，部分施工單位在施工技術(shù)和施工質(zhì)量方面的不足，會導(dǎo)致玻璃幕墻的氣密性較差，長時間的氣密性問題則會使玻璃幕墻出現(xiàn)進(jìn)一步的老化甚至是開裂，出現(xiàn)內(nèi)外部空氣對流滲透，產(chǎn)生能量損失，使節(jié)能屬性下降。

3、大型公共建筑傳統(tǒng)玻璃幕墻存在的問題

3.1整體耗能水平較高

前述中對于玻璃幕墻和傳統(tǒng)墻體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析，提出玻璃幕墻在實(shí)現(xiàn)美觀度的同時，存在能耗情況較高的現(xiàn)狀。除此之外，相關(guān)統(tǒng)計(jì)研究資料針對城市建筑能耗進(jìn)行了整體衡量，其中玻璃幕墻在城市建筑當(dāng)中能耗總量占比達(dá)到25%，除了低于傳統(tǒng)墻體之外，玻璃幕墻在城市建筑當(dāng)中的能耗情況也不容樂觀。

3.2存在光污染問題

玻璃幕墻所造成的另一個問題是城市內(nèi)部的光污染，部分高層建筑所采用的玻璃幕墻會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的反光現(xiàn)象，在進(jìn)行光線折射時，除了會對城市居民產(chǎn)生光照影響之外，還有可能對交通情造成影響，導(dǎo)致出現(xiàn)交通事故。

3.3整體強(qiáng)度不足

玻璃幕墻在公共建筑當(dāng)中的主要代替?zhèn)鹘y(tǒng)框架結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)墻體使用，在承受稱重作用的同時，玻璃材料本身的強(qiáng)度不足問題會導(dǎo)致建筑整體的風(fēng)險性增加。目前玻璃幕墻所采用的硅膠、結(jié)構(gòu)膠等連接材料保質(zhì)期不超過十年，隨著時間推移，這類連接膠出現(xiàn)老化現(xiàn)象，會導(dǎo)致玻璃幕墻本身的強(qiáng)度進(jìn)一步下降，導(dǎo)致建筑強(qiáng)度存在安全隱患。

4、玻璃幕墻建筑施工提升節(jié)能效果的技術(shù)策略

4.1提高玻璃幕墻的熱阻性能

熱傳導(dǎo)是導(dǎo)致能量散逸的重要因素，在綠色節(jié)能的玻璃幕墻施工當(dāng)中，需要通過提高熱阻性能的方式來降低熱傳導(dǎo)能量散逸，降低玻璃幕墻的能耗水平。目前應(yīng)用于大型公共建筑當(dāng)中的玻璃幕墻類型豐富，不同種類的玻璃幕墻在太陽光照射、反射和光線吸收中，所帶來的室內(nèi)溫度有所不同。綠色節(jié)能施工中需要結(jié)合玻璃幕墻本身的材料特性，綜合對比當(dāng)前地理位置的光照情況，從材料控制方面進(jìn)行熱阻性能提升，其中更換玻璃類型、增設(shè)雙層玻璃或者采用復(fù)合中空玻璃等，都是比較理想的選擇。除了材料之外，玻璃幕墻的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)置，也能夠在一定程度上改善熱傳導(dǎo)狀況。傳統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)支撐件主要以金屬型材為主，其中鋼材料、鋁材料等雖然具有較為理想的強(qiáng)度，但是這類材料導(dǎo)熱系數(shù)較大，能耗水平較高。在進(jìn)行材料選擇方面，可以嘗試選用斷熱金屬型材參與結(jié)構(gòu)支撐，在保證強(qiáng)度的同時，提高熱阻性能，避免熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的能量消耗。

4.2優(yōu)化玻璃幕墻的氣密性

相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前城市玻璃幕墻建筑當(dāng)中，有超過半數(shù)的室內(nèi)熱量來源于玻璃幕墻本身的氣密性不足，其中空氣滲透將外部熱量代入室內(nèi)，增加了建筑能耗。為了有效提高節(jié)能屬性，建筑施工層面需要針對性進(jìn)行氣密性管理，從玻璃幕墻質(zhì)量、密封材料和后續(xù)維護(hù)等層面來降低玻璃幕墻內(nèi)部縫隙，同時采用明框、陰框、點(diǎn)支式等，控制窗口玻璃數(shù)量，避免過多玻璃拼接導(dǎo)致氣密性問題擴(kuò)大。

5、大型公共建筑玻璃幕墻綠色節(jié)能的設(shè)計(jì)策略

5.1玻璃幕墻外部增設(shè)遮陽系統(tǒng)

現(xiàn)有的施工系統(tǒng)當(dāng)中，針對玻璃幕墻所面對的保溫隔熱節(jié)能訴求，一般可以通過增設(shè)外部結(jié)構(gòu)的方式來實(shí)現(xiàn)節(jié)能功能。相關(guān)建筑施工單位針對玻璃幕墻外部設(shè)置遮陽系統(tǒng)，以這樣系統(tǒng)來降低太陽直射對于玻璃幕墻和室內(nèi)環(huán)境溫度產(chǎn)生的不利影響。常見的遮陽系統(tǒng)如固定遮陽、內(nèi)外遮陽等，施工單位可以結(jié)合玻璃幕墻的材料情況有序選擇，在保證美觀的前提下，發(fā)揮遮陽節(jié)能作用，進(jìn)一步提高建筑的綠色節(jié)能質(zhì)量。

5.2實(shí)行玻璃幕墻貼膜技術(shù)

玻璃幕墻貼膜技術(shù)的節(jié)能原理與遮陽系統(tǒng)原理相類似，都是通過增設(shè)設(shè)備的方式來進(jìn)行太陽光直射的阻斷，以避免溫差過大所帶來的能量損耗。與外設(shè)遮陽系統(tǒng)不同，貼膜技術(shù)能夠直接利用覆膜形式在玻璃幕墻之上進(jìn)行光線阻斷，施工中結(jié)合玻璃幕墻的改造，將貼膜貼敷于玻璃幕墻之上，以達(dá)到降低太陽光照射、保證室內(nèi)溫度、提高節(jié)能水平的目的。

5.3更換玻璃幕墻的節(jié)能材料

玻璃幕墻所采用的玻璃材料是最為直接也最為有效的綠色節(jié)能方案，不同施工環(huán)境中可以選擇的玻璃材料有所不同。常見的節(jié)能玻璃材料如隔熱玻璃、低輻射玻璃、真空玻璃等，都能夠有效提高玻璃幕墻的綠色節(jié)能水平。其中隔熱玻璃主要針對太陽光直射當(dāng)中紫外線和紅外線進(jìn)行反射，以避免紫外線紅外線對于室內(nèi)直射。在實(shí)際使用中，常見隔熱玻璃材料有鈉鈣硅酸鹽類玻璃和浮法玻璃鍍膜兩種，其中鈉鈣硅酸鹽類玻璃主要通過融合著色劑來實(shí)現(xiàn)吸熱，而浮法玻璃則通過采用特質(zhì)金屬氧化鍍膜的方式來實(shí)現(xiàn)隔熱，兩種玻璃都可以用作節(jié)能材料應(yīng)用于玻璃幕墻的施工之中。低輻射玻璃俗稱low-e玻璃，主要采用高溫?zé)峤獬练e來實(shí)現(xiàn)玻璃表面多層金屬涂層，利用角膜來完成對于可見光的投射，在保證較高的透光性的同時，擁有十分理想的隔熱性。真空玻璃主要采用中空設(shè)置方式，將兩塊玻璃平行布置，通過四周密封和中央抽空，來實(shí)現(xiàn)內(nèi)里的真空壓強(qiáng)。這類玻璃無法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱，具有較為理想的保溫效果。除了以上幾種節(jié)能玻璃材料之外，建筑施工中還可以采用符合玻璃、雙層玻璃等材料，應(yīng)用于玻璃幕墻施工。

5.4太陽光變向照明

太陽光變向照明施工技術(shù)主要通過增設(shè)光線反射裝置改編玻璃幕墻接收太陽光線的入射角度和方向，使原本直射于室內(nèi)的太陽光線通過反射將其反射到天花板上，再通過二次反射的方式，將光線折射之工作生活區(qū)域。這種施工設(shè)置方式能夠避免形成“光柱”，而實(shí)現(xiàn)柔和布光，避免生活工作人們在太陽光直射中產(chǎn)生視覺眩光問題。這種模式有助于改變優(yōu)化室內(nèi)光照環(huán)境，降低室內(nèi)照明成本。

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作者簡介：

孟強(qiáng)（1985.03—），男，山東濟(jì)寧市泗水縣，中級工程師，本科，研究方向：建筑學(xué)。