建筑綠色環保節能幕墻技術淺析

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【摘要】近年來，社會環境的污染問題愈加嚴重，環境保護問題得到廣泛關注。建筑行業快速發展，幕墻技術在建筑工程中運用越來越多，人們對于建筑幕墻的綠色、環保、節能等方面提出了全新要求。本文通過對我國建筑中的綠色環保節能幕墻及動態節能幕墻技術進行剖析，探討了我國綠色生態環境節能型幕墻工程中節能減排的關鍵問題及動態發展相關技術。

【關鍵詞】綠色環保節能；建筑幕墻；動態節能技術

0引言

隨著社會、經濟、科學技術的不斷突破，各種燃料的開采量逐年增加，在社會各行各業中出現能源危機現象。其中建筑行業相關的能耗占其中很大比重，尤其需要重視。據了解，在我國建筑能耗占所有能耗的27%以上，而且以每年1%的速度增加。在建筑能耗中，采暖、制冷是最耗能的，占整體比例的60%以上。有數據顯示，我國單位建筑面積采暖能耗是氣候相近國家的2～3倍。節能環保綠色建筑成為建筑發展的必然趨勢。文明建設已納入我國現代化建設的總體布局，建筑領域的低碳節能設計和綠色建筑生態節能設計是我國“十三五”規劃的重要發展任務，在“十四五”規劃中也被重視探討。根據當下的環境保護情形，我國提出要堅持“全國統籌、節約優先、雙輪驅動、內外暢通、防范風險”的工作原則；構建綠色低碳循環發展經濟體系、提升能源利用效率、提高非化石能源消費比重、降低二氧化碳排放水平、提升生態系統碳匯能力等五方面主要目標[1]。建筑領域的低碳節能和綠色建筑生態節能是全面落實科學發展觀，實現經濟、社會和生態環境協調可持續發展的重要舉措，是實現生態文明建設的重要途徑。我國不斷推行低能耗“碳達峰，碳中和”政策，推動了更多科學環保的建筑工程設計技術的出現，促進了全新的綠色建筑環保節能建筑幕墻工程技術的誕生。

1影響建筑玻璃幕墻熱耗的因素

幕墻保溫的主要薄弱環節在于受采光部分負面影響，無法使用其他的墻體保溫措施方法，所以必須相應控制采光面積，并對可能產生的能耗加以考慮。面對透明采光和保溫節能兩種相互沖突的要求，應綜合多方因素面對其各自的優勢弊端作一次客觀評估，在滿足最低窗墻比條件的基礎上，根據當地的氣候情況及功能和美學需求情況加以考量。不能一味追求大面積玻璃通透的效果，應在設計初期就加入節能環保的理念。

1.1玻璃幕墻具有傳導性

現代建筑中，大規模的采光玻璃使用非常普遍，而由于建筑用玻璃的傳熱系數比砌體結構外墻要高，所以冬季居室的熱能從窗戶上經過熱傳導、對流和輻射再到達室內，由此造成整體建筑的熱能損失增大。

1.2玻璃幕墻的氣密性

玻璃幕墻的氣密性關系著幕墻的保溫技能效果，在幕墻設計中，存在著門窗等連通室外的結構，其主要功能有：出行、采光以及通風換氣等。因此，對于玻璃幕墻的門窗設計應嚴格要求其使用靈活性以及關閉后的氣密性。尤其是在嚴寒地帶，玻璃幕墻的氣密性嚴重影響其保溫性能。所以，在玻璃幕墻的設計中，既要確保門窗結構的合理性，同時還要確保其氣體密閉的實效性。

1.3外界陽光的輻射性

玻璃的節能，主要是利用熱功特性、玻璃層數、中空玻璃的熱阻隔層、中空層的介質、中空層間隙框的材料、中空層間隙框的密封性等因素來達到阻止冷熱空氣間的熱傳遞以及熱對流作用。目前，已運用于工業生產、生活中的中空玻璃主要是通過對其電子輻照、熱傳導、熱對流三種方法的熱能傳輸流程加以控制，從而具有一定的節能保溫效果。而低輻射玻璃既能保證正常的透光需求，又能起到一定的熱能阻隔效果。當來自太陽或暖通空調的熱能（紅外線）射向低輻射玻璃時，會被反射回空氣中，而不是通過玻璃傳遞，大大降低了因輻射造成的室內熱能逸散，實現理想的節能效果，減少有害氣體的排放[2]。

2對建筑幕墻節能材料的合理選擇

不論建筑最終選擇何種幕墻體系，最終都是以一個個節點細節和具體材料構筑實現的，要想達到最初的節能預期就要對主要材料和節點措施進行把控。不透明幕墻可以使用多層材料復合的辦法使幕墻達到良好的熱工性能，而透明幕墻則需要根據建筑設計的實際需求進行針對性的節能材料選取。

2.1節能玻璃的選擇

用作幕墻結構的建筑材料一般不承擔建筑負荷，僅起圍護作用，它通常懸掛或鑲嵌在建筑外的金屬框內。用玻璃材料作為幕墻結構，采用鋁合金窗框材質為邊框，玻璃幕墻為外敷表面，再內襯以色熱材質的復合型墻面，并通過結構膠層進行封閉。目前玻璃幕墻施工所使用的主要品種有：2.1.1中空節能玻璃。幕墻的建筑玻璃在選用時，需要根據實際需要，充分考慮新型的環保型玻璃。中空玻璃的基本原理就是利用玻璃的二層間隔，利用粘接劑將兩層或三層玻璃與鋁合金框架進行粘接，然后將玻璃空隙中的空氣吸出加干燥劑或充以惰性氣體，以保證玻璃具備高熱工高隔音的性能。也有將中間空氣抽成真空的真空玻璃，但造價較高一般比較少用。另外在中空玻璃內層普通白玻上鍍上了銀離子等金屬化合物膜，就形成了Low-E玻璃。這層膜具有反射紫外線，透過可見光的效果，使玻璃具有更好的節能效果。于是中空Low-E玻璃是玻璃幕墻中采用較多的玻璃品種。設計可以根據不同地域和節能需求選擇不同厚度、不同層數、不同透射度、不同熱工系數的玻璃，賦予建筑設計更高靈活度。2.1.2鍍膜、光電玻璃。建筑設計中，玻璃幕墻不但要顧及使用功能，還需要兼顧到建筑美感的藝術特點。而現如今，要求綠色節能幾乎是現代建筑的基本要求。玻璃幕墻經過了多種新興技術材料與工藝改良，不但達到了綠色節能效應，也同時擁有了不錯的美感效應。因此設計者能夠利用鍍膜玻璃來達到遮蔽建筑外部光污染的功效，但同時也不直接影響建筑室內的通風遮陽、保溫隔熱等功效，并保證建筑總體美感性。此外，由于科學技術水平的提升，節能型光電科技的發展也推動了玻璃幕墻等節能技術的深入發展，包括了太陽能照明等新產品的使用，通過采集自然光的光電效應而產生能量，這個在前面光電幕墻中有提及。2.1.3新型特性玻璃。除以上幕墻設計常用的幕墻玻璃，現在中國國內也已有研發一些新型建筑材料。如利用印花或彩釉制作玻璃，使用金銀制絲線和彩繪印文構成不透明的圖形，并且放置在高層建筑上，可以自然地形成玻璃幕墻起到美感設計效果，并且起到一定遮陽效果，此外相對于光電色彩的燈光秀要相應節約資源。

2.2幕墻型材的選擇

當前我國國內的玻璃幕墻，一般有明框、半隱框、隱框、點式幕墻和全玻璃幕墻等。要提高幕墻的節能性能，幕墻框材和配套的密封膠則是不可遺漏的重點。選型時要依據各地的氣候狀況，并充分考慮美觀、實用性、耐久性等因素。幕墻型材主要是保證建筑幕墻的力學性能，如硬度（承載力）、強度和穩定性等要求，但同時也要符合美觀和耐久性的需要。對于合金節能材料的選取，主要有以下幾點要求：（1）幕墻型材材料的強度要求，幕墻型材的強度需滿足《玻璃幕墻工程技術規范》[3]中的要求。（2）對幕墻型材的加工強度與穩定性問題要求。（3）幕墻型材的耐久性能要求。（4）幕墻型材的熱工性要求。綜合來說需要充分考慮其強度及結構穩定性，比如目前高層建筑基本上已經不再容許使用隱框幕墻的做法。耐久性主要來自表面的保護層，通常有氟碳噴涂，氟碳滾涂，陽極氧化等，可根據具體情況選取。為增加其熱工性能，就需要采用新的改良構造，例如加入斷橋。

3建筑綠色環保節能幕墻所應用的綠色節能技術

3.1在采光、通風中的應用

綠色節能幕墻在采光上，一般鼓勵采用自然光源，對其加以適當利用。燈光系統作為建筑物中的關鍵組成部分，功率也比較大，工作時發生的廢熱、冷負荷等都會使能耗大大地增加。所以應按照綠色建筑設計理念，將自然光與人工光采用智能控制充分結合，在保證舒適度的同時，降低能耗。室內空氣流動度不好，勢必影響到空間舒適性。對于室內通風工程設計，主要有機械與自然兩類。幕墻建筑設計多承載了外圍護的功能，在機械通風設計時，須根據新風量的特點科學合理地設計新風入口，以確保風口避開污染物源[4]。天然通風設計則多以熱壓或風壓為主要動能，無須耗費機器能量，在綠色建設中技術可行的前提下最宜推廣。3.1.1開啟扇的設計。對于幕墻開啟扇的產品設計來說，可設置長期性的或臨時性的遮陽，在大自然通氣的流程中，必然會對居室外的熱交流產生特定程度的影響，這就需要在產品設計打開扇時，需要根據現場的氣候要求，合理設定打開扇的開啟方式和尺寸，并考慮能源損耗對空氣質量的控制。3.1.2熱通道通風。在幕墻系統中利用設計設置空腔，使其具有熱力管道的效果，這樣就可以使用太陽光產生熱力，為建筑物內的通風提供熱力空氣壓及通風動力，保證通風效果。

3.2遮陽技術的應用——動態幕墻的特殊做法

在所有幕墻體系中有一個不可或缺的組成部分就是遮陽體系。它有時候被整合在幕墻體系之內作為幕后英雄，有時候又會被強調獨立出來，成為幕墻中最明顯的存在。在提供環保綠色性能的同時，賦予建筑獨特的視覺風格，成為設計的新寵。按照各地的氣候特性及其建筑物的應用特點，可將遮陽作為固定的或臨時的。長期性的是在玻璃幕墻內部安裝不同形狀的防曬板和遮陽窗簾，而臨時的則是在玻璃的內部安裝輕型的布簾、竹簾、軟百葉、帆布篷等。在永久性的遮陽裝置中，按其結構是否可變，又可分成固定式與活動式兩類。固定式通常根據一年的太陽運動軌跡找到最平衡的角度，以兼顧冬季的陽光透入及夏季遮陽。活動式的遮陽則可以根據不同季節的變化，甚至根據一日的時間變化及其上空的陰晴狀況，隨時調節遮陽板的角度，為室內提供舒適的光環境，并達到節能減排的效果。最近幾年隨著智能技術的發展，立面遮陽與環境的互動更顯智能，一個個帶有變化立面幕墻遮陽體系的建筑如春筍般不斷涌現。

4新型建筑環保節能幕墻設計中的應用

4.1雙層動態節能幕墻

雙層動態節能幕墻又名熱通道幕墻，指的是由雙層構造所組合而成的這種幕墻類型。該種幕墻主要由以下五個構造所組成，依次是出風、入風、遮陽、內層、外層。通常情況下，內部窗戶的開啟功能和外部幕墻進風口和出風口功能均可以調節，同時，內部外墻還能夠提供遮蔽功能，即便在不良環境下，內部窗戶也可以正常通過雙層間隔空腔進行通風。一般這種幕墻構造按照通風機理加以分類，可以大致包括為兩類，即自然通風和強制通氣。雙層幕墻一般有開放型與全封閉二個完全不同的設計方案。熱管道則是指在二層玻璃幕墻之間所設有的進風與排風設備的熱緩沖區，內部還含有百葉設備和檢測光線溫度變化的檢測器。夏季酷暑時，可運用熱煙囪效應所形成的氣流排掉熱管道內的炎熱氣流，同時由于內側幕墻呈敞開型，可對開啟扇外側的壓差系數進行有效運用，產生熱氣流，從而實現通風；冬季嚴寒時，可運用供熱管道的溫室效果提升內側幕墻的表層氣溫，從而降低供暖功耗。雙層動態節能幕墻主要包含了如下幾項技術特性：（1）夏季隔熱通風、冬季保溫的功能。（2）能夠達到煙囪效果和室內空氣動力熱壓技術原理的高效利用，即使清新室內空氣也進入居室，能夠使污濁的廢氣迅速排出室內外，同時減少了塵埃進入居室，所以其營造綠色環境功能也很好。（3）隔音降噪技術，通過雙層的動態節能幕墻可以有效隔離噪聲，給室內工作人員提供一種安靜空間氣氛。（4）采光能力，可以通過相關措施在保證可見光的前提下，降低紫外線的透入。部分雙層動態節能幕墻可以按照用戶的相關要求調節采光，從而提供舒適的室內光環境。

4.2光電幕墻

光電幕墻的主要功能就是在保證隔熱隔音的前提下，實現太陽能發電屬于一種新型建筑幕墻。這種幕墻技術是將太陽能光伏技術與建筑幕墻技術相結合形成的。可以對傳統太陽光發電技術加以合理地利用。通過這個方式得到的自然能量也屬于凈能源，在發電的時期既沒有產生珍貴自然能量的耗費，也沒有產生廢氣問題、噪聲問題與污染等情況。在陽光的照耀下，光伏幕墻產生的主要是直流電。所有的光伏發電板產生的能量在多極集電管以及整流環節等技術后，經由變壓器轉變形成交流電，并向整個電能網中傳遞[5]。隨著技術的發展除了最早的光伏板，目前還有柔性的光電膜以供選擇。從外觀效果上來看也可以有透明的視覺效果，為設計師提供了更多選擇，在滿足建筑立面通透性的前提下，為建筑提供綠色清潔的能源供應。

4.3生態幕墻

生態化幕墻構造則指借用主動式環保技術構成建筑的維護結構，實現建筑與環境的生態化交互，達到節能減排，甚至零能耗的一類幕墻建筑構造。生態化幕墻構造屬外圍構造，主要應用于生態化建筑物中，其主要功能為創造建筑內部生態環境。生態化幕墻構造采用了現代化技術手段，借助利用生物氣候的緩沖層，不僅達到對各種資源的合理開發利用與環境保護，而且有效降低環境污染。生態幕墻作為新的一種幕墻形態，整合了最新的科技及智能控制系統，遵循與大自然和諧共生的原則，在保護環境的基礎上對自然環境資源進行有效利用，用科技的手段，重新詮釋和體現了新形式的“天人合一”。不僅從物質角度實現綠色環保，而且從文化層面也豐富了綠色生活的內涵。

5結語

節能環保和綠色低碳已成為建筑幕墻發展的必然趨勢。普通的建筑幕墻需要通過各種措施提高其環保性能。但更重要的是，伴隨科技進步，越來越多的主動性能源措施會被植入建筑幕墻的設計。雙層幕墻，能源幕墻，生態幕墻等都會逐漸普及，實現建筑與環境的生態化交互。建筑幕墻將不再是單一的建筑物圍護結構，而是一個與自然融合在一起的復雜系統，以支持內部的空間與人類活動。其中的環保系統可以捕捉自然的力量以產生能量，結合智能控制系統成為更加環保低碳的環保節能系統。

參考文獻

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[3]JGJ102-2003.玻璃幕墻工程技術規范(附條文說明)[S].

[4]王亞志.影響幕墻門窗節能的因素分析[J].城市建設理論研究(電子版),2015(16):6685-6687.

[5]魏俊強,鄭麗.簡述綠色環保節能幕墻的動態節能技術[J].建材與裝飾,2017(39):45-46.

作者:劉睿峰 單位:上海昂特建筑設計咨詢有限公司