談幕墻節能的現狀與發展

  　五、幕墻節能的現狀與未來展發展
  　珍貴的能源是人類社會得以生存和發展的基礎，能源危機的陰影一直籠罩著我們。從上世紀五、六十年代以來，臭氧層破壞、溫室效應、酸雨等系列全球性環境問題日益突出。人們已逐步認識到保護我們賴以生存的地球環境是關系到人類生死存亡的迫切任務。因此，節約能源和保護環境已成為當前人類社會尋求可持續良性發展的主題之一。環保要求節能，節能促進環保。建筑節能成為世界性潮流，在制造、使用過程中造成的地球環境負荷最小，有利于人類健康。它滿足可持續發展的需要，做到了發展與環境的統一。作為現代建筑的象征，玻璃幕墻在世界范圍內得到了越來越廣泛的應用。外窗(含透明幕墻，采光頂)在內的建筑外圍護結構綜合考慮占建筑能耗的40%以上。所以，外窗(含透明幕墻，采光頂)的節能和環保問題顯得極為重要。

　 隨著科學技術的高速發展和國民經濟不斷增長的需要，建筑幕墻行業得到迅猛發展，建筑幕墻技術飛速進步，各種新型建筑幕墻層出不窮，建筑幕墻正日益成為高技術含量的智能型產品，其節能環保技術取得了顯著進步。

  　1、透明幕墻的功能
  　作為建筑物的一種外圍護結構，透明幕墻的功能要求主要有以下幾個方面：

  　(1)滿足結構強度及安全性要求；

  　(2)控制熱量傳遞；

  　(3)控制空氣交換；

  　(4)控制日光照射；

  　(5)控制凝結水汽；

  　(6)控制雨水滲透；

  　(7)控制噪聲；

  　(8)控制火災；

  　(9)建筑美學功能；

  　(10)滿足經濟性要求。

  　幕墻的以上各個功能之間既相互獨立，又相互聯系，如對熱量傳遞的控制會涉及到對空氣交換（空氣滲透性能）和日光照射（太陽輻射得熱）的控制，而對空氣交換的控制主要注重室內環境的換氣，通風要求，對日光照射的控制注重解決自然采光、視野通透、消除眩光等問題。它們既相輔相成，又彼此矛盾甚至沖突。只有經過對具體使用環境、影響因素的系統分析，對各功能要求進行仔細的平衡、折衷，才有可能設計出最為適用的幕墻產品。每一個成功的幕墻工程從根本上講都是綜合折衷的產物。幕墻節能、環保性能的提高，主要是通過改善幕墻的熱量傳遞、空氣交換、日光照射、噪聲控制等功能來實現的。在確保幕墻結構的安全性以及其他物理性功能要求的同時，大力改善上述功能，可以為人們提供更舒適、更經濟的工作環境和居住環境。

  　2、現階段的透明幕墻節能環保技術
  　從目前來看，國內外幕墻行業在節能方面的工作大都還停留在消極設防的設計思想階段，致力于提高玻璃幕墻的隔熱保溫性能�，F階段提高玻璃幕墻節能保溫性能的主要措施有：

  　(1)鍍膜玻璃、Low-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃等玻璃處理技術；

  　(2)鋁塑復合材料、“斷熱橋”型材等高熱阻材料應用技術；

  　(3)減少開啟窗扇面積、提高密封膠性能、改進節點密封性能等降低空氣滲透熱損失技術；

  　(4)采用百頁、格柵等遮陽設施，以減少太陽輻射得熱等。

  　以上各種保溫措施原理比較簡單，實施也比較方便。采用這些技術的幕墻結構傳熱系數由普通單層白玻璃幕墻的大于5W/(m2K)降到了3W/(m2K)以下。國內外大量工程的多年應用實踐表明，節能效果明顯，尤其是在高寒地區，如北歐、加拿大等地，該類技術趨于成熟，已經成為幕墻工程的主流技術。該類技術在我國的北方地區得到應用。

  　3、玻璃幕墻環保節能技術最新進展
  　目前國際上最新的玻璃幕墻節能環保思想追求設計功能的主動性和積極性，變被動設防為主動利用能源。玻璃幕墻節能熱工設計的發展總趨向是：對于以采暖供熱為主的幕墻追求達到溫室效應，對于以空調制冷為主的幕墻追求達到冷房效果。為了達成這種效果，近幾年來很多值得關注的幕墻節能新技術得到了發展。這主要體現在各種高性能幕墻玻璃和新穎幕墻結構以及對太陽能的主動利用等三個方面。

  　(1)新型玻璃技術
  　近幾年出現的先進玻璃環保、節能技術主要有：

  　陽光輻射控制玻璃
  　這類技術通過改變玻璃的光學特性來實現對太陽能輻射的選擇性屏蔽或利用來達到環保節能效果，主要有：

  　光譜選擇透過性玻璃(Spectrally Selective Glazing)
  　該種技術實際上是Low-E玻璃、熱反射玻璃等技術的延伸。簡單的講，它就是通過在玻璃表面覆蓋一層或幾層特殊材料涂層，使得玻璃對不同波長的太陽輻射或者熱輻射真有不同的透過率。采用該技術，經過細心“調制”，可以令玻璃具有滿足人們特定需要的透過特性。如可以使得太陽輻射中的可見光成分最大量的通過同時阻擋具有較高熱量的紫外線或者紅外線成分，從而最大限度的利用自然光照亮室內，又把輻射的熱能阻擋在室外（或者室內），于是從采光和制冷（或者采暖）兩方面同時起到了節能效果。也可以使用它相反的特性，阻擋可見光，透過熱量，從而適用于太陽高度較低的高緯度地區以消除進入室內的眩光同時充分利用太陽輻射熱來加溫室內空氣。目前，國外光譜選擇透過性玻璃的可見光透過率(Vision Transmittance)與太陽輻射能透過率(Solar Heat Gain Coefficient)之比可達到2.0。

  　透過率可調玻璃(Switchable Glazing)
  　該種玻璃隨環境改變自身的透過特性，可以實現對太陽輻射能量的有效控制，從而滿足節能要求。根據玻璃特性改變的機理不同，這種可調玻璃又可分為熱致變色玻璃、光致變色玻璃和電致變色玻璃。所謂熱致變色就是玻璃隨著溫度升高而透過率降低，光致變色就是玻璃隨光強增大而透過率降低，電致變色則是當有電流通過的時候玻璃透過率降低。以上過程都是可逆的。這其中，光致色變玻璃和電致色變玻璃尤為引起幕墻行業人士的關注，尤其是電致色變玻璃由于可以人為控制其改變的過程和程度，已經在幕墻工程上得到實驗性的應用。目前，光致色變玻璃的可見光透過率可以在75%～25%的范圍內變化，太陽輻射能透過率的變動范圍是53%～23%。而電致變色玻璃可以在5分鐘內實現可見光透過率67%～10%，太陽輻射能透過率66%～10%的變化。

　 隔熱玻璃
  　近年來，在中空玻璃技術的基礎上，一些新型的隔熱玻璃不斷出現，主要有：

  　A．惰性氣體隔熱玻璃
  　通過在中空玻璃的空腔內充入惰性氣體，可以得到更高隔熱性能的玻璃。目前國外已經出現了充氪氣的4-8-4-8-4三層中空玻璃，結合Low-E技術，它的傳熱系數可以達到0.7W/m2K。

  　B．氣凝膠隔熱玻璃
  　氣凝膠是一種多孔性的硅酸鹽凝膠，95%（體積比）為空氣。由于它內部的氣泡十分細小(小于20mm)，所以具有良好的隔熱性能，同時又不會阻擋、折射光線（顆粒遠小于可見光波長），具有均勻透光的外觀。把這種氣凝膠注入中空玻璃的空腔，可以得到傳熱系數小于0.7W/m2K的隔熱玻璃組件。該種物質長時間使用后的沉降現象是目前限制它大范圍商業應用的主要因素。

  　C．真空隔熱玻璃
  　通過把中空玻璃空腔里的空氣抽走，消除掉空腔內部的對流和傳導傳熱，可以獲得更好的隔熱效果。這種玻璃的空腔很窄，一般為0.5～2.0mm，兩層玻璃之間用一些均勻分布的支柱分開。通過附加Low-E涂層改善其輻射特性，真空隔熱玻璃的傳熱系數已經達到0.5W/m2K。這種隔熱玻璃相對于其他的隔熱玻璃而言，具有厚度上、重量輕的優點，但生產工藝較為復雜，中間小立柱的存在也影響了它的外觀，在一定程度上限制了它在幕墻、門窗上的應用。

  　隔聲玻璃
  　幕墻、門窗的隔聲降噪性能無論對于創造舒適的室內環境還是減少室內噪聲對環境的污染來講都是至關重要的。目前國外已經出現了一種新型PVB材料，使用該種PVB的夾層玻璃的隔聲性能提高5～15dB。

  　自清潔玻璃
  　玻璃幕墻表面，尤其是采光、觀景部位的玻璃表面的積灰、水銹甚至是冷凝積水是一件令人頭疼的事情，需要經常清洗。該問題的解決方法。通過在玻璃內植入電熱夾層，使用微弱電流就可以加熱表面玻璃，從而防止冷凝現象。玻璃表面可以敷加不粘涂層，防止積灰；或者接觸反應涂層。

  　玻璃幕墻在建筑圍護結構中是熱交換最活躍、最敏感的部位，其熱交換熱損失與混凝土或磚混砌體相比，要大5～6倍，這就使它在節能技術方面受到越來越多的重視。

  　玻璃幕墻節能技術發展動向
  　玻璃幕墻熱工設計的發展趨向是：對于以采暖供熱為主的幕墻追求達到溫室效應，對于以空調制冷為主的幕墻追求達到冷房效果，無論何種幕墻都將追求合理利用太陽能。由光電板系統和幕墻系統組成的光電幕墻的應用將是一個主動利用太陽能的發展方向。

  　歐美國家在建筑節能技術上更多地考慮合理利用太陽能，熱通道換氣幕墻是一個典型的范例。它是利用熱空氣的煙囪效應自然地將熱緩沖層的熱空氣排到室外，并配合中空玻璃內的電動升降窗簾，從而達到良好的隔熱節能效果。在此基礎上，玻璃幕墻飾面材料的光敏、熱敏特性與室內供熱、制冷系統形成計算機自控網絡，達到幕墻熱工效應智能化，幕墻結構體系和太陽能利用體系的一體化，即可達到玻璃幕墻建筑節能的理想形式———智能幕墻。

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