建筑綠色環(huán)保節(jié)能幕墻技術(shù)淺析

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【摘要】近年來，社會環(huán)境的污染問題愈加嚴(yán)重，環(huán)境保護(hù)問題得到廣泛關(guān)注。建筑行業(yè)快速發(fā)展，幕墻技術(shù)在建筑工程中運(yùn)用越來越多，人們對于建筑幕墻的綠色、環(huán)保、節(jié)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(huán)保節(jié)能幕墻及動態(tài)節(jié)能幕墻技術(shù)進(jìn)行剖析，探討了我國綠色生態(tài)環(huán)境節(jié)能型幕墻工程中節(jié)能減排的關(guān)鍵問題及動態(tài)發(fā)展相關(guān)技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】綠色環(huán)保節(jié)能；建筑幕墻；動態(tài)節(jié)能技術(shù)

0引言

隨著社會、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的不斷突破，各種燃料的開采量逐年增加，在社會各行各業(yè)中出現(xiàn)能源危機(jī)現(xiàn)象。其中建筑行業(yè)相關(guān)的能耗占其中很大比重，尤其需要重視。據(jù)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(shù)據(jù)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(jié)能環(huán)保綠色建筑成為建筑發(fā)展的必然趨勢。文明建設(shè)已納入我國現(xiàn)代化建設(shè)的總體布局，建筑領(lǐng)域的低碳節(jié)能設(shè)計(jì)和綠色建筑生態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)是我國“十三五”規(guī)劃的重要發(fā)展任務(wù)，在“十四五”規(guī)劃中也被重視探討。根據(jù)當(dāng)下的環(huán)境保護(hù)情形，我國提出要堅(jiān)持“全國統(tǒng)籌、節(jié)約優(yōu)先、雙輪驅(qū)動、內(nèi)外暢通、防范風(fēng)險”的工作原則；構(gòu)建綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系、提升能源利用效率、提高非化石能源消費(fèi)比重、降低二氧化碳排放水平、提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力等五方面主要目標(biāo)[1]。建筑領(lǐng)域的低碳節(jié)能和綠色建筑生態(tài)節(jié)能是全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措，是實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)的重要途徑。我國不斷推行低能耗“碳達(dá)峰，碳中和”政策，推動了更多科學(xué)環(huán)保的建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)，促進(jìn)了全新的綠色建筑環(huán)保節(jié)能建筑幕墻工程技術(shù)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(huán)節(jié)在于受采光部分負(fù)面影響，無法使用其他的墻體保溫措施方法，所以必須相應(yīng)控制采光面積，并對可能產(chǎn)生的能耗加以考慮。面對透明采光和保溫節(jié)能兩種相互沖突的要求，應(yīng)綜合多方因素面對其各自的優(yōu)勢弊端作一次客觀評估，在滿足最低窗墻比條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r及功能和美學(xué)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(yīng)在設(shè)計(jì)初期就加入節(jié)能環(huán)保的理念。

1.1玻璃幕墻具有傳導(dǎo)性

現(xiàn)代建筑中，大規(guī)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(shù)比砌體結(jié)構(gòu)外墻要高，所以冬季居室的熱能從窗戶上經(jīng)過熱傳導(dǎo)、對流和輻射再到達(dá)室內(nèi)，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(guān)系著幕墻的保溫技能效果，在幕墻設(shè)計(jì)中，存在著門窗等連通室外的結(jié)構(gòu)，其主要功能有：出行、采光以及通風(fēng)換氣等。因此，對于玻璃幕墻的門窗設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格要求其使用靈活性以及關(guān)閉后的氣密性。尤其是在嚴(yán)寒地帶，玻璃幕墻的氣密性嚴(yán)重影響其保溫性能。所以，在玻璃幕墻的設(shè)計(jì)中，既要確保門窗結(jié)構(gòu)的合理性，同時還要確保其氣體密閉的實(shí)效性。

1.3外界陽光的輻射性

玻璃的節(jié)能，主要是利用熱功特性、玻璃層數(shù)、中空玻璃的熱阻隔層、中空層的介質(zhì)、中空層間隙框的材料、中空層間隙框的密封性等因素來達(dá)到阻止冷熱空氣間的熱傳遞以及熱對流作用。目前，已運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)、生活中的中空玻璃主要是通過對其電子輻照、熱傳導(dǎo)、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(jié)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(dāng)來自太陽或暖通空調(diào)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(nèi)熱能逸散，實(shí)現(xiàn)理想的節(jié)能效果，減少有害氣體的排放[2]。

2對建筑幕墻節(jié)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(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)和具體材料構(gòu)筑實(shí)現(xiàn)的，要想達(dá)到最初的節(jié)能預(yù)期就要對主要材料和節(jié)點(diǎn)措施進(jìn)行把控。不透明幕墻可以使用多層材料復(fù)合的辦法使幕墻達(dá)到良好的熱工性能，而透明幕墻則需要根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的實(shí)際需求進(jìn)行針對性的節(jié)能材料選取。

2.1節(jié)能玻璃的選擇

用作幕墻結(jié)構(gòu)的建筑材料一般不承擔(dān)建筑負(fù)荷，僅起圍護(hù)作用，它通常懸掛或鑲嵌在建筑外的金屬框內(nèi)。用玻璃材料作為幕墻結(jié)構(gòu)，采用鋁合金窗框材質(zhì)為邊框，玻璃幕墻為外敷表面，再內(nèi)襯以色熱材質(zhì)的復(fù)合型墻面，并通過結(jié)構(gòu)膠層進(jìn)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(jié)能玻璃。幕墻的建筑玻璃在選用時，需要根據(jù)實(shí)際需要，充分考慮新型的環(huán)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(jìn)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(nèi)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(jié)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(shè)計(jì)可以根據(jù)不同地域和節(jié)能需求選擇不同厚度、不同層數(shù)、不同透射度、不同熱工系數(shù)的玻璃，賦予建筑設(shè)計(jì)更高靈活度。2.1.2鍍膜、光電玻璃。建筑設(shè)計(jì)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(shù)特點(diǎn)。而現(xiàn)如今，要求綠色節(jié)能幾乎是現(xiàn)代建筑的基本要求。玻璃幕墻經(jīng)過了多種新興技術(shù)材料與工藝改良，不但達(dá)到了綠色節(jié)能效應(yīng)，也同時擁有了不錯的美感效應(yīng)。因此設(shè)計(jì)者能夠利用鍍膜玻璃來達(dá)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(nèi)的通風(fēng)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(xué)技術(shù)水平的提升，節(jié)能型光電科技的發(fā)展也推動了玻璃幕墻等節(jié)能技術(shù)的深入發(fā)展，包括了太陽能照明等新產(chǎn)品的使用，通過采集自然光的光電效應(yīng)而產(chǎn)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(shè)計(jì)常用的幕墻玻璃，現(xiàn)在中國國內(nèi)也已有研發(fā)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(gòu)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(shè)計(jì)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(yīng)節(jié)約資源。

2.2幕墻型材的選擇

當(dāng)前我國國內(nèi)的玻璃幕墻，一般有明框、半隱框、隱框、點(diǎn)式幕墻和全玻璃幕墻等。要提高幕墻的節(jié)能性能，幕墻框材和配套的密封膠則是不可遺漏的重點(diǎn)。選型時要依據(jù)各地的氣候狀況，并充分考慮美觀、實(shí)用性、耐久性等因素。幕墻型材主要是保證建筑幕墻的力學(xué)性能，如硬度（承載力）、強(qiáng)度和穩(wěn)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(jié)能材料的選取，主要有以下幾點(diǎn)要求：（1）幕墻型材材料的強(qiáng)度要求，幕墻型材的強(qiáng)度需滿足《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》[3]中的要求。（2）對幕墻型材的加工強(qiáng)度與穩(wěn)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(qiáng)度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，比如目前高層建筑基本上已經(jīng)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(hù)層，通常有氟碳噴涂，氟碳滾涂，陽極氧化等，可根據(jù)具體情況選取。為增加其熱工性能，就需要采用新的改良構(gòu)造，例如加入斷橋。

3建筑綠色環(huán)保節(jié)能幕墻所應(yīng)用的綠色節(jié)能技術(shù)

3.1在采光、通風(fēng)中的應(yīng)用

綠色節(jié)能幕墻在采光上，一般鼓勵采用自然光源，對其加以適當(dāng)利用。燈光系統(tǒng)作為建筑物中的關(guān)鍵組成部分，功率也比較大，工作時發(fā)生的廢熱、冷負(fù)荷等都會使能耗大大地增加。所以應(yīng)按照綠色建筑設(shè)計(jì)理念，將自然光與人工光采用智能控制充分結(jié)合，在保證舒適度的同時，降低能耗。室內(nèi)空氣流動度不好，勢必影響到空間舒適性。對于室內(nèi)通風(fēng)工程設(shè)計(jì)，主要有機(jī)械與自然兩類。幕墻建筑設(shè)計(jì)多承載了外圍護(hù)的功能，在機(jī)械通風(fēng)設(shè)計(jì)時，須根據(jù)新風(fēng)量的特點(diǎn)科學(xué)合理地設(shè)計(jì)新風(fēng)入口，以確保風(fēng)口避開污染物源[4]。天然通風(fēng)設(shè)計(jì)則多以熱壓或風(fēng)壓為主要動能，無須耗費(fèi)機(jī)器能量，在綠色建設(shè)中技術(shù)可行的前提下最宜推廣。3.1.1開啟扇的設(shè)計(jì)。對于幕墻開啟扇的產(chǎn)品設(shè)計(jì)來說，可設(shè)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(chǎn)生特定程度的影響，這就需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)打開扇時，需要根據(jù)現(xiàn)場的氣候要求，合理設(shè)定打開扇的開啟方式和尺寸，并考慮能源損耗對空氣質(zhì)量的控制。3.1.2熱通道通風(fēng)。在幕墻系統(tǒng)中利用設(shè)計(jì)設(shè)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(chǎn)生熱力，為建筑物內(nèi)的通風(fēng)提供熱力空氣壓及通風(fēng)動力，保證通風(fēng)效果。

3.2遮陽技術(shù)的應(yīng)用——動態(tài)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(nèi)作為幕后英雄，有時候又會被強(qiáng)調(diào)獨(dú)立出來，成為幕墻中最明顯的存在。在提供環(huán)保綠色性能的同時，賦予建筑獨(dú)特的視覺風(fēng)格，成為設(shè)計(jì)的新寵。按照各地的氣候特性及其建筑物的應(yīng)用特點(diǎn)，可將遮陽作為固定的或臨時的。長期性的是在玻璃幕墻內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)是否可變，又可分成固定式與活動式兩類。固定式通常根據(jù)一年的太陽運(yùn)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?；顒邮降恼陉杽t可以根據(jù)不同季節(jié)的變化，甚至根據(jù)一日的時間變化及其上空的陰晴狀況，隨時調(diào)節(jié)遮陽板的角度，為室內(nèi)提供舒適的光環(huán)境，并達(dá)到節(jié)能減排的效果。最近幾年隨著智能技術(shù)的發(fā)展，立面遮陽與環(huán)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(xiàn)。

4新型建筑環(huán)保節(jié)能幕墻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1雙層動態(tài)節(jié)能幕墻

雙層動態(tài)節(jié)能幕墻又名熱通道幕墻，指的是由雙層構(gòu)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(gòu)造所組成，依次是出風(fēng)、入風(fēng)、遮陽、內(nèi)層、外層。通常情況下，內(nèi)部窗戶的開啟功能和外部幕墻進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口功能均可以調(diào)節(jié)，同時，內(nèi)部外墻還能夠提供遮蔽功能，即便在不良環(huán)境下，內(nèi)部窗戶也可以正常通過雙層間隔空腔進(jìn)行通風(fēng)。一般這種幕墻構(gòu)造按照通風(fēng)機(jī)理加以分類，可以大致包括為兩類，即自然通風(fēng)和強(qiáng)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(shè)計(jì)方案。熱管道則是指在二層玻璃幕墻之間所設(shè)有的進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)設(shè)備的熱緩沖區(qū)，內(nèi)部還含有百葉設(shè)備和檢測光線溫度變化的檢測器。夏季酷暑時，可運(yùn)用熱煙囪效應(yīng)所形成的氣流排掉熱管道內(nèi)的炎熱氣流，同時由于內(nèi)側(cè)幕墻呈敞開型，可對開啟扇外側(cè)的壓差系數(shù)進(jìn)行有效運(yùn)用，產(chǎn)生熱氣流，從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)；冬季嚴(yán)寒時，可運(yùn)用供熱管道的溫室效果提升內(nèi)側(cè)幕墻的表層氣溫，從而降低供暖功耗。雙層動態(tài)節(jié)能幕墻主要包含了如下幾項(xiàng)技術(shù)特性：（1）夏季隔熱通風(fēng)、冬季保溫的功能。（2）能夠達(dá)到煙囪效果和室內(nèi)空氣動力熱壓技術(shù)原理的高效利用，即使清新室內(nèi)空氣也進(jìn)入居室，能夠使污濁的廢氣迅速排出室內(nèi)外，同時減少了塵埃進(jìn)入居室，所以其營造綠色環(huán)境功能也很好。（3）隔音降噪技術(shù)，通過雙層的動態(tài)節(jié)能幕墻可以有效隔離噪聲，給室內(nèi)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(guān)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(tài)節(jié)能幕墻可以按照用戶的相關(guān)要求調(diào)節(jié)采光，從而提供舒適的室內(nèi)光環(huán)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(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電屬于一種新型建筑幕墻。這種幕墻技術(shù)是將太陽能光伏技術(shù)與建筑幕墻技術(shù)相結(jié)合形成的?？梢詫鹘y(tǒng)太陽光發(fā)電技術(shù)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(fā)電的時期既沒有產(chǎn)生珍貴自然能量的耗費(fèi)，也沒有產(chǎn)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(chǎn)生的主要是直流電。所有的光伏發(fā)電板產(chǎn)生的能量在多極集電管以及整流環(huán)節(jié)等技術(shù)后，經(jīng)由變壓器轉(zhuǎn)變形成交流電，并向整個電能網(wǎng)中傳遞[5]。隨著技術(shù)的發(fā)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(shè)計(jì)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(yīng)。

4.3生態(tài)幕墻

生態(tài)化幕墻構(gòu)造則指借用主動式環(huán)保技術(shù)構(gòu)成建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)建筑與環(huán)境的生態(tài)化交互，達(dá)到節(jié)能減排，甚至零能耗的一類幕墻建筑構(gòu)造。生態(tài)化幕墻構(gòu)造屬外圍構(gòu)造，主要應(yīng)用于生態(tài)化建筑物中，其主要功能為創(chuàng)造建筑內(nèi)部生態(tài)環(huán)境。生態(tài)化幕墻構(gòu)造采用了現(xiàn)代化技術(shù)手段，借助利用生物氣候的緩沖層，不僅達(dá)到對各種資源的合理開發(fā)利用與環(huán)境保護(hù)，而且有效降低環(huán)境污染。生態(tài)幕墻作為新的一種幕墻形態(tài)，整合了最新的科技及智能控制系統(tǒng)，遵循與大自然和諧共生的原則，在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上對自然環(huán)境資源進(jìn)行有效利用，用科技的手段，重新詮釋和體現(xiàn)了新形式的“天人合一”。不僅從物質(zhì)角度實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，而且從文化層面也豐富了綠色生活的內(nèi)涵。

5結(jié)語

節(jié)能環(huán)保和綠色低碳已成為建筑幕墻發(fā)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(huán)保性能。但更重要的是，伴隨科技進(jìn)步，越來越多的主動性能源措施會被植入建筑幕墻的設(shè)計(jì)。雙層幕墻，能源幕墻，生態(tài)幕墻等都會逐漸普及，實(shí)現(xiàn)建筑與環(huán)境的生態(tài)化交互。建筑幕墻將不再是單一的建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而是一個與自然融合在一起的復(fù)雜系統(tǒng)，以支持內(nèi)部的空間與人類活動。其中的環(huán)保系統(tǒng)可以捕捉自然的力量以產(chǎn)生能量，結(jié)合智能控制系統(tǒng)成為更加環(huán)保低碳的環(huán)保節(jié)能系統(tǒng)。

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作者:劉睿峰 單位:上海昂特建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司