基于节能原理玻璃幕墙的规划探讨
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摘要：现阶段随着我国新时代经济模式的飞速发展，随之带来的建筑行业的崛起与建筑新科技的更新加速，使得我国的房屋建筑体系得到了很好的提升。在建筑维护结构的保温措施上一些发达国家的研究成果已变得越来越成熟，在新的建筑科技的引领下人们的生活环境得到了很大的改善。与此同时人们也在面临着自然资源的缺少、环境的变坏以及各种污染性问题。据调查，我国建筑能源损耗占据总能耗的27.6%，而且呈现出不断上升的势头。所以，减少建筑能源损耗且满足人们的建筑保温结构成为亟待解决的问题。
关键词：建筑玻璃幕墙；规划发展；能源损耗；构造技术
Abstract: Nowadays with the rapid development of economy mode of China's new era, the construction industry technology rise and building new updates faster, making housing system in China has been very good promotion. Research achievements in the building maintenance structure insulation measures in some developed countries have become more and more mature, in the new construction technology under the guidance of people's living environment has been greatly improved. At the same time people are faced with the lack of natural resources, deterioration of the environment and pollution problems. According to the survey, China's building energy consumption accounted for 27.6% of total energy consumption, but also showing a rising trend. So, reduce building energy consumption and meet the people building insulation structure has become an urgent problem to solve.
Keywords: glass curtain wall construction; planning and development; energy loss; construction technology
中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
前言
为此，本文针对在减少建筑能源损耗的前提下对将来的玻璃幕墙的围护结构的具体规划进行论述。
一、国内外建筑玻璃幕墙具体规划研究现状与发展
在全世界的能源危机发生后，人们对于建筑玻璃幕墙在能源损耗上的欠缺，西方发达国家逐渐对加强建筑玻璃幕墙的保温技术开展了深入研发。在八十年代初期成功研发出热通道建筑玻璃幕墙、智能建筑玻璃幕墙。目前的热通道建筑玻璃幕墙,技术中的关键是利用双层建筑玻璃幕墙来达到。建设初期虽然双层建筑玻璃幕墙自身建设投入资金很多，但是此类建筑能够降低建筑装备的资金投放，而且在使用过程中能大量减少建筑中能源的损耗，为子孙后代留下多一份蓝天，所以此类建筑近年越来越多。
近十多年以来，双层建筑玻璃幕墙在发达国家已开始了广泛运用。智能建筑玻璃幕墙和光电建筑玻璃幕墙目前还处于发展的初期，当下，世界范围内已建成的智能建筑玻璃幕墙为数不多。
上世纪九十年代我国的建筑幕墙上才开始使用，当下我们国家显然已发展为世界上建筑幕墙运用和建造的大国，逐渐奔向建筑幕墙主心骨国家。随着绿色、减少能源损耗理念的加深，包括开发商、建筑师等都对双层建筑玻璃幕墙这种新型的、具有显著减少能源损耗成果的幕墙构造倍加注意,同时也在寻找在新建项目中运用。
伴随着全世界范围内的能源危机越来愈严重，能耗严重的建筑玻璃幕墙建筑急需采用减少绿色能源损耗技术来降低能耗,提高建筑的舒适性,甚至希望其能产生能源供建筑损耗。总结国外建筑建筑玻璃幕墙研发过程与经验,我国的建筑玻璃幕墙具体规划和生产也必定要向环保、减少能源损耗与智能化方向进步。
二、建筑幕墙减少能源损耗技术分析
(一) 新型构造技术在建筑幕墙减少能源损耗具体规划中运
在大型公共建筑建筑玻璃幕墙具体规划中,许多新的构造技术得以运用,如双层建筑玻璃幕墙、利用水幕降温的建筑玻璃幕墙、可进行雨水收集的建筑玻璃幕墙等。最能体现利用构造技术来达到绿色减少能源损耗目的的应当首选双层建筑玻璃幕墙。它是目前运用最广泛,减少能源损耗、效果最好,研究最为深入的减少能源损耗建筑玻璃幕墙。
在现代高层建筑的护结构施工中建筑玻璃幕墙的使用已经普遍，护结构是整个建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位,单层建筑玻璃幕墙的能耗约占整个建筑能耗的40%左右。建筑围护结构的保温可以阻断直射阳光透过建筑玻璃进入室内,防止阳光过分照射和加热建筑围护结构,防止直射阳光造成的强烈眩光。在所有的被动式减少能源损耗措施中。建筑围护结构的保温也许是最为立竿见影的有效方法。
建筑玻璃幕墙维护结构的保温系统可以最大程度的减少阳光的直接照射,可有效预防室内温度太高，是建筑防热的主要措施之一。根据保温构件的形状与效果,围护结构的保温一般分为五种形式:水平围护结构的保温、垂直围护结构的保温、综合式围护结构的保温、挡板式围护结构的保温和百叶式围护结构的保温。围护结构的保温措施种类繁多,针对特定的建筑项目的不同地理位置、朝向以及特定的用途,不存在某一种围护结构的保温措施普遍适用的情况。
(二)新型质地在建筑幕墙减少能源损耗具体规划中的运用
在建筑中玻璃幕墙占据很大的地位，而且玻璃幕墙是整个建筑中减少能源损耗的一个关键性环境。伴随着各项科学技术的不断进步，不同功效的建筑玻璃被开发出来，因此建筑中对玻璃幕墙规划中也有了更加严格的标准。一般情况下建筑玻璃幕墙中选用的原材料基本上包括骨架、建筑玻璃和封条。按建筑材料的组成及构造形式分有四种:型钢骨架、铝合金型材骨架、不露骨架结构及无骨架建筑玻璃幕墙。其中不露骨架结构及无骨架建筑玻璃幕墙均无金属框架,其导热系数均有建筑玻璃本身和封条的性能来决定,封条的质地大多为密封胶和密封条。型钢骨架及铝合金型材骨架建筑玻璃幕墙因采用金属框架,容易形成冷桥和热桥,因此,金属框架质地的选定对于建筑玻璃幕墙的减少建筑能源损耗起了很关键的作用。
目前使用的新型断热金属名字各种各样,但是大部分皆在内外两种高导热性的金属框料之间插入低导热性的隔离物,成为有效断热层,隔断了借助门窗框或窗扇型材散失热量的方式,叫做断热型材。断热型材结构合理、结合牢固、强度高、刚性好、热阻大,而且具有优良的隔声减少能源损耗性能、抗风性能和气密水密性能。断热型材早期多用于平开窗,后来逐渐用于有框建筑玻璃幕墙。
(三)控制技术在建筑建筑玻璃幕墙具体规划运用
智能建筑玻璃幕墙是指建筑玻璃幕墙以一种动态的形式,依据外面气候因素的不断更替，自动调整建筑玻璃幕墙的保温、围护结构的保温、通风系统,最大限度地降低建筑物的能源损耗,与此同时将开创出最适宜人们居住的环境，这主要是利用双层建筑玻璃幕墙的方法来达到效果的。智能建筑玻璃幕墙是呼吸式建筑玻璃幕墙的延伸,在智能化建筑的基础上将建筑配套技术适量掌控,将幕墙质地、太阳能有效利用后,通过计算机网络有效的调节室内空气、温度和光线,从而节省了建筑使用中能源的损耗,减少了建筑生产过程中所使用的花费。
智能建筑玻璃幕墙的具体规划是优化整体建筑能耗平衡，其关键性环节是利用外墙构造的结构节能水平,结合建筑技术设备中的相互作用,以达到能源优化效果,智能建筑玻璃幕墙具体规划原则一般有,利用太阳辐射热,节约冬季采暖所需能源;最大限度利用自然采光以减少人工照明;精心组织自然通风与排风系统,以减少同能能耗;利用建筑楼板、墙体的蓄热性和昼夜温差,减少夏季制冷需求量:各种幕墙机制、通风、围护结构的保温、蓄热和建筑空调供暖、通风等相互之间智能配合,争取到经济利益的最大化。
(四)光电技术在建筑玻璃幕墙具体规划中的运用
近些年来，分布式光电效应已发展为整个市场中的重要方面之一，此种发电方式大部分运用在建筑上，可以预测太阳能光电系统一定会变成将来建筑的大的发展方向。假设在大型公共建筑玻璃幕墙中运用太阳能光电效应发电,建筑玻璃幕墙减少能源损耗具体规划将从被动减少能源损耗变为主动产生能量供建筑内部损耗,从而能够彻底解决我国建筑中玻璃幕墙建筑的能源损耗问题。
三、幕墙节能材料的选用
1.玻璃的选用
据目前针对于建筑方面的调查显示，针对建筑物外窗和玻璃幕墙，玻璃面积的占比非常大，因此它可以参与的热交换的面积较大，这样使之成为了幕墙和窗节能的关键部分。伴随着科学技术的发展，新型节能的玻璃材料不断地被研究出来，并得到广泛运用，下面针对一些应用较多的材料进行剖析：
（1）阳光辐射控制玻璃
这类玻璃材料主要是采用改变玻璃的光学特性来实现对太阳能辐射进行选择的技术，该技术能够选择性屏蔽一些辐射，从而能够达到良好的环保节能效果，该类型玻璃主要有光谱选择透过性玻璃和透过率可调玻璃：①光谱选择性透过玻璃，它实际上是Low-E 玻璃和热反射玻璃技术的延伸，即通过在玻璃表层覆盖一层特殊性质的材料涂层，这种玻璃材料能够选择不同波长的太阳辐射和热辐射。②透过率可调玻璃，这种类型的玻璃能够伴随环境的变化来改变自身的透过特性，能够实现对太阳辐射能量的控制，进而达到满足节能的要求。这种玻璃根据其改变特性的机理可以分为热致变色玻璃、电致变色玻璃和光致变色玻璃。这三种类型的玻璃中，光和电致变色玻璃已经引起了幕墙行业相关人士的广泛关注，并且得到了一定的应用。在实际生活中，光致变色玻璃的可见光透过率能够是现在75%-25%范围内变化，太阳能辐射的透过率变动能够实现53%-23%范围内变化，电致变色玻璃在短短的五分钟内可以时间可见光透过率67%-10%以及太阳辐射66%-10%的变化。
（2）隔热玻璃
随着技术的发展，一些新型隔热玻璃在中控技术上不断被研发出来，主要有以下几种：①惰性气体隔热玻璃，这种玻璃是通过往中空玻璃的空腔内注入惰性气体得到的。如今，国外市场上已经出现了充氯气的4mm-8mm-4mm-8mm-4mm 三层中空玻璃，该种玻璃是结合Low-E 技术形成，它的传热系数达到了0.7W/(m2·K)。②气凝胶隔热玻璃，气凝胶是一种多孔性的硅酸盐凝胶，其体积的95%为空气，这种气凝胶中的气泡比较小，一般小于20mm，因此，具有较好的隔热性能，而且还不会阻挡和折射光线，因为其颗粒远小于可见光波长。然而这种气凝胶物质长时间使用后会出现沉降现象，这也是目前限制其大范围商业化应用的主要原因。
2.铝合金型材选用
在选用窗框材料时，需要考虑不同材料的玻璃幕墙和采光顶等外窗的传热系数影响，这个因素是选择材料时不可缺少的条件。目前，一些塑料窗框和木窗框由于本身的传热系数很小，加上其对外窗的传热系数影响也很小，因此在选用作为节能窗框时，很少考虑。相对而言，铝合金和钢窗框等材料本身的导热系数大，加上其对外窗的传热系数影响较大，需要采用断桥处理。这种断桥处理针对铝合金材料来说有很多种，比如，聚酷胶（PA)断热条和聚氨酷（PU）等等，对于一些对保温性能要求非常高的外窗应考虑选择断桥效果较好的铝型材。
四、幕墙节能体系的选用
1.双层幕墙技术
近些年来幕墙行业在开发新型的幕墙结构方面取得不少进展，尤其是双层幕墙技术引人关注，它的节能原理可以总结为循环幕墙由一层玻璃幕墙和一层普通开窗墙体或者双层的玻璃幕墙组成，双层都可以进行上下通风口设置。在夏季的时候，可以打开外层的上下通风口，这样在阳光的照射下其中间空气层温度会升高而出现上浮，从而逐渐形成自上而下的空气流，最终可以达到降低内层表面温度的目的。
在冬季时，把外层的通风口关闭，打开内层的通风口，这样夹层中的空气就会在阳光的照射下不断升高，从而逐渐形成一个小温室，这样能够有效地提高内层玻璃温度，造成室内气体循环，从而慢慢提升室内温度，较少热负荷的要求。与单层玻璃幕墙相比，双层的玻璃幕墙可以节约42%-52%的能源，同时制冷时
可以节约能源38%-60%。
2.节能百页技术
相对于传统的百叶遮阳技术而言，节能的百页是对其进行的有效地改进，传统的建筑中百页要么悬挂在室内要么悬于室外，室内的百页不能够高效的控制室内的热量，室外的百页不能达到循环通风效果，这样对节能效果有非常大的影响。我们知道太阳直射能够对建筑的冷热负荷产生影响，夏季遮阳能够对负荷总价值进行有效地控制，冬季的阳光能够进入室内，这样节能百页能够高效的利用这一特征。使用节能百叶是幕墙改革的一个非常好的方案，它能够适度调节角度，以最佳状态来达到节能的目的。
五、智能化光电建筑玻璃幕墙
建筑光电一体化就是将太阳能光电效应发电技术与楼体的建设结合在一起,运用到建筑的制冷、采暖、照明、电器等能耗活动中,使光伏元器件及系统与建筑物相互结合,融为一体,成为建筑物的有机组成部分。光电一体化是将光电模块与建筑外壳相结合,其模块具有双重功能,既作为建筑外壳部分或全部取代传统建筑外维护材料,也作为发电元件,利用光电效应发电供建筑使用。
光电建筑玻璃幕墙可分为以下几类:
(1)垂直光电幕墙,该类幕墙所谓使用是最为普遍的饿一种，其采用的是光伏组件在是建筑上的运用形式的方式,并且可根据具体规划需要,可以用明、半透明和普通的透明建筑玻璃结合使用, 创造出不同的建筑立面和室内光影效果，增加美观性；
(2)锯齿式光电建筑玻璃幕墙,可以分为锯齿式垂直光电幕墙和锯齿式水平光电幕墙;
(3)风箱式光电建筑玻璃幕墙,可以设以具体规划成双层光电建筑玻璃幕墙,外层的光电幕墙可作为建筑的表皮,接收阳光的辐射,中间空气层可以给光电板降温,冬季室内也可以利用这种热能;
(4)倾斜式的光电幕墙的运用与垂直式光电幕墙的运用类似,立面可以可以是平面或台阶式的,通过选用透明、半透明或不透明光电板进行组合,可具体规划出丰富的立面效果和室内光影效果;
(5)结构式光电建筑玻璃幕墙,是可以作为建筑的承重构建,不同种类和透明度的光伏板和普通建筑玻璃可以任意结合,创造出非常丰富的立面效果;
(6)独立太阳能光电立面,是指光伏系统和建筑玻璃幕墙相对分离,这种模式适合于对现有建筑的减少能源损耗改造。光伏系统作为后加的设备,美观、结构、安装的安全性问题都需要很好考虑;
(7)柔性太阳能光电板,把光伏模块安装在薄的金属片或者是柔性的合成质地上,可以根据墙面或屋面的走向来设置,有很大的自由度,解决了在一些现代建筑中曲面上不好安装光电板的问题。
结语
我们国家建筑玻璃幕墙具体规划将由重功能、限损耗的状况逐步转变为强调功能、减少能源损耗的要求,达到人工环境和自然环境互相和谐为一体,为人类开创出更为舒适的环境。本文就广泛使用的建筑玻璃幕墙中减少能源损耗下的具体规划开展了有关论述，希望能在我国将来减少建筑能源损耗下建筑玻璃幕墙具体规划中有参照价值。
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