玻璃幕墙系统玻璃的选用

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摘 要：作者在十多年的建筑工程设计工作中，进行了很多玻璃幕墙建筑的实践。在十年的建筑发展中，节能环保、绿色建筑、安全性、光污染等问题越来越被建筑设计专业领域和现实社会所重视。本文对建筑幕墙可选择得玻璃种类进行了列举，通过自身相关的实践案例中出现的问题的分析，对不同要求的建筑工程的幕墙玻璃选用提出了建议。

关键词：玻璃幕墙；超白玻璃；镀膜玻璃；钢化玻璃；

0、前言

玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑墙体装饰方式，它轻巧、具有较大的晶莹的透射和反射性质，可以营造出明亮的室内光环境，并达到建筑内外空间交融的效果，因而成了各类建筑外立面设计的新宠。玻璃幕墙在建筑形式上显示出强烈的表现力，极具魅力，受到业主、建筑师的青睐，已成为现代城市建筑的一种标志。作为现代建筑的象征，玻璃幕墙在国内得到了越来越广泛的应用，但是，人们在使用过程中发现它也带来了负面的影响，如光污染，建筑能耗高，温室效应等，这些都与玻璃的选用有直接关系。

1、玻璃幕墙的优点

1.1 玻璃幕墙轻巧美观

玻璃幕墙具有十分诱人的魅力，它使建筑物富有光泽，明净晶莹，因而成为现代建筑流行的表现技法；同时玻璃幕墙通常是用铝合金或其他金属轧成骨架， 以玻璃及封闭的金属空腹型杆件做成的房屋围护墙， 配以双层中空玻璃形成的墙面，其自重仅约 50 kg/m2左右， 大大的降低了建筑物的自重，可以称得上是体重轻巧。

1.2 玻璃幕墙的遮阳节能

现代高层建筑的玻璃幕墙，通常采用镀膜玻璃 （或low-e 镀 膜玻璃 ）与钢化玻璃组合 、隔层充入干燥空气的中空玻璃。 当玻璃幕墙使用了此种中空玻璃后能对 0.3 um-2.5 um 的太阳能辐射具有 60%以上的透过率， 白天来自室外辐射能量可大部分透过，但夜晚和阴雨天气，来自室内物体的热辐射约有 50%以上被其反射回室内，仅有少于 15%的热辐射被其吸收后通过再辐射和对流交换散失， 故可有效地阻止室内的热量泄向室外。 克服了原来玻璃表面换热性强，热透射率高的问题，达到了良好的遮阳节能效果。

2、目前常用建筑幕墙玻璃可选择种类的例举

下文主要从玻璃幕墙的节能性能、安全性能、光污染性能和外观效果四个方面来选择玻璃幕墙。

1）从建筑节能方面考虑幕墙玻璃的选用

建筑节能65%主要由建筑围护系统承担。玻璃幕墙可以减少传统混凝土外墙大量的钢筋、混凝土使用量，对减少高耗能建材的使用达到节约能源、资源有很大的帮助；但玻璃幕墙作为建筑护结构，其保温、隔热性能均远不及传统墙体，是传统墙体热损失率的5～6倍。幕墙的能耗约占整个建筑能耗的40%左右，故幕墙节能在我国公共建筑设计节能中有极其重要的地位。

从控制得热与传热来讲，玻璃幕墙的节能重点在玻璃的选择上。节能玻璃要具备两个节能特性即保温性和隔热性。这两个性能与可见光透射比和反射比有直接关系，从测试结果可以看出，目前能同时达到“保温” 和“隔热” 要求的就是低辐射（Low―E）中空玻璃和多中空玻璃以及Low―E真空玻璃及组合真空玻璃。太阳光的热能主要是可见光能（短波热）和不可见光能（长波热，即红外线）两部分。可见光能占46% ，红外线占52% ，另有2%为紫外线。Low―E镀膜的独特功能，是能让可见光能透过而把不可见光反射回去，具有良好的阻隔热辐射透过作用。所以，在夏天，它可放进可见光（阳光），同时把柏油马路、建筑物等放出的强烈的不可见光能（红外辐射热）阻挡在外，使业主大大降低用于空调的投资和室内的空调费用。在冬天，它可放进可见光能，同时，把室内的不可见光能（红外辐射热）反射回室内，不使之通过玻璃向外散失，因此能极好地保持室内温度，大大降低冬季室内的取暖费用，达到节能的目的。中空玻璃的隔热能力来自于密封于玻璃之间的空气层。因为空气的热阻性极好（空气的导热系数为0.028 W/m k），是玻璃的1/27（玻璃的导热系数0.77 W/m k）。中空玻璃的传热系数K值与其空气层的厚度密切相关，应适度控制中空玻璃空气层的厚度。在空气层的厚度小于13 mm时空气层厚度越大K值越小；在13 mm左右时达到最低极限，此后K值随空气层厚度增加而增大，这是由于空气层大于13 mm后内部空气形成闭环对流增大了热量传递所致。所以中空玻璃空气层厚度一般应选择12 mm为宜。若在中空玻璃中冲入氩气（Ar）等惰性气体抑制空气的闭环对流其K值还可进一步降低。也可以采取增加空气层层数的办法，就是用双层或多层中空玻璃，或在空气层中夹透明薄膜，利用装饰隔条将空气层分隔成几个独立的区域以减少对流传热对玻璃隔热性的影响。

2）从防止光污染方面考虑幕墙玻璃的选用

光污染是指过量的光辐射对人类生活和生产环境造成不良影响的现象。包括可见光、红外线和紫外线造成的污染。伴随玻璃幕墙的大量使用，它带给我们的不仅是享受现代文明的自豪感，随之而来闪烁的反射光也给周围的居民带来诸多不便。豪华写字楼、大型商厦、星级酒店的外装饰所采用的大面积玻璃幕墙形成强烈的反射光、聚集光，对人体产生异常影响。盛夏时节，玻璃幕墙反射的强光常常使室内温度急剧升高，焦点温度甚至可达70℃以，可引燃易燃物品，酿成火灾。更加严重的是临街玻璃幕墙的反射光还会影响车辆行驶和人们的正常通行。本来光洁的路面、清晰的交通信号灯，现在变得斑斑驳驳、光怪陆离，令人眼花缭乱，分不清哪里是真实的交通信号，严重影响驾驶员视线，成为事故隐患，甚至酿成交通

事故。

为了防止玻璃幕墙反射光对周边环境造成光污染，国家对于玻璃幕墙的面积比例以及可见光的反射率加以限定，在上海、杭州等地都有限制性要求。上海要求玻璃幕墙面积不大于墙面积的40%，且可见光线反射率不大于15%；杭州要求玻璃幕墙面积不大于60%，且反射率不大于16%，针对玻璃幕墙主要是玻璃反射光对外界造成的光污染，以及对外界的影响，解决玻璃幕墙光污染主要是控制玻璃的反射比，太阳光的直接反射比越大，室外太阳光获得越多，同样对于室外的光和热环境会造成一定的影响和污染，在选用幕墙玻璃时该指标应尽量选择反射比小的玻璃品种。对于室外的光和热环境而言，反射比越小越好，从测试结果可以看出，各种玻璃的反射比由小到大依次为：涂膜玻璃，白玻，镀膜玻璃，Low―E玻璃和贴膜玻璃。可见光的反射比最大的是贴膜玻璃，其次是镀膜玻璃，反射比分别达到了48.68%和34.87%。自玻璃在施工中应用的不多，所以在选用中我们多采用Low―E玻璃和涂膜玻璃，或者采用两者与普通白玻璃组合的中空玻璃或真空玻璃。这样可以很好地降低玻璃幕墙在使用中对周边环境的光反射污染，以达到国家规定的指标要求。

3）从安全与防火方面考虑幕墙玻璃的选用

目前高层建筑为了减轻自重，同时增强外立面的美观，多采用玻璃幕墙，但是随之而来的安全问题也越来越多，其中主要是幕墙玻璃破损坠落伤人事故，和幕墙玻璃防火问题。其中以玻璃破损坠落伤人最为常见，例如2007年北京某广场多片玻璃自爆，飞出6～7 m后砸伤3人，还砸坏城铁车站的玻璃顶盖。

为了更好地使用玻璃幕墙，在选用玻璃时选用安全玻璃，以前多采用钢化玻璃。但是钢化玻璃有一种不可避免的特性就是自爆，钢化玻璃自爆在幕墙施工中是很常见的，安装到高层的幕墙上的钢化玻璃如果自爆就很危险。钢化玻璃自爆的引起原因是玻璃中存在硫化镍杂质，而硫化镍来自于矿物原料――长石、白云石、石灰石什么的。超白玻璃基本不用矿物原料（石英砂除外），而用的是纯度较高的化工原料，如氢氧化铝、碳酸钙、碳酸镁等，完全杜绝了硫化镍的存在，没有了自爆的内因，所以不会发生钢化自爆。超白玻璃又称为低铁玻璃，减少渣滓而减少自爆率10倍。就自爆率而言，超白玻只有万分之三，远远低于钢化玻璃的千分之三。因此，很好地在源头上减少了玻璃爆裂的几率。实践表明玻璃幕墙可以采用半钢化玻璃，这种玻璃有较高的强度同时不会自爆，这样减少了玻璃自爆脱落的危险。根据建筑防火要求，玻璃幕墙要满足防火要求，外墙要求耐火极限不小于1 h，根据防火要求一般的玻璃是不能满足的。防火玻璃应采用单片铯钾玻璃，它有很好的耐火性能，它的耐火极限一般为1.0～2.5 h，这种玻璃在高层建筑中多采用，达到了很好的防火效果。

半钢化玻璃表面应力较低，不会出现自爆现象。由于热增强，半钢化玻璃的强度达到普通浮法玻璃的2倍，有较高的耐受温度变化能力，也大大提高了抗冲击性能，不容易因温度突变或人为撞击而破碎。即使意外破碎，其裂缝并不交叉，所形成的放射形裂缝直达边缘，因边缘有胶缝粘结或边框夹持，玻璃碎片不容易掉落。

本人参与设计的案例浦江双辉大厦，案例中：虽然解决了节能问题、光污染问题，安全问题。但是在可视区和层间区域使用了不同的玻璃，可视区采用的是三片玻璃组合成的中空夹胶玻璃，内侧为单片玻璃，外侧为双片夹胶；层间区域使用了和可视区外片一致的双片夹胶玻璃。所以建筑可能产生斑马楼的不良外观效果，但是不严重。整体效果是可以接受的。另外成本略高，对于重要高端商业项目可以接受。

4）从建筑外观效果上来考虑幕墙玻璃的选用

在达到上述要求后，如果对建筑效果更有要求的，可以全楼采用超白中空夹胶玻璃，也是由三片玻璃组合而成，内侧是单片玻璃，中间是空气层，外侧是双片夹胶玻璃。

本人目前设计的世博地块某央企总部项目就是如此，这是一种趋势。全部统一玻璃可以争强效果的统一感。在上述分析的各个指标中都有很好的表现。节能性能、安全性能、光污染性能。超白玻璃都可以运用，因为：玻璃层数多，超白玻璃可以增加通透感。超白玻璃是一种超透明碱石灰低铁浮法玻璃，超白玻璃的透光率达到了 98%以上，含铁量低于 100ppm，该玻璃与普通玻璃不同，呈现在眼前的不再是那种青绿色，超白玻璃同时具备优质浮法玻璃所具有的一切可加工性能，具有优越的物理、机械及光学性能，可像其它优质浮法玻璃一样进行各种深加工。

4、展望和总结

立足于当前的时代背景之中，可持续发展仍然是当今世界重要的发展理念，建筑节能则是国家持续发展的大势所趋，绿色生态建筑愈来愈受到人们广泛的关注。玻璃慕墙虽然在诞生之初不可避免地存在能耗大的薄弱环节，如今经过改良的坡璃幕墙在可持续发展的大潮之中巳然崭露头角，表现出生态智能化趋势，契合了可持续发展的理念。

城市需要更多符合节能环保、安全高效、美观的大楼，其玻璃选择很重要。可以符合自身需求，成本控制选择相应的材料，但是规范要求的节能、安全是底线。自身品质要求的安全和美观是可选择的。在国家绿色建筑和节能环保的大环境下，做好这些工作是必要的，是一种大趋势。