建筑玻璃幕墙绿色节能设计初探

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摘要：针对普通玻璃幕墙热工性能差、能耗大、通风不畅等问题，开展建筑玻璃幕墙的绿色节能设计探讨研究。通过选择建筑玻璃幕墙绿色节能密封材料、完善新型节能遮阳构件安装工艺、基于柔性太阳能的光电幕墙结构设计，提出一种全新绿色节能建筑玻璃幕墙设计思路。通过对比实验证明，新的思路设计出的玻璃幕墙与普通玻璃幕墙相比导热系数更低，能耗更小，充分满足绿色节能建筑理念对建筑玻璃幕墙设计提出的要求，为建筑工程整体绿色发展提供创新思路。

关键词：建筑；玻璃；幕墙；绿色；节能；设计

能源与环境问题一直是全世界重点关注的话题，在建筑建设领域当中，玻璃幕墙的设计正逐渐向着绿色、节能、环保的方向发展，为实现对其发展的进一步推动，本文开展建筑玻璃幕墙的绿色节能设计探讨研究。

1建筑玻璃幕墙的绿色节能设计

1.1选择建筑玻璃幕墙绿色节能密封材料

绿色施工是建筑产业在未来发展的必然趋势，为了进一步满足此种需求，可在进行建筑玻璃幕墙节能设计过程中，对幕墙设计材料进行系统性选择[1]。在开展此方面工作时，需要掌握幕墙工程的设计需求，即施工方设计的成果，不仅要满足绿色节能要求，也要满足常规建筑墙体的密封性与稳固性需求。在此种设计理念下，对幕墙设计材料进行选择。目前，建筑市场内常用的幕墙玻璃可以被划分为塑性玻璃与固性玻璃，而要满足建筑幕墙的密封性需要，可对材料与常用玻璃的粘结能力进行分析。其中，常用的幕墙玻璃有：白玻璃、LOW-E玻璃等，常用的粘结材料有：实维高胶条与PIB。除了要考虑上文提出的性能要求，还需要考虑玻璃密封胶体在正常环境下的有效时间、防渗漏能力与耐热能力等，只有选择的材料满足多种使用需求，才能将设计的材料应用到建筑玻璃幕墙的设计中[2]。为此，选择市场内多种常用的建筑幕墙密封材料，对多种材料的使用性能进行分析，综合分析结果，选择与建筑幕墙工程匹配的密封材料作为施工材料，避免由于幕墙密封性不足导致墙体出现渗水、漏气等问题。对不同建筑幕墙密封材料的性能进行分析，结果见表1。在完成对不同建筑幕墙密封材料性能的分析后，需要对材料的其他性能进行对比，包括材料的抗紫外线能力、耐高温能力等。对比结果见表2。根据上述分析结果，选择综合性能较优的材料作为建筑玻璃幕墙绿色节能密封材料。

1.2新型节能遮阳构件安装工艺

完成对建筑玻璃幕墙绿色节能材料的选择后，针对部分面积相对较大的玻璃幕墙，还需要对其自动调节设施进行设计，针对遮阳调节的自动化控制需要，在设计时，引入新型节能遮阳构件，并对遮阳构件的安装工艺进行优化创新[3]。可以用作建筑玻璃幕墙的遮阳构件材料种类丰富，考虑到各个材料的物理特性、力学特征以及热工性能，选用高性能隔热和热反射玻璃材料制备的玻璃遮阳板作为玻璃幕墙遮阳构件，并在后续完成安装后引入光电光热转换技术。针对建筑自然通风问题，可利用双层玻璃幕墙结构解决遮阳和通风的问题。同时在遮阳构件当中引入电机带动齿轮机构和传动杆机构，使遮阳板能够完成自动转动，从而调节进入到室内的阳光，维持室内始终保持良好的光照条件和温度条件。除了选用实体铝型材以外，还可采用穿孔铝板和反射玻璃材料作为遮阳构件。根据不同建筑物的性质和设计风格以及不同地区的日照规律对遮阳设施进行科学选择。在对遮阳构件安装时，可引入帘幕结构，在不需要遮阳构件时可将其完全隐藏在玻璃幕墙的卷帘框架当中，通过卷帘框架又能够很好地修饰玻璃幕墙。利用遮阳构件具有的自动平衡功能，实现对玻璃幕墙的大面积整体整齐联动遮阳。

1.3基于柔性太阳能的光电幕墙结构设计

为了实现建筑玻璃幕墙的节能，在此基础上，设计一种基于柔性太阳能的光电幕墙，通过此种设计，满足工程设计的节能需求。而光电幕墙之所以可以被称之为柔性结构，是由于在光电板中安装的金属压片属于合成类材料，此种材料可以根据玻璃幕墙的具体排布设计，整体设计过程自由度较高，也正因如此，解决了玻璃幕墙工程在实施中存在的曲面安装工程板困难的问题[4]。并且，此种材料的自重较轻，在施工中不需要在幕墙结构上安装其他的支撑类结构，因此，也节约了大量工程施工成本。综合上述分析，对光电幕墙结构进行设计，结构图见图1。从图1描述的光电幕墙结构可知，其供电系统是由光电控制系统与玻璃幕墙结构系统构成，前者由多个硅晶体电池连接形成，不同的电池组之间由导线与电线进行连接，通常情况下，电线镶嵌在玻璃幕墙中空位置，并且，在玻璃膜与电池组之间由一层透明度极高的薄膜覆盖，可以避免由于薄膜过厚出现遮光问题。在设计玻璃幕墙结构时，需要全面考虑电池组、导线、集中供电芯片在其中的布设，所有的导线均需要通过变压器进行连接，每一个PV变压设备，均对应一个密封单元，从而构成了一个完整的幕墙供电结构。

2对比实验

本项目将以某城市中心区域大厦内部和外部全面修复改建工程作为实验依托，按照上述提出的绿色节能玻璃幕墙设计思路和传统玻璃幕墙设计思路，对该工程项目进行改造，分别设计出两种不同改造方案。为体现绿色节能特性，选择将两种设计思路得到的玻璃幕墙的热工性能作为对比指标，热工性能是指玻璃幕墙的导热系数，若玻璃幕墙导热系数越小，则说明建筑能耗越小，越符合绿色节能要求；反之，若玻璃幕墙的导热系数越大，则说明建筑能耗越大，越不符合绿色节能要求。完成对两种玻璃幕墙设计后，将其相关参数输入到VHeater软件当中，对导热系数计算分析，并将结果绘制成如表3所示。表3中K本文表示为基于绿色节能理念的建筑玻璃幕墙导热系数；K传统表示为基于传统建设思路的建筑玻璃幕墙导热系数；W本文表示为基于绿色节能理念的建筑玻璃幕墙耗能情况；W传统表示为基于传统建设思路的建筑玻璃幕墙耗能情况。从表1中三组数据对比得出，引入绿色节能理念的建筑幕墙具有良好的热功能性，并且能耗充分满足绿色建设需要，在实际建设过程中避免产生了不必要的资源浪费，对于提高建筑设计整体经济效益和社会效益均具有积极作用。

结束语

为了实现未来建筑行业向着“更节能”的方向发展，本文对现如今建筑市场内应用最为广泛的玻璃幕墙设计展开研究，通过选择幕墙密封材料、设计遮阳构件安装工艺、规划光电幕墙结构等方式，对现有的建筑玻璃幕墙进行绿色节能设计，希望通过本文的此次研究后，可以为今后的建筑行业绿色发展提供借鉴。但本文开展此次研究受到时间的限制，导致设计的成果可能存在部分疏漏，希望可以在后期的相关研究中，持续完善本次研究成果，也希望行业专业与相关领域研究学者，对我的研究给予批评和指导。

参考文献

[1]秦广圣,黄作林,陈晖,姜树仁,王常霖.枣庄“石榴花”造型可变角度异型玻璃幕墙系统研发与应用[J].建设科技,2021(09):65-69+73.

[2]陈玉明,林金帆,任则铭,陈俊皓.基于热图像重建及增强的玻璃幕墙结构胶损伤区域识别方法[J].自动化与信息工程,2021,42(02):43-48.

[3]肖洪,邱海鹏,李张鹏,杨昕,王学明.北京商务中心区某超高层建筑17m高全玻璃幕墙安装技术[J].施工技术,2021,50(09):93-95.

[4]冯萌萌.新型建筑墙体材料及建筑节能保温技术分析[J].工程与建设,2019,33(06):991-992.

作者:闫京明 单位:深圳市新城市规划建筑设计股份有限公司山东分公司