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重，環(huán)境保護問題得到廣泛關(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、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)計和綠色建筑生態(tài)節(jié)能設(shè)計是我國“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)境保護情形，我國提出要堅持“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)濟體系、提升能源利用效率、提高非化石能源消費比重、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)能是全面落實科學(xué)發(fā)展觀，實現(xiàn)經(jīng)濟、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)計技術(shù)的出現(xiàn)，促進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)計應(yīng)嚴格要求其使用靈活性以及關(guān)閉后的氣密性。尤其是在嚴寒地帶，玻璃幕墻的氣密性嚴重影響其保溫性能。所以，在玻璃幕墻的設(shè)計中，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到阻止冷熱空氣間的熱傳遞以及熱對流作用。目前，已運用于工業(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)點細節(jié)和具體材料構(gòu)筑實現(xiàn)的，要想達到最初的節(jié)能預(yù)期就要對主要材料和節(jié)點措施進行把控。不透明幕墻可以使用多層材料復(fù)合的辦法使幕墻達到良好的熱工性能，而透明幕墻則需要根據(jù)建筑設(shè)計的實際需求進行針對性的節(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)建筑負荷，僅起圍護作用，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)計更高靈活度。2.1.2鍍膜、光電玻璃。建筑設(shè)計中，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。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)計者能夠利用鍍膜玻璃來達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。選型時要依據(jù)各地的氣候狀況，并充分考慮美觀、實用性、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，主要有以下幾點要求：（1）幕墻型材材料的強度要求，幕墻型材的強度需滿足《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，主要有機械與自然兩類。幕墻建筑設(shè)計多承載了外圍護的功能，在機械通風(fēng)設(shè)計時，須根據(jù)新風(fēng)量的特點科學(xué)合理地設(shè)計新風(fēng)入口，以確保風(fēng)口避開污染物源[4]。天然通風(fēng)設(shè)計則多以熱壓或風(fēng)壓為主要動能，無須耗費機器能量，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。對于幕墻開啟扇的產(chǎn)品設(shè)計來說，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，有時候又會被強調(diào)獨立出來，成為幕墻中最明顯的存在。在提供環(huán)保綠色性能的同時，賦予建筑獨特的視覺風(fēng)格，成為設(shè)計的新寵。按照各地的氣候特性及其建筑物的應(yīng)用特點，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行通風(fēng)。一般這種幕墻構(gòu)造按照通風(fēng)機理加以分類，可以大致包括為兩類，即自然通風(fēng)和強制通氣。雙層幕墻一般有開放型與全封閉二個完全不同的設(shè)計方案。熱管道則是指在二層玻璃幕墻之間所設(shè)有的進風(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)進行有效運用，產(chǎn)生熱氣流，從而實現(xiàn)通風(fēng)；冬季嚴寒時，可運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技術(shù)特性：（1）夏季隔熱通風(fēng)、冬季保溫的功能。（2）能夠達到煙囪效果和室內(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，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)成建筑的維護結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)建筑與環(huán)境的生態(tài)化交互，達到節(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，不僅達到對各種資源的合理開發(fā)利用與環(huán)境保護，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，在保護環(huán)境的基礎(chǔ)上對自然環(huán)境資源進行有效利用，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。雙層幕墻，能源幕墻，生態(tài)幕墻等都會逐漸普及，實現(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)。

參考文獻

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作者:劉睿峰 單位:上海昂特建筑設(shè)計咨詢有限公司