建筑門窗玻璃幕墻生態(tài)技術發(fā)展的新方向

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可持續(xù)發(fā)展是當代世界的重要理念，綠色建筑越來越受到人們的關注。玻璃幕墻雖在熱工性能上與普通窗戶相比有很大改進，但它仍是建筑能耗的一個薄弱環(huán)節(jié)。玻璃幕墻生態(tài)技術的發(fā)展意義重大。

　　從構成要素和構成方式來說，玻璃幕墻生態(tài)技術的發(fā)展包括三個方向：1.構造技術；2.材料技術；3.控制技術。

　　一、構造技術

　　1.通風幕墻

　?。?）通風幕墻的組成

　　通風式幕墻由內外兩層玻璃幕墻組成，或稱為雙層幕墻、可呼吸式幕墻、熱通道幕墻等。與傳統(tǒng)幕墻相比，它的最大特點是兩層幕墻之間有一個通風換氣層，由于換氣層中空氣的流動循環(huán)，使內層幕墻的溫度接近室內溫度。

　?。?）通風幕墻的原理

　　通風式幕墻采用煙囪效應原理，從功能上解決節(jié)能問題。由于換氣層的作用，它比單層幕墻節(jié)能約50％；通風式幕墻外層玻璃可以選用無色透明玻璃或低反射玻璃，還可以最大限度地減少玻璃反射帶來的光污染；通風式幕墻的隔音性能良好，可以保持室內擁有一個清靜的環(huán)境；不論天氣好壞都無需開窗，換氣層就可直接將自然空氣傳至室內，為室內提供新鮮空氣，提高室內的舒適度，降低空調設備帶來的種種弊端。

　?。?）通風幕墻

　　通風式幕墻根據(jù)通風層結構的不同可分為“封閉式內循環(huán)體系”和“敞開式外循環(huán)體系”兩種。

　　封閉式內循環(huán)體系通風式幕墻外層原則上是完全封閉的，由斷熱型材與中空玻璃組成，其內層一般為單層玻璃組成的玻璃幕墻或可開啟窗。兩層幕墻之間的通風換氣層100mm-200mm。通風換氣層與吊頂部位設置的通風系統(tǒng)相通，從下而上進行強制性空氣循環(huán)，室內空氣通過內層玻璃下部的通風口進人換氣層，使內側幕墻玻璃溫度達到或接近室內溫度，達到節(jié)能效果。

　　在通道內設置可調控的百葉窗或垂簾，可有效地調節(jié)采光和遮陽，在室內創(chuàng)造更加舒適的環(huán)境。

　　封閉式內循環(huán)體系通風式幕墻應用實例如英國勞氏船社總部大廈、美國西方化學中心大廈。

　　敞開式外循環(huán)體系通風式幕墻外層是單層玻璃與非斷熱型材組成的玻璃幕墻，內層是由中空玻璃與斷熱型材組成的幕墻。內外兩層幕墻形成的通風換氣層的兩端裝有進風和排風裝置，通道內可以設置遮陽裝置。

　　冬季時，關閉通風層兩端的進排風口，換氣層中的空氣在陽光的照射下溫度升高，形成一個溫室，減少建筑物的采暖費用。

　　夏季打開換氣層的進排風口，在陽光的照射下?lián)Q氣層空氣溫度升高自然上浮，形成自下而上的空氣流，帶走通道內的熱量，降低內層玻璃表面的溫度，減少制冷費用。

　　通過對進排風口的控制以及內層幕墻的構造設計，還可以由通風層向室內輸送新鮮空氣，改善建筑空氣質量，使得高層建筑，特別是超高層建筑自然通風成為可能，最大限度地滿足了使用者生理與心理的要求。

　　德國法蘭克福商業(yè)銀行大廈、埃森的“RWE”總部大樓等建筑采用了敞開式外循環(huán)體系通風式幕墻。

　　寒冷地區(qū)因采暖時間長，選用通風式幕墻時，主要是利用換氣層的“溫室效應”來減少室內熱量的散失。內層采用中空Low-E玻璃、斷熱鋁型材及相對較大的換氣層寬度達到較好的節(jié)能效果。炎熱地區(qū)，空調制冷使用時間較長，外層采用熱反射玻璃和相對較小的換氣層寬度，以增強煙囪效應的效果，降低內層玻璃表面的溫度，從而達到最佳的節(jié)能效果。

　　2.遮陽裝置

　　建筑遮陽的目的在于阻斷直射陽光透過玻璃進入室內，防止陽光過分照射和加熱建筑圍護結構，防止直射陽光造成強烈眩光。玻璃幕墻的各種節(jié)能措施中，遮陽技術可能是節(jié)約能源最有潛力和最為方便的構造手段。

　　良好的遮陽設計不僅有利于節(jié)能，而且是幕墻構成的有機組成和塑造建筑美感的重要元素。遮陽構件多種多樣，對于側窗部分來說，有平板遮陽、水平遮陽、垂直遮陽和格柵式遮陽等。對于屋頂天窗和玻璃頂來說，布幔和格柵能夠充分發(fā)揮遮陽作用。

　　除遮陽構件之外，利用綠化、植被等自然因素也有相當理想的遮陽效果。

　　水平遮陽的使用最為廣泛，柏林的北歐5國大使館采用了水平遮陽板，綠色流線型截面的遮陽板密密覆蓋在窗戶外測，與整個墻面融為一體。

　　垂直遮陽能夠有效地遮擋高度角很低的光線，適合用于東西方向。

　　柏林的墨西哥大使館主立面和人口朝東，垂直遮陽能夠最有效地發(fā)揮作用，主立面上最為突出的是從上到下貫穿整個高度的垂直遮陽構件。這些混凝土遮陽板不僅能夠有效遮擋陽光，而且傾斜角度逐漸加大，給人一種韻律感。怕林奔馳公司總部大樓的垂直遮陽板的豎向黃色線條成為一種標志，營造出豐富多彩的幾何形體，成為建筑不可分割的有機組成部分。

　　德國國會大廈的穹頂將頂部遮陽與自然通風完美結合，不但柔和的漫反射光線可以延伸到最底層的議會大廳，而且大廳內的熱空氣還可通過反光板圍合成的倒錐體排出，可謂一舉兩得。由于不同季節(jié)、不同時間采光和日照要求各不相同，調整遮陽構件的遮陽效果必不可少。

　　德國波茨坦能源中心中庭采用可調節(jié)簾幕遮陽，隨著時間的變化和簾幕的開閉，陽光和陰影形成了特有的環(huán)境氛圍。在建筑另一測的雙層玻璃幕墻上的空氣夾層中，安裝了由遙控操作的活動式水平遮陽百葉窗簾，用戶可根據(jù)陽光的強弱程度調節(jié)百葉的角度，有效地調節(jié)和控制室內光線和減少吸熱量，適應于不同季節(jié)的天氣。

　　對于一般的遮陽構件來說，手工調節(jié)十分有效，但對于大面積和高層建筑的玻璃幕墻，則需要依賴自動調節(jié)設施。建筑師努力將現(xiàn)代自動控制技術用于建筑遮陽沒計，在滿足功能需要的同時，更營造出一種獨特的光影效果。

　　二、材料技術

　　1.玻璃材料

　　低輻射（比Low-E）玻璃夏季可以反射陽光中的紅外線，可以節(jié)省空調費用；冬季能使室內的熱量重新反射回室內，減少熱量流失。低輻射（比Low-E）玻璃現(xiàn)在已經(jīng)在國內外得以廣泛運用。

　　電致變色玻璃由玻璃、電致變色介質、電解質及透明電極等部分組成，在玻璃的兩個表面之間施加正、反向電場或者是在施加電場和不施加電場時呈現(xiàn)不同透光性，使室內的采光達到自由控制。

　　光致變色玻璃可以根據(jù)太陽光的強度自動調節(jié)透光率，在光線強的時候顏色變深降低透光率，而當光線較弱時又完全恢復透明的狀態(tài)，達到最大透光率。

　　人們還通過印刷技術在玻璃表面印刷特定的圖案，既可以保證玻璃安裝后房間的私密性，又可以同遮陽裝置一樣阻擋過強的陽光，還可以表達特定的文化涵義。

　　2.斷熱型材

　　斷熱型材是在內外兩種高導熱性的金屬框料之間插入低導熱性的隔離物形成有效斷熱層，阻斷通過門窗框或窗扇型材散失熱量的途徑。

　　斷熱型材結構合理、結合牢固、強度高、剛性好、熱阻大，而且具有優(yōu)良的隔聲節(jié)能性能、抗風性能和氣密水密性能。

　　斷熱型材早期用于門宙，多用于平開宙，后來逐漸用于有框玻璃幕墻，不適用于隱框玻璃幕墻。

　　三、控制技術

　　人們還把通風式幕墻與電子計算機系統(tǒng)結合在一起，發(fā)展了智能幕墻。采用智能幕墻系統(tǒng)的建筑其能耗只相當于傳統(tǒng)幕墻的30％。

　　智能幕墻是通風式幕墻的延伸，通過計算機系統(tǒng)有效地調節(jié)室內空氣、溫度和光線，節(jié)約建筑物使用過程的能源消耗。智能玻璃幕墻包括玻璃幕墻、通風系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)。

　　同傳統(tǒng)幕墻和熱通道幕墻相比，除了玻璃及支撐結構外，更重要的是建筑內部分環(huán)境控制和建筑職務系統(tǒng)。

　　智能幕墻的關鍵在智能控制系統(tǒng)，是從功能要求到控制模式，從信息采集到執(zhí)行指令傳動機構的全過程控制系統(tǒng)，它涉及到氣侯、溫度、濕度、空氣新鮮度、照度的測量，取暖、通風空調遮陽等機構運行狀態(tài)信息采集及控制，電力系統(tǒng)的配置及控制，樓宇計算機控制等多方面因素，是一套較為復雜的系統(tǒng)工程。

　　四、展望

　　隨著新世紀的到來，人們對工作條件舒適方面的要求變得越來越重要。在采光要求上，計算機的廣泛應用提出了怎樣在保證自然光照的條件下避免陽光直接進入室內的問題。

　　伴隨著SARS的流行，封閉的、全空調的辦公室條件愈來愈多的受到使用者的批評，無論從心理學，還是從不同使用者特殊要求的角度，自然通風的可能性及對自然開放式的條件，已為人們所普遍歡迎。

　　另外，隨著環(huán)境保持意識的不斷加強，光污染和節(jié)能的重要已成為人們廣泛的共識。這一切成為擺在現(xiàn)代玻璃幕墻生態(tài)技術面前的新課題。