论文部分内容阅读
摘要:近年来，环保与节能逐渐成为世界潮流，绿色建筑已成为主流，本文通过对幕墙功能和材料的分析，论述了关于幕墙节能环保技术。
关键词: 节能环保 , 幕墙 , 新型玻璃 ,光电幕墙
Abstract: in recent years, environmental protection and energy saving gradually become the world trend, green architecture has become the mainstream, based on the analysis of function and curtain wall materials, this paper discusses about the curtain wall energy conservation and environmental protection technology.
Keywords: energy conservation and environmental protection, curtain wall, a new type of glass, photoelectric curtain wall
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
节约能源和保护环境已成为当前人类社会寻求可持续良性发展的主题之一。环保要求节能，节能促进环保。近些年“开放与交流，舒适与自然，环保与节能”逐渐成为新世纪国际建筑的三大原则，建筑节能成为世界性潮流，绿色建筑概念大行其道。绿色建筑使用绿色材料和绿色能源，在制造、使用过程中造成的地球环境负荷最小，有利于人类健康。它满足可持续发展的需要，做到了发展与环境的统一，现代与长远的结合。作为现代建筑的象征，玻璃幕墙在世界范围内得到了越来越广泛的应用。而包括幕墙、门窗在内的建筑外围护结构综合考虑占建筑能耗的75%以上。所以玻璃幕墙的节能和环保问题显得极为重要。
随着科学技术的高速发展和国民经济不断增长的需要，建筑幕墙行业得到迅猛发展，建筑幕墙技术飞速进步，各种新型建筑幕墙层出不穷，建筑幕墙正日益成为高技术含量的智能型产品，其节能环保技术取得了显著进步。
作为建筑物的一种外围护结构，幕墙的功能要求主要有以下几个方面：
1） 满足结构性的强度、安全性要求；
2） 控制热量传递；
3） 控制空气交换；
4） 控制日光照射；
5） 控制凝结水汽；
6） 控制雨水渗透；
7） 控制噪声；
8） 控制火灾；
9） 建筑美学功能；
10） 满足经济性要求。
幕墙的以上各个功能之间既相互独立，又相互联系，如对热量传递的控制会涉及到对空气交换（空气渗透性能）和日光照射（太阳辐射得热）的控制，而对空气交换的控制主要注重室内环境的换气、通风要求，对日光照射的控制注重解决自然采光、视野通透、消除眩光等问题。它们既相辅相成，有彼此矛盾甚至冲突。只有经过对具体使用環境、影响因素的系统分析，对各功能要求进行仔细的平衡、折衷，才有可能设计出最为适用的幕墙，幕墙节能、环保性能的提高，主要是通过改善幕墙的热量传递、空气交换、日光照射、噪声控制等功能来实现的。在确保幕墙结构性、安全性以及其他物理性功能要求的同时，大力改善上述功能，可以为人们提供更舒适、更经济的居住环境。
现阶段提高玻璃幕墙节能保温性能的主要措施有：
1.热反射玻璃的主要功能是反射室外的太阳辐射能，从而降低室内的温度，节省空调费用的开支。它的可见光透过率较低，一般8%-40%，其反射光的颜色丰富多彩，装饰效果极佳。
低辐射玻璃则正好相反，它的主要功能是阻止室内的辐射能量泄向室外，而允许太阳能辐射尽可能多地进入室内，从而维持室内的温度、节省暖气费用的开支。这种产品的可见光透过率很高，其反射光的颜色极淡，几乎难以看出。适当控制低辐射玻璃的透过率使它既能反射部分太阳能辐射，也能阻止室内的热辐射泄向室外，从而形成一堵隔离辐射能的窗。
控制LOW-E玻璃的可见光透过率，则可使其在保持上述特性的同时，还有部分热反射玻璃的性能。即白天可限制部分太阳能辐射的透过，夜晚可有效限制室内热能的外泄，因此其应用范围更为广泛。
2. 采用铝塑复合材料、“断热桥”型材等高热阻材料应用技术；
3. 减少开启窗扇面积、提高密封胶性能、改进节点密封性能等降低空气渗透热损失技术；
4. 采用百页、格栅等遮阳设施，以减少太阳辐射得热等。
以上各种保温措施原理比较简单，实施也比较方便。采用这些技
术的幕墙结构传热系数由普通单层白玻璃幕墙的大于5W/m2K降到了3W/m2K以下。该类技术趋于成熟，已经成为幕墙工程的主流产品。
过去最新的玻璃幕墙节能环保思想追求设计功能的主动性和积
极性，变被动设防为主动利用能源。玻璃幕墙节能热工设计的发展总趋向是：对于以采暖供热为主的幕墙追求达到温室效应，对于以空调制冷为主的幕墙追求达到冷房效果。这主要体现在各种高性能幕墙玻璃和新颖幕墙结构以及对太阳能的主动利用等三个方面。
一. 新型玻璃技术
1. 光谱选择透过性玻璃：该种技术实际上是Low-E玻璃、热
反射玻璃等技术的延伸。它是通过在玻璃表面覆盖一层或几层特殊材料涂层，使得玻璃对不同波长的太阳辐射或者热辐射具有不同的透过率。如可以使得太阳辐射中的可见光成分最大量的通过同时阻挡具有较高热量的紫外线或者红外线成分，从而最大限度的利用自然光照亮室内，又把辐射的热能阻挡在室外（或室内）于是从采光和制冷（或制暖）两方面同时起到了节能效果。也可以使用它相反的特性，阻挡可见光透过热量，从而适用于太阳高度较低的高纬度地区以消除进入室内的眩光同时充分利用太阳辐射热来加温室内空气。
2. 透过率可调玻璃：
该种玻璃随环境改变自身的透过特性，可以实现对太阳辐射能量的有效控制，从而满足节能要求。根据玻璃特性改变的机理不同，这种可调玻璃又可分为热至变色玻璃、光至变色玻璃。所谓热至变色玻璃就是玻璃随着温度升高而透过率降低，光至变色玻璃就是玻璃随着光强度增大而透过率降低。则是当有电流通过的时候玻璃透过率降低。光至变色玻璃的可见光透过率可以在75%-25%的范围内变化，太阳辐射能透过率的变动范围是53%-23%。而电致变色玻璃可以在5分钟内实现可见光透过率67%-10%，太阳辐射能透过率66%-10%的变化。
3.隔热玻璃
(1).惰性气体隔热玻璃：通过在中空玻璃的空腔内充入惰性气体，可以得到更高隔热性能的玻璃。目前国外已经出现了充氪气的4-8-4-8-4三层中空玻璃，结合Low-E技术，它的传热系数可以达到0.7W/m2K。
(2).真空隔热玻璃：通过把中空玻璃空腔里的空气抽走，消除掉空腔内部的对流和传导传热，可以获得更好的隔热效果。这种玻璃的空腔很窄，一般为0.5-2.0mm，两层玻璃之间用一些均匀分布的支柱分开。通过Low-E涂层改善其辐射特性，真空隔热玻璃的传热系数已经达到0.5W/m2K。这种隔热玻璃相对于其他的隔热玻璃而言，具有厚度小、重量轻的优点，但生产工艺较为复杂，中间小立柱的存在也影响了它的外观，在一定程度上限制了它在幕墙、门窗上的应用。
4.自清洁玻璃
玻璃幕墙表面，尤其是采光、观景部位的玻璃表面的积灰、水锈甚至是冷凝积水是一件令人头痛的事情，需要经常清洗。该问题的解决目前也有了方法。通过在玻璃内植入电热夹层，使用微弱电流就可以加热表面玻璃，从而防止冷凝现象。玻璃表面可以敷加不粘涂层，防止积灰；或者接触反应涂层，在紫外线作用下可以把有机污物分解。后一种涂层对付油腻的手印等污渍最为有效。
新型幕墙结构——双层幕墙体系
1、 闭式内通风幕墙
封闭式内通风幕墙从室内的下通道吸入空气，在热通道内上升至上部排风口，从吊顶内的风管排出。这一个循环在室内进行，外幕墙完全封闭。由于进风是室内空气，热通道中空气温度与室内基本相同，这就大大节省了取暖和致冷的能源消耗。这种形式的幕墙对取暖地区更为有利由于内封闭通风幕墙的循环要靠机械系统，对设备有较高的要求。
封闭式内通风幕墙的外幕墙密闭，通常采用中空玻璃，明框幕墙
的铝型材应采用断热铝型材。内幕墙则采用单层玻璃幕墙或单层铝门窗。内外幕墙之间通道宽常为150mm-300mm。也有一些工程为检修、
清洗方便，宽度可取为500mm-600mm。为提高节能效果，通道内设电动百页或电动卷帘。
2、 开敞式外通风幕墙
与内通风幕墙相反，开敞式外通风幕墙的内幕墙是封闭的，采用中空玻璃；外幕墙采用单层玻璃，设有进风口和排风口，利用室外新风进入，经过热通道带走热量，从上部排风口排出，减少太阳辐射热的影响，节约能源。它无须专用机械设备，完全靠自然通风，维护和运行费用低。是目前应用最广泛的形式。
开敞式外通风幕墙的风口可以开启和关闭。夏季开启上、下风口，进行自然通风，带走太阳热量；冬季关闭风口，热风道成为封闭温室，起保温作用。采用双层通风幕墙的效果最直接是节能。比单层幕墙采暖时节能40%-50%，制冷时节能40%-60%。采用双层幕墙隔音效果十分显著，大大改善室内使用条件。
光电幕墙:
光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一身的新型建筑幕墙。这种幕墙集合了太阳能光电技术与幕墙技术，是一种新型的功能性建筑幕墙。它利用太阳能发电技术，把以前被当作有害因素而屏蔽掉的太阳光，转化为能被人们利用的电能。这种电能是一种净能源，发电过程中不消耗宝贵的自然能源，也无废气，无噪音，不会污染环境。光电幕墙另外的重大意义还体现在它把太阳能发电技术集成到建筑幕墙产品中，不占用专门的土地，而且太阳能光电板优美的外观，具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技色彩。
光电幕墙的关键是光电池技术。太阳能光电池是利用太阳光的光子能量，使得被照射的电解液或者半导体材料的电子移动，从而产成电压。目前工业化生产的太阳能电池以硅系列为主，主要有单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅电池。这其中，单晶硅电池的光电转换效率最高，可达25%左右，多晶硅电池次之，非晶硅电池的光电转换效率最低。多个太阳能光电池经加固处理，镶嵌入特殊的透明度及高的玻璃中，彼此之间经过其背面的导线相连，从而构成了一个整体的光电板。多个光电板经过特殊设计的支撑结构拼装在一起，组成了连续的光电幕墙表面。这种光电幕墙在太阳照射下产生的是直流电，所有的光电板产生的电能，通过多极集电、整流、变压等过程，转化成可供使用的交流电，送入供电网络。
目前相对昂贵的建设成本限制了光电幕墙的推广应用。隨着技术的不断提高和工艺的不断改进，光电池的性能必将大幅度的增强，光电幕墙的单位面积成本也必将进一步下降，届时，光电幕墙将得到大范围的应用，充分发挥其环保节能的巨大作用。
总之,随着新世纪的到来,幕墙的发展应以人为本,人们在工作条件舒适方面的要求变得越来越重要。在采光要求上，计算机的应用提出了怎样在保证自然光照的条件下避免阳光直接进入室内的问题。在采暖方面，封闭的、全空调的办公室条件越来越多的受到使用者的批评。无论从心理学，还是从不同使用者特殊要求的角度，自然通风的可能性及对自然开放式的条件，已为人们所普遍欢迎。另外，随着环境意识的不断加强，光污染和节能的重要已成为人们广泛的共识，建筑师在建筑美学、建筑物理、办公室条件、环境保护及运行成本方面的问题，成为现代幕墙设计的新课题，也是在一定程度上成为衡量建筑业水平的一个视窗。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词: 节能环保 , 幕墙 , 新型玻璃 ,光电幕墙
Abstract: in recent years, environmental protection and energy saving gradually become the world trend, green architecture has become the mainstream, based on the analysis of function and curtain wall materials, this paper discusses about the curtain wall energy conservation and environmental protection technology.
Keywords: energy conservation and environmental protection, curtain wall, a new type of glass, photoelectric curtain wall
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
节约能源和保护环境已成为当前人类社会寻求可持续良性发展的主题之一。环保要求节能，节能促进环保。近些年“开放与交流，舒适与自然，环保与节能”逐渐成为新世纪国际建筑的三大原则，建筑节能成为世界性潮流，绿色建筑概念大行其道。绿色建筑使用绿色材料和绿色能源，在制造、使用过程中造成的地球环境负荷最小，有利于人类健康。它满足可持续发展的需要，做到了发展与环境的统一，现代与长远的结合。作为现代建筑的象征，玻璃幕墙在世界范围内得到了越来越广泛的应用。而包括幕墙、门窗在内的建筑外围护结构综合考虑占建筑能耗的75%以上。所以玻璃幕墙的节能和环保问题显得极为重要。
随着科学技术的高速发展和国民经济不断增长的需要，建筑幕墙行业得到迅猛发展，建筑幕墙技术飞速进步，各种新型建筑幕墙层出不穷，建筑幕墙正日益成为高技术含量的智能型产品，其节能环保技术取得了显著进步。
作为建筑物的一种外围护结构，幕墙的功能要求主要有以下几个方面：
1） 满足结构性的强度、安全性要求；
2） 控制热量传递；
3） 控制空气交换；
4） 控制日光照射；
5） 控制凝结水汽；
6） 控制雨水渗透；
7） 控制噪声；
8） 控制火灾；
9） 建筑美学功能；
10） 满足经济性要求。
幕墙的以上各个功能之间既相互独立，又相互联系，如对热量传递的控制会涉及到对空气交换（空气渗透性能）和日光照射（太阳辐射得热）的控制，而对空气交换的控制主要注重室内环境的换气、通风要求，对日光照射的控制注重解决自然采光、视野通透、消除眩光等问题。它们既相辅相成，有彼此矛盾甚至冲突。只有经过对具体使用環境、影响因素的系统分析，对各功能要求进行仔细的平衡、折衷，才有可能设计出最为适用的幕墙，幕墙节能、环保性能的提高，主要是通过改善幕墙的热量传递、空气交换、日光照射、噪声控制等功能来实现的。在确保幕墙结构性、安全性以及其他物理性功能要求的同时，大力改善上述功能，可以为人们提供更舒适、更经济的居住环境。
现阶段提高玻璃幕墙节能保温性能的主要措施有：
1.热反射玻璃的主要功能是反射室外的太阳辐射能，从而降低室内的温度，节省空调费用的开支。它的可见光透过率较低，一般8%-40%，其反射光的颜色丰富多彩，装饰效果极佳。
低辐射玻璃则正好相反，它的主要功能是阻止室内的辐射能量泄向室外，而允许太阳能辐射尽可能多地进入室内，从而维持室内的温度、节省暖气费用的开支。这种产品的可见光透过率很高，其反射光的颜色极淡，几乎难以看出。适当控制低辐射玻璃的透过率使它既能反射部分太阳能辐射，也能阻止室内的热辐射泄向室外，从而形成一堵隔离辐射能的窗。
控制LOW-E玻璃的可见光透过率，则可使其在保持上述特性的同时，还有部分热反射玻璃的性能。即白天可限制部分太阳能辐射的透过，夜晚可有效限制室内热能的外泄，因此其应用范围更为广泛。
2. 采用铝塑复合材料、“断热桥”型材等高热阻材料应用技术；
3. 减少开启窗扇面积、提高密封胶性能、改进节点密封性能等降低空气渗透热损失技术；
4. 采用百页、格栅等遮阳设施，以减少太阳辐射得热等。
以上各种保温措施原理比较简单，实施也比较方便。采用这些技
术的幕墙结构传热系数由普通单层白玻璃幕墙的大于5W/m2K降到了3W/m2K以下。该类技术趋于成熟，已经成为幕墙工程的主流产品。
过去最新的玻璃幕墙节能环保思想追求设计功能的主动性和积
极性，变被动设防为主动利用能源。玻璃幕墙节能热工设计的发展总趋向是：对于以采暖供热为主的幕墙追求达到温室效应，对于以空调制冷为主的幕墙追求达到冷房效果。这主要体现在各种高性能幕墙玻璃和新颖幕墙结构以及对太阳能的主动利用等三个方面。
一. 新型玻璃技术
1. 光谱选择透过性玻璃：该种技术实际上是Low-E玻璃、热
反射玻璃等技术的延伸。它是通过在玻璃表面覆盖一层或几层特殊材料涂层，使得玻璃对不同波长的太阳辐射或者热辐射具有不同的透过率。如可以使得太阳辐射中的可见光成分最大量的通过同时阻挡具有较高热量的紫外线或者红外线成分，从而最大限度的利用自然光照亮室内，又把辐射的热能阻挡在室外（或室内）于是从采光和制冷（或制暖）两方面同时起到了节能效果。也可以使用它相反的特性，阻挡可见光透过热量，从而适用于太阳高度较低的高纬度地区以消除进入室内的眩光同时充分利用太阳辐射热来加温室内空气。
2. 透过率可调玻璃：
该种玻璃随环境改变自身的透过特性，可以实现对太阳辐射能量的有效控制，从而满足节能要求。根据玻璃特性改变的机理不同，这种可调玻璃又可分为热至变色玻璃、光至变色玻璃。所谓热至变色玻璃就是玻璃随着温度升高而透过率降低，光至变色玻璃就是玻璃随着光强度增大而透过率降低。则是当有电流通过的时候玻璃透过率降低。光至变色玻璃的可见光透过率可以在75%-25%的范围内变化，太阳辐射能透过率的变动范围是53%-23%。而电致变色玻璃可以在5分钟内实现可见光透过率67%-10%，太阳辐射能透过率66%-10%的变化。
3.隔热玻璃
(1).惰性气体隔热玻璃：通过在中空玻璃的空腔内充入惰性气体，可以得到更高隔热性能的玻璃。目前国外已经出现了充氪气的4-8-4-8-4三层中空玻璃，结合Low-E技术，它的传热系数可以达到0.7W/m2K。
(2).真空隔热玻璃：通过把中空玻璃空腔里的空气抽走，消除掉空腔内部的对流和传导传热，可以获得更好的隔热效果。这种玻璃的空腔很窄，一般为0.5-2.0mm，两层玻璃之间用一些均匀分布的支柱分开。通过Low-E涂层改善其辐射特性，真空隔热玻璃的传热系数已经达到0.5W/m2K。这种隔热玻璃相对于其他的隔热玻璃而言，具有厚度小、重量轻的优点，但生产工艺较为复杂，中间小立柱的存在也影响了它的外观，在一定程度上限制了它在幕墙、门窗上的应用。
4.自清洁玻璃
玻璃幕墙表面，尤其是采光、观景部位的玻璃表面的积灰、水锈甚至是冷凝积水是一件令人头痛的事情，需要经常清洗。该问题的解决目前也有了方法。通过在玻璃内植入电热夹层，使用微弱电流就可以加热表面玻璃，从而防止冷凝现象。玻璃表面可以敷加不粘涂层，防止积灰；或者接触反应涂层，在紫外线作用下可以把有机污物分解。后一种涂层对付油腻的手印等污渍最为有效。
新型幕墙结构——双层幕墙体系
1、 闭式内通风幕墙
封闭式内通风幕墙从室内的下通道吸入空气，在热通道内上升至上部排风口，从吊顶内的风管排出。这一个循环在室内进行，外幕墙完全封闭。由于进风是室内空气，热通道中空气温度与室内基本相同，这就大大节省了取暖和致冷的能源消耗。这种形式的幕墙对取暖地区更为有利由于内封闭通风幕墙的循环要靠机械系统，对设备有较高的要求。
封闭式内通风幕墙的外幕墙密闭，通常采用中空玻璃，明框幕墙
的铝型材应采用断热铝型材。内幕墙则采用单层玻璃幕墙或单层铝门窗。内外幕墙之间通道宽常为150mm-300mm。也有一些工程为检修、
清洗方便，宽度可取为500mm-600mm。为提高节能效果，通道内设电动百页或电动卷帘。
2、 开敞式外通风幕墙
与内通风幕墙相反，开敞式外通风幕墙的内幕墙是封闭的，采用中空玻璃；外幕墙采用单层玻璃，设有进风口和排风口，利用室外新风进入，经过热通道带走热量，从上部排风口排出，减少太阳辐射热的影响，节约能源。它无须专用机械设备，完全靠自然通风，维护和运行费用低。是目前应用最广泛的形式。
开敞式外通风幕墙的风口可以开启和关闭。夏季开启上、下风口，进行自然通风，带走太阳热量；冬季关闭风口，热风道成为封闭温室，起保温作用。采用双层通风幕墙的效果最直接是节能。比单层幕墙采暖时节能40%-50%，制冷时节能40%-60%。采用双层幕墙隔音效果十分显著，大大改善室内使用条件。
光电幕墙:
光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一身的新型建筑幕墙。这种幕墙集合了太阳能光电技术与幕墙技术，是一种新型的功能性建筑幕墙。它利用太阳能发电技术，把以前被当作有害因素而屏蔽掉的太阳光，转化为能被人们利用的电能。这种电能是一种净能源，发电过程中不消耗宝贵的自然能源，也无废气，无噪音，不会污染环境。光电幕墙另外的重大意义还体现在它把太阳能发电技术集成到建筑幕墙产品中，不占用专门的土地，而且太阳能光电板优美的外观，具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技色彩。
光电幕墙的关键是光电池技术。太阳能光电池是利用太阳光的光子能量，使得被照射的电解液或者半导体材料的电子移动，从而产成电压。目前工业化生产的太阳能电池以硅系列为主，主要有单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅电池。这其中，单晶硅电池的光电转换效率最高，可达25%左右，多晶硅电池次之，非晶硅电池的光电转换效率最低。多个太阳能光电池经加固处理，镶嵌入特殊的透明度及高的玻璃中，彼此之间经过其背面的导线相连，从而构成了一个整体的光电板。多个光电板经过特殊设计的支撑结构拼装在一起，组成了连续的光电幕墙表面。这种光电幕墙在太阳照射下产生的是直流电，所有的光电板产生的电能，通过多极集电、整流、变压等过程，转化成可供使用的交流电，送入供电网络。
目前相对昂贵的建设成本限制了光电幕墙的推广应用。隨着技术的不断提高和工艺的不断改进，光电池的性能必将大幅度的增强，光电幕墙的单位面积成本也必将进一步下降，届时，光电幕墙将得到大范围的应用，充分发挥其环保节能的巨大作用。
总之,随着新世纪的到来,幕墙的发展应以人为本,人们在工作条件舒适方面的要求变得越来越重要。在采光要求上，计算机的应用提出了怎样在保证自然光照的条件下避免阳光直接进入室内的问题。在采暖方面，封闭的、全空调的办公室条件越来越多的受到使用者的批评。无论从心理学，还是从不同使用者特殊要求的角度，自然通风的可能性及对自然开放式的条件，已为人们所普遍欢迎。另外，随着环境意识的不断加强，光污染和节能的重要已成为人们广泛的共识，建筑师在建筑美学、建筑物理、办公室条件、环境保护及运行成本方面的问题，成为现代幕墙设计的新课题，也是在一定程度上成为衡量建筑业水平的一个视窗。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。