建筑门窗玻璃幕墙生态技术发展的新方向

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可持续发展是当代世界的重要理念，绿色建筑越来越受到人们的关注。玻璃幕墙虽在热工性能上与普通窗户相比有很大改进，但它仍是建筑能耗的一个薄弱环节。玻璃幕墙生态技术的发展意义重大。

　　从构成要素和构成方式来说，玻璃幕墙生态技术的发展包括三个方向：1.构造技术；2.材料技术；3.控制技术。

　　一、构造技术

　　1.通风幕墙

　　（1）通风幕墙的组成

　　通风式幕墙由内外两层玻璃幕墙组成，或称为双层幕墙、可呼吸式幕墙、热通道幕墙等。与传统幕墙相比，它的最大特点是两层幕墙之间有一个通风换气层，由于换气层中空气的流动循环，使内层幕墙的温度接近室内温度。

　　（2）通风幕墙的原理

　　通风式幕墙采用烟囱效应原理，从功能上解决节能问题。由于换气层的作用，它比单层幕墙节能约50％；通风式幕墙外层玻璃可以选用无色透明玻璃或低反射玻璃，还可以最大限度地减少玻璃反射带来的光污染；通风式幕墙的隔音性能良好，可以保持室内拥有一个清静的环境；不论天气好坏都无需开窗，换气层就可直接将自然空气传至室内，为室内提供新鲜空气，提高室内的舒适度，降低空调设备带来的种种弊端。

　　（3）通风幕墙

　　通风式幕墙根据通风层结构的不同可分为“封闭式内循环体系”和“敞开式外循环体系”两种。

　　封闭式内循环体系通风式幕墙外层原则上是完全封闭的，由断热型材与中空玻璃组成，其内层一般为单层玻璃组成的玻璃幕墙或可开启窗。两层幕墙之间的通风换气层100mm-200mm。通风换气层与吊顶部位设置的通风系统相通，从下而上进行强制性空气循环，室内空气通过内层玻璃下部的通风口进人换气层，使内侧幕墙玻璃温度达到或接近室内温度，达到节能效果。

　　在通道内设置可调控的百叶窗或垂帘，可有效地调节采光和遮阳，在室内创造更加舒适的环境。

　　封闭式内循环体系通风式幕墙应用实例如英国劳氏船社总部大厦、美国西方化学中心大厦。

　　敞开式外循环体系通风式幕墙外层是单层玻璃与非断热型材组成的玻璃幕墙，内层是由中空玻璃与断热型材组成的幕墙。内外两层幕墙形成的通风换气层的两端装有进风和排风装置，通道内可以设置遮阳装置。

　　冬季时，关闭通风层两端的进排风口，换气层中的空气在阳光的照射下温度升高，形成一个温室，减少建筑物的采暖费用。

　　夏季打开换气层的进排风口，在阳光的照射下换气层空气温度升高自然上浮，形成自下而上的空气流，带走通道内的热量，降低内层玻璃表面的温度，减少制冷费用。

　　通过对进排风口的控制以及内层幕墙的构造设计，还可以由通风层向室内输送新鲜空气，改善建筑空气质量，使得高层建筑，特别是超高层建筑自然通风成为可能，最大限度地满足了使用者生理与心理的要求。

　　德国法兰克福商业银行大厦、埃森的“RWE”总部大楼等建筑采用了敞开式外循环体系通风式幕墙。

　　寒冷地区因采暖时间长，选用通风式幕墙时，主要是利用换气层的“温室效应”来减少室内热量的散失。内层采用中空Low-E玻璃、断热铝型材及相对较大的换气层宽度达到较好的节能效果。炎热地区，空调制冷使用时间较长，外层采用热反射玻璃和相对较小的换气层宽度，以增强烟囱效应的效果，降低内层玻璃表面的温度，从而达到最佳的节能效果。

　　2.遮阳装置

　　建筑遮阳的目的在于阻断直射阳光透过玻璃进入室内，防止阳光过分照射和加热建筑围护结构，防止直射阳光造成强烈眩光。玻璃幕墙的各种节能措施中，遮阳技术可能是节约能源最有潜力和最为方便的构造手段。

　　良好的遮阳设计不仅有利于节能，而且是幕墙构成的有机组成和塑造建筑美感的重要元素。遮阳构件多种多样，对于侧窗部分来说，有平板遮阳、水平遮阳、垂直遮阳和格栅式遮阳等。对于屋顶天窗和玻璃顶来说，布幔和格栅能够充分发挥遮阳作用。

　　除遮阳构件之外，利用绿化、植被等自然因素也有相当理想的遮阳效果。

　　水平遮阳的使用最为广泛，柏林的北欧5国大使馆采用了水平遮阳板，绿色流线型截面的遮阳板密密覆盖在窗户外测，与整个墙面融为一体。

　　垂直遮阳能够有效地遮挡高度角很低的光线，适合用于东西方向。

　　柏林的墨西哥大使馆主立面和人口朝东，垂直遮阳能够最有效地发挥作用，主立面上最为突出的是从上到下贯穿整个高度的垂直遮阳构件。这些混凝土遮阳板不仅能够有效遮挡阳光，而且倾斜角度逐渐加大，给人一种韵律感。怕林奔驰公司总部大楼的垂直遮阳板的竖向黄色线条成为一种标志，营造出丰富多彩的几何形体，成为建筑不可分割的有机组成部分。

　　德国国会大厦的穹顶将顶部遮阳与自然通风完美结合，不但柔和的漫反射光线可以延伸到最底层的议会大厅，而且大厅内的热空气还可通过反光板围合成的倒锥体排出，可谓一举两得。由于不同季节、不同时间采光和日照要求各不相同，调整遮阳构件的遮阳效果必不可少。

　　德国波茨坦能源中心中庭采用可调节帘幕遮阳，随着时间的变化和帘幕的开闭，阳光和阴影形成了特有的环境氛围。在建筑另一测的双层玻璃幕墙上的空气夹层中，安装了由遥控操作的活动式水平遮阳百叶窗帘，用户可根据阳光的强弱程度调节百叶的角度，有效地调节和控制室内光线和减少吸热量，适应于不同季节的天气。

　　对于一般的遮阳构件来说，手工调节十分有效，但对于大面积和高层建筑的玻璃幕墙，则需要依赖自动调节设施。建筑师努力将现代自动控制技术用于建筑遮阳没计，在满足功能需要的同时，更营造出一种独特的光影效果。

　　二、材料技术

　　1.玻璃材料

　　低辐射（比Low-E）玻璃夏季可以反射阳光中的红外线，可以节省空调费用；冬季能使室内的热量重新反射回室内，减少热量流失。低辐射（比Low-E）玻璃现在已经在国内外得以广泛运用。

　　电致变色玻璃由玻璃、电致变色介质、电解质及透明电极等部分组成，在玻璃的两个表面之间施加正、反向电场或者是在施加电场和不施加电场时呈现不同透光性，使室内的采光达到自由控制。

　　光致变色玻璃可以根据太阳光的强度自动调节透光率，在光线强的时候颜色变深降低透光率，而当光线较弱时又完全恢复透明的状态，达到最大透光率。

　　人们还通过印刷技术在玻璃表面印刷特定的图案，既可以保证玻璃安装后房间的私密性，又可以同遮阳装置一样阻挡过强的阳光，还可以表达特定的文化涵义。

　　2.断热型材

　　断热型材是在内外两种高导热性的金属框料之间插入低导热性的隔离物形成有效断热层，阻断通过门窗框或窗扇型材散失热量的途径。

　　断热型材结构合理、结合牢固、强度高、刚性好、热阻大，而且具有优良的隔声节能性能、抗风性能和气密水密性能。

　　断热型材早期用于门宙，多用于平开宙，后来逐渐用于有框玻璃幕墙，不适用于隐框玻璃幕墙。

　　三、控制技术

　　人们还把通风式幕墙与电子计算机系统结合在一起，发展了智能幕墙。采用智能幕墙系统的建筑其能耗只相当于传统幕墙的30％。

　　智能幕墙是通风式幕墙的延伸，通过计算机系统有效地调节室内空气、温度和光线，节约建筑物使用过程的能源消耗。智能玻璃幕墙包括玻璃幕墙、通风系统、空调系统、环境监测系统、楼宇自动控制系统。

　　同传统幕墙和热通道幕墙相比，除了玻璃及支撑结构外，更重要的是建筑内部分环境控制和建筑职务系统。

　　智能幕墙的关键在智能控制系统，是从功能要求到控制模式，从信息采集到执行指令传动机构的全过程控制系统，它涉及到气侯、温度、湿度、空气新鲜度、照度的测量，取暖、通风空调遮阳等机构运行状态信息采集及控制，电力系统的配置及控制，楼宇计算机控制等多方面因素，是一套较为复杂的系统工程。

　　四、展望

　　随着新世纪的到来，人们对工作条件舒适方面的要求变得越来越重要。在采光要求上，计算机的广泛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。

　　伴随着SARS的流行，封闭的、全空调的办公室条件愈来愈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，随着环境保持意识的不断加强，光污染和节能的重要已成为人们广泛的共识。这一切成为摆在现代玻璃幕墙生态技术面前的新课题。