一、傳統(tǒng)玻璃幕墻的弊端
隨著玻璃幕墻大量的應(yīng)用和時(shí)間的推移，許多在“玻璃大廈”里辦公和居住的人們發(fā)現(xiàn)，盡管玻璃使建筑物看上去輕盈亮麗、簡(jiǎn)潔明快，但是玻璃幕墻的許多缺點(diǎn)也日益凸現(xiàn)。
(一)耗能問(wèn)題
自上世紀(jì)70年代能源危機(jī)后，世界各國(guó)越來(lái)越重視節(jié)能工作。同樣，能源問(wèn)題目前也正困擾著中國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)已經(jīng)成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前北京、上海等大城市的建筑能耗已占全市總能耗的1/4，居于能耗的首位，其中公共建筑能耗又占建筑總能耗的大部分，玻璃幕墻夏季的吸熱和冬季的散熱，在給建筑物帶來(lái)美觀亮麗的同時(shí)也大量的消耗著能源。
(二)光污染
光污染危害來(lái)源的主要對(duì)象仍是城市高層建筑的玻璃幕墻，一幢幢矗立在馬路兩側(cè)的玻璃幕墻，就像一面面巨大的鏡子，其產(chǎn)生的光反射，極易誘發(fā)意外交通事故。而如果人們長(zhǎng)期受到玻璃幕墻的“白光污染”，人會(huì)深感精神壓抑，心情煩躁，除視力因長(zhǎng)時(shí)間遭反射光刺激而下降外，還會(huì)誘發(fā)某些疾病。在國(guó)內(nèi)和國(guó)外，隨著玻璃幕墻在各大城市建設(shè)中大行其道，各地近年來(lái)接到市民對(duì)光污染的投訴也直線上升。
(三)安全隱患
據(jù)有關(guān)專家介紹，目前市面上很多用于黏結(jié)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠水會(huì)隨著時(shí)間推移老化，甚至失效。一般而言，廠家對(duì)硅膠、結(jié)構(gòu)膠承諾的保質(zhì)期為10年。即便按照現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范，玻璃幕墻的設(shè)計(jì)年限也不超過(guò)25年。玻璃幕墻如果年久失修，會(huì)產(chǎn)生許多安全隱患，成為“空中定時(shí)炸彈”。
隨著2005年7月1日《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，玻璃幕墻的耗能、安全隱患等問(wèn)題使其處于一種尷尬的境界，玻璃幕墻將被叫停甚至遭封殺的消息不絕于耳。
二、新型玻璃幕墻的誕生與發(fā)展
那么玻璃幕墻的美觀與節(jié)能是不是“魚和熊掌不可兼得”呢?事實(shí)上，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，一些隔熱性能好、反光系數(shù)低的玻璃都相繼問(wèn)世，采用由這些玻璃組成的中空玻璃則比較好地解決了保溫隔熱的問(wèn)題，使解決玻璃幕墻耗能的問(wèn)題成為可能。
中空玻璃的隔熱性能好，是因?yàn)槠鋬?nèi)部的空氣層處于一個(gè)封閉的空間，氣體不產(chǎn)生對(duì)流，且空氣的導(dǎo)熱系數(shù)僅是玻璃的1/27。在北方，中空玻璃一般是盡量減少對(duì)太陽(yáng)短波輻射的阻擋，使得更多的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)。而在南方，中空玻璃首先是吸收或反射太陽(yáng)短波輻射，再利用中空玻璃的空氣層有效隔絕溫差傳熱和長(zhǎng)波輻射，從而使大量的太陽(yáng)輻射不能進(jìn)入室內(nèi)。所以，中空玻璃和有保溫隔熱功能的單片玻璃配合組成的中空玻璃等，都是有較好節(jié)能效果的。
隨著第四代節(jié)能新型玻璃幕墻的面世，幕墻的隔熱性能、生態(tài)環(huán)保功能和節(jié)省能源消耗等方面都有很大的突破。這個(gè)時(shí)代的幕墻特點(diǎn)是采用了高新技術(shù)，提高了幕墻的使用功能和舒適度，向綠色環(huán)保化、智能生態(tài)化方向發(fā)展。
(一)光電幕墻
光電幕墻是一種集發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一體的太陽(yáng)能光電玻璃幕墻，它充分體現(xiàn)了建筑的智能化與人性化特點(diǎn)。進(jìn)入90年代后，隨著常規(guī)發(fā)電成本的上升和人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，一些國(guó)家紛紛實(shí)施、推廣太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃，并提出了“建筑物產(chǎn)生能源”的新概念，由此推動(dòng)了光電技術(shù)的大規(guī)模開發(fā)與應(yīng)用。美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、印度等許多國(guó)家都已建有太陽(yáng)能屋頂或外墻的建筑。
光電模板簡(jiǎn)稱為PV，是多個(gè)太陽(yáng)能光電池經(jīng)加固處理，鑲嵌在特殊的透明度極高的低鐵玻璃中，彼此之間經(jīng)過(guò)其背面的導(dǎo)線相連，從而構(gòu)成了一個(gè)整體的光電模板。這是一種完善的技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)是可在氣候惡劣的情況下照常工作，具備抵御外界環(huán)境侵?jǐn)_的能力，或在臭氧，或在酸雨，或在零下50攝氏度至90攝氏度的環(huán)境中，光電模板仍可使用幾十年，而且是極為美觀的造型材料。
光電幕墻體現(xiàn)了智能化特點(diǎn)，太陽(yáng)能電池發(fā)電不會(huì)排放二氧化碳或產(chǎn)生對(duì)溫室效應(yīng)有害的氣體，也無(wú)噪音污染，并可用來(lái)發(fā)電，由此可見，光電幕墻是一種凈能源，與環(huán)境有很好的相容性。同時(shí)太陽(yáng)能光電技術(shù)集成到幕墻中不僅不占有建筑面積，而且太陽(yáng)能光電板晶瑩優(yōu)美的外觀，具有特殊的裝飾效果，更賦予建筑物鮮明的現(xiàn)代科技色彩。
(二)生態(tài)幕墻
生態(tài)幕墻是隨著建筑生態(tài)化的發(fā)展而發(fā)展的，根據(jù)使用功能或使用要求，能夠改變生態(tài)和色彩的建筑幕墻稱之為生態(tài)幕墻，生態(tài)幕墻是生態(tài)建筑的一種，是生態(tài)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑。它是以“可持續(xù)發(fā)展”為戰(zhàn)略，以使用的高新技術(shù)為先導(dǎo)，以生物氣候緩沖層為重點(diǎn)，節(jié)約資源，減少污染，是健康舒適的生態(tài)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
生態(tài)建筑與生態(tài)幕墻在三維空間中，引入了時(shí)間概念，在功能及美學(xué)上具有獨(dú)特的意義，可以稱其為“四維建筑”，即靜與動(dòng)，封閉與開放，收斂與張開，空間與時(shí)間，使建筑和幕墻更具有鮮明的音樂韻律。改變了傳統(tǒng)建筑和幕墻終身不變的形態(tài)和色彩，拓寬了建筑和幕墻的新視野和新技術(shù)，對(duì)現(xiàn)代建筑和幕墻的實(shí)踐和理論是一種補(bǔ)充和拓展，有著獨(dú)立的價(jià)值和意義。
由此可見，玻璃幕墻的發(fā)展是隨著科學(xué)的進(jìn)步，綜合技術(shù)的開發(fā)利用，特別是新技術(shù)、新工藝、新材料的發(fā)展而精華的，所以光電幕墻和生態(tài)幕墻都是科學(xué)技術(shù)的綜合體現(xiàn)。
三、玻璃幕墻的節(jié)能原理分析
外窗(含透明幕墻、采光頂)的保溫隔熱性能主要取決于所采用的玻璃的保溫隔熱性能，中空玻璃的間隔層層數(shù)、距離、間隔層內(nèi)的氣體，間隔條如暖邊技術(shù)，LOW-E中空玻璃膜層的輻射率都對(duì)玻璃的保溫性能有影響，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同類型的外窗(含透明幕墻、采光頂)部分的傳熱系數(shù)限值來(lái)確定玻璃。
不同材料的窗框?qū)ν獯?含透明幕墻、采光頂)的傳熱系數(shù)影響較大，不容忽視，塑料窗框、木窗框等因材料本身的傳熱系數(shù)較小，對(duì)外窗的傳熱系數(shù)影響不大，鋁合金窗框，鋼窗框等材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)很大，形成的熱橋?qū)ν獯暗膫鳠嵯禂?shù)影響較大，必須采用斷橋處理。鋁合金斷橋處理做法有很多種，材料也不同，如聚酰胺(PA)斷熱條，聚胺脂(PU)等，對(duì)保溫性能要求高的外窗(含透明幕墻、采光頂)應(yīng)選擇斷橋效果好的鋁型材。
窗框面積占外窗的比例根據(jù)窗框材料和窗型系列的不同大約為20％-40％，不同的窗框面積對(duì)窗的傳熱系數(shù)影響也不同。
透明幕墻的構(gòu)造做法對(duì)傳熱系數(shù)也有不同的影響，明框玻璃幕墻、半隱框玻璃幕墻的影響要大于點(diǎn)支式幕墻和隱框幕墻。
外窗(含透明幕墻，采光頂)的遮陽(yáng)系數(shù)可根據(jù)不同的玻璃本身的遮陽(yáng)系數(shù)及外遮陽(yáng)來(lái)選擇，以達(dá)到限值的要求。
不同顏色系列的著色玻璃，熱反射玻璃及LOW-E中空玻璃膜層的位置都有不同的遮陽(yáng)系數(shù)和光學(xué)性能。
現(xiàn)階段提高透明幕墻節(jié)能保溫性能的主要措施是采用鍍膜玻璃、LOW-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃及隔熱斷橋鋁型材來(lái)降低結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，消除結(jié)構(gòu)體系“熱橋”，降低空氣滲透熱損失，減少開啟窗扇面積，提高密封性等。
隔熱斷橋鋁型材的隔熱原理是基于產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的隔熱區(qū)域，運(yùn)用隔熱條將鋁合金型材分隔成2個(gè)部分。隔熱條“冷橋”選用材料為聚酰胺尼龍66，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.3W/(m.K)，遠(yuǎn)小于鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)，而力學(xué)性能指標(biāo)與鋁合金相當(dāng)。
四、玻璃幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)
1、選擇新型節(jié)能玻璃材料
1)熱反射鍍膜玻璃
熱反射鍍膜玻璃又稱陽(yáng)光控制鍍膜玻璃，是指具有反射太陽(yáng)能作用的鍍膜玻璃。其最大特點(diǎn)是利用鍍膜能透過(guò)可見光，而把起加熱作用的遠(yuǎn)紅外光反射到室外，同時(shí)玻璃材料吸收的太陽(yáng)熱能被鍍膜所隔離，使熱主要散發(fā)到室外一側(cè)，盡可能地減少太陽(yáng)的熱作用。
2)低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃
低輻射玻璃、多功能鍍膜玻璃又稱保溫鍍膜玻璃，這類材料的特性是對(duì)可見光高通透，對(duì)紅外線輻射高反射，特別是對(duì)遠(yuǎn)紅外輻射有極高的反射率，可讓80％的可見光進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)又能將90％以上的室內(nèi)物體所輻射的長(zhǎng)波保留在室內(nèi)，透明性很好，廣泛用于美術(shù)館以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)樓等。
3)薄膜型熱反射材料貼膜玻璃
薄膜（詞條“薄膜”由行業(yè)大百科提供）型熱反射材料是一種新型功能復(fù)合材料，它不僅能反射較寬頻帶的紅外線，還具有較高的可見光透射率。由于在透明的PET、PC薄膜上形成晶態(tài)組分和界面組分的金屬膜，因而薄膜型熱反射材料貼膜玻璃具有高反射率、高透射率和選擇性透光特性。該玻璃在建筑上有極為廣泛的應(yīng)用前景，是一種良好的節(jié)能材料。
4)中空玻璃
現(xiàn)今中空玻璃的大幅度發(fā)展的主要原因是聚硫膠的出現(xiàn)和在中空玻璃中的廣泛應(yīng)用。中空玻璃是通過(guò)在兩層平板玻璃中間利用間隔框架隔開，周邊密封，充入干燥空氣并填入少量干燥劑保持空氣干燥而制得的。
2、玻璃幕墻的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)
現(xiàn)階段提高玻璃幕墻隔熱保溫性能的主要措施有：采用Low—E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃等玻璃處理技術(shù)以減少太陽(yáng)透過(guò)玻璃的直接輻射;采用鋁塑復(fù)合材料、斷熱鋁型材等高熱阻材料。設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意以下幾點(diǎn)：
1)遮陽(yáng)板面的組合與構(gòu)造在滿足阻擋直射陽(yáng)光的前提下，可以有不同板面組合的形式，應(yīng)該選擇對(duì)通風(fēng)、采光、視野、構(gòu)造和立面處理等要求更為有利的形式。為了便于熱空氣的散逸，并減少對(duì)通風(fēng)、采光的影響，常將板面做成百頁(yè)的或部分做成百頁(yè)的，或中間層做成百頁(yè)的。遮陽(yáng)板可用鋁板，輕金屬或混凝土制作。
2)遮陽(yáng)板的安裝位置遮陽(yáng)板安裝的位置對(duì)防熱和通風(fēng)的影響很大。例如將板面緊靠墻面布置時(shí)，受熱表面加熱而上升的熱空氣將受室外風(fēng)壓作用導(dǎo)入室內(nèi)。這種情況對(duì)綜合式遮陽(yáng)更為嚴(yán)重，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，板面應(yīng)該離開玻璃墻面一定的距離安裝，以使大部分熱空氣沿著墻面排走，且應(yīng)使遮陽(yáng)板盡可能減少擋風(fēng)，最好還能兼起導(dǎo)風(fēng)入室作用。
3)材料與顏色為了減輕自重，遮陽(yáng)構(gòu)件以采用輕質(zhì)為宜。遮陽(yáng)構(gòu)件經(jīng)常暴露在室外，受日曬雨淋，容易損壞，因此要材料堅(jiān)固耐久。
設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)上述的要求并結(jié)合實(shí)際情況來(lái)選擇適宜的遮陽(yáng)材料。遮陽(yáng)構(gòu)件的顏色對(duì)隔熱效果也有影響。為了加強(qiáng)表面的反射，減少吸收，遮陽(yáng)簾朝向陽(yáng)光的一面，應(yīng)為淺色發(fā)亮的顏色，而在背陽(yáng)光的一面，應(yīng)為較暗的無(wú)光澤顏色，以免引起眩光。
3、熱通道式玻璃幕墻節(jié)能分析
熱通道玻璃幕墻是一種新型的節(jié)能幕墻，是幕墻技術(shù)的新發(fā)展。它不同于傳統(tǒng)的單層幕墻，它由內(nèi)外兩層玻璃幕墻組成，或稱為雙層幕墻、可呼吸式幕墻、通風(fēng)幕墻。內(nèi)幕墻一般采用明框幕墻或活動(dòng)窗，或開有檢修門以便維護(hù)、清潔;外幕墻可采用有框幕墻或點(diǎn)支玻璃幕墻。
3.1熱通道玻璃幕墻的類型
熱通道玻璃幕墻可將其分為“封閉式內(nèi)循環(huán)體系”和可自然通風(fēng)的“敞開式外循環(huán)體系”兩種類型。熱通道幕墻的特點(diǎn)在于雙層玻璃結(jié)構(gòu)，它與傳統(tǒng)的玻璃幕墻相比，對(duì)提高幕墻的保溫、隔熱、隔聲功能起到很大的作用。
3.2封閉式內(nèi)循環(huán)熱通道幕墻節(jié)能原理
封閉式內(nèi)循環(huán)熱通道幕墻是指空氣從內(nèi)層幕墻的下通道進(jìn)入熱通道空間，然后上升到上部排風(fēng)口，最后從吊頂內(nèi)的排風(fēng)管排出，而外層幕墻原則上是完全封閉的。內(nèi)層一般采用單層玻璃幕墻或可開啟的單層玻璃窗，以便對(duì)幕墻進(jìn)行維護(hù)與保潔，外層幕墻一般由絕熱桿件和中空玻璃幕墻組成。室內(nèi)空氣通過(guò)內(nèi)層幕墻的下通道進(jìn)入兩層幕墻之間的熱通道空間，使內(nèi)層幕墻的外表面溫度接近或者達(dá)到室內(nèi)溫度，形成優(yōu)越的溫度條件，起到節(jié)約能量的效果。
3.3開敞式外循環(huán)體系熱通道幕墻節(jié)能分析開敞式外循環(huán)體系熱通道幕墻是指空氣從外層幕墻的下通道進(jìn)入熱通道空間，然后從外層幕墻的上部排風(fēng)口排出，而內(nèi)層幕墻則完全封閉。其外層是由單片玻璃及非絕熱桿件組成的敞開結(jié)構(gòu)，內(nèi)層由絕熱桿件和中空玻璃組成的推拉門(或推拉窗)幕墻體系。
夏天：內(nèi)外兩層幕墻中間熱通道的溫度很高，這時(shí)可打開熱通道上下兩端的排氣口裝置，在熱通道內(nèi)由于熱煙囪效應(yīng)產(chǎn)生自下而上的氣流運(yùn)動(dòng)，帶走了通道內(nèi)的熱量，這樣可以降低內(nèi)側(cè)幕墻的外表面溫度，減少了空調(diào)制冷的負(fù)荷，節(jié)約了能源，降低了能耗。通過(guò)對(duì)通道上下兩端排氣、進(jìn)氣裝置的調(diào)控，在通道內(nèi)形成負(fù)壓，利用內(nèi)側(cè)幕墻兩邊的壓差和開啟扇，可以隨時(shí)向室內(nèi)輸入新鮮空氣。
冬天：通道上下兩端的排氣口裝置關(guān)閉，內(nèi)外兩層玻璃幕墻間的熱通道由于陽(yáng)光的照射，溫度升高，像一個(gè)溫室，這樣等于提高了內(nèi)側(cè)幕墻外表面的溫度，減少了建筑物采暖的運(yùn)行費(fèi)用。春、秋兩季溫度適中之時(shí)，不存在采暖和制冷，可以打開推拉門和室外自然氣溫交流而達(dá)到平衡。
1)內(nèi)層幕墻可采用隔熱(或斷熱)明框幕墻或者隔熱(或斷熱)單元幕墻，外層幕墻可采用點(diǎn)支式玻璃幕墻等;2)內(nèi)層幕墻通常采用中空玻璃，外層幕墻通常采用單片玻璃;并且多采用點(diǎn)駁接式玻璃幕墻;3)內(nèi)層幕墻完全封閉，空氣的流動(dòng)在室外與熱通道之間進(jìn)行;4)內(nèi)外兩層幕墻之間熱通道的距離可設(shè)計(jì)較寬，一般為500～600mm;5)外層頂部百葉通風(fēng)口。通風(fēng)口內(nèi)側(cè)安裝不銹鋼防蟲網(wǎng)，防止鳥類昆蟲等進(jìn)入箱體。熱空氣的交換不需要借助于專門的設(shè)備來(lái)完成，可以完全依靠空氣自然通風(fēng)來(lái)進(jìn)行，運(yùn)行成本較低;6)內(nèi)層幕墻設(shè)有開啟門，通道上設(shè)有走人鋼架，以便進(jìn)入通道進(jìn)行維護(hù)、清洗;7)可根據(jù)需要在熱通道內(nèi)設(shè)置可調(diào)控的鋁合金百葉窗簾或者電動(dòng)卷簾，有效地調(diào)節(jié)陽(yáng)光的照射;8)在必要的位置設(shè)置豎向隔斷。隔斷材料可采用鋼板、鋁板或玻璃等。
五、結(jié)束語(yǔ)
降低建筑能耗，需要我們?nèi)鐣?huì)的共同參與，無(wú)論是政府部門，還是平民百姓，尤其是玻璃幕墻設(shè)計(jì)人員，在設(shè)計(jì)玻璃幕墻時(shí)只有合理進(jìn)行設(shè)計(jì)，選用合適的玻璃，采用合理的構(gòu)造，才能達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求。
