建筑绿色环保节能幕墙技术浅析
【摘要】近年来，社会环境的污染问题愈加严重，环境保护问题得到广泛关注。建筑行业快速发展，幕墙技术在建筑工程中运用越来越多，人们对于建筑幕墙的绿色、环保、节能等方面提出了全新要求。本文通过对我国建筑中的绿色环保节能幕墙及动态节能幕墙技术进行剖析，探讨了我国绿色生态环境节能型幕墙工程中节能减排的关键问题及动态发展相关技术。
【关键词】绿色环保节能；建筑幕墙；动态节能技术
0引言
随着社会、经济、科学技术的不断突破，各种燃料的开采量逐年增加，在社会各行各业中出现能源危机现象。其中建筑行业相关的能耗占其中很大比重，尤其需要重视。据了解，在我国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，占整体比例的60%以上。有数据显示，我国单位建筑面积采暖能耗是气候相近国家的2～3倍。节能环保绿色建筑成为建筑发展的必然趋势。文明建设已纳入我国现代化建设的总体布局，建筑领域的低碳节能设计和绿色建筑生态节能设计是我国“十三五”规划的重要发展任务，在“十四五”规划中也被重视探讨。根据当下的环境保护情形，我国提出要坚持“全国统筹、节约优先、双轮驱动、内外畅通、防范风险”的工作原则；构建绿色低碳循环发展经济体系、提升能源利用效率、提高非化石能源消费比重、降低二氧化碳排放水平、提升生态系统碳汇能力等五方面主要目标[1]。建筑领域的低碳节能和绿色建筑生态节能是全面落实科学发展观，实现经济、社会和生态环境协调可持续发展的重要举措，是实现生态文明建设的重要途径。我国不断推行低能耗“碳达峰，碳中和”政策，推动了更多科学环保的建筑工程设计技术的出现，促进了全新的绿色建筑环保节能建筑幕墙工程技术的诞生。
1影响建筑玻璃幕墙热耗的因素
幕墙保温的主要薄弱环节在于受采光部分负面影响，无法使用其他的墙体保温措施方法，所以必须相应控制采光面积，并对可能产生的能耗加以考虑。面对透明采光和保温节能两种相互冲突的要求，应综合多方因素面对其各自的优势弊端作一次客观评估，在满足最低窗墙比条件的基础上，根据当地的气候情况及功能和美学需求情况加以考量。不能一味追求大面积玻璃通透的效果，应在设计初期就加入节能环保的理念。
1.1玻璃幕墙具有传导性
现代建筑中，大规模的采光玻璃使用非常普遍，而由于建筑用玻璃的传热系数比砌体结构外墙要高，所以冬季居室的热能从窗户上经过热传导、对流和辐射再到达室内，由此造成整体建筑的热能损失增大。
1.2玻璃幕墙的气密性
玻璃幕墙的气密性关系着幕墙的保温技能效果，在幕墙设计中，存在着门窗等连通室外的结构，其主要功能有：出行、采光以及通风换气等。因此，对于玻璃幕墙的门窗设计应严格要求其使用灵活性以及关闭后的气密性。尤其是在严寒地带，玻璃幕墙的气密性严重影响其保温性能。所以，在玻璃幕墙的设计中，既要确保门窗结构的合理性，同时还要确保其气体密闭的实效性。
1.3外界阳光的辐射性
玻璃的节能，主要是利用热功特性、玻璃层数、中空玻璃的热阻隔层、中空层的介质、中空层间隙框的材料、中空层间隙框的密封性等因素来达到阻止冷热空气间的热传递以及热对流作用。目前，已运用于工业生产、生活中的中空玻璃主要是通过对其电子辐照、热传导、热对流三种方法的热能传输流程加以控制，从而具有一定的节能保温效果。而低辐射玻璃既能保证正常的透光需求，又能起到一定的热能阻隔效果。当来自太阳或暖通空调的热能（红外线）射向低辐射玻璃时，会被反射回空气中，而不是通过玻璃传递，大大降低了因辐射造成的室内热能逸散，实现理想的节能效果，减少有害气体的排放[2]。
2对建筑幕墙节能材料的合理选择
不论建筑最终选择何种幕墙体系，最终都是以一个个节点细节和具体材料构筑实现的，要想达到最初的节能预期就要对主要材料和节点措施进行把控。不透明幕墙可以使用多层材料复合的办法使幕墙达到良好的热工性能，而透明幕墙则需要根据建筑设计的实际需求进行针对性的节能材料选取。
2.1节能玻璃的选择
用作幕墙结构的建筑材料一般不承担建筑负荷，仅起围护作用，它通常悬挂或镶嵌在建筑外的金属框内。用玻璃材料作为幕墙结构，采用铝合金窗框材质为边框，玻璃幕墙为外敷表面，再内衬以色热材质的复合型墙面，并通过结构胶层进行封闭。目前玻璃幕墙施工所使用的主要品种有：2.1.1中空节能玻璃。幕墙的建筑玻璃在选用时，需要根据实际需要，充分考虑新型的环保型玻璃。中空玻璃的基本原理就是利用玻璃的二层间隔，利用粘接剂将两层或三层玻璃与铝合金框架进行粘接，然后将玻璃空隙中的空气吸出加干燥剂或充以惰性气体，以保证玻璃具备高热工高隔音的性能。也有将中间空气抽成真空的真空玻璃，但造价较高一般比较少用。另外在中空玻璃内层普通白玻上镀上了银离子等金属化合物膜，就形成了Low-E玻璃。这层膜具有反射紫外线，透过可见光的效果，使玻璃具有更好的节能效果。于是中空Low-E玻璃是玻璃幕墙中采用较多的玻璃品种。设计可以根据不同地域和节能需求选择不同厚度、不同层数、不同透射度、不同热工系数的玻璃，赋予建筑设计更高灵活度。2.1.2镀膜、光电玻璃。建筑设计中，玻璃幕墙不但要顾及使用功能，还需要兼顾到建筑美感的艺术特点。而现如今，要求绿色节能几乎是现代建筑的基本要求。玻璃幕墙经过了多种新兴技术材料与工艺改良，不但达到了绿色节能效应，也同时拥有了不错的美感效应。因此设计者能够利用镀膜玻璃来达到遮蔽建筑外部光污染的功效，但同时也不直接影响建筑室内的通风遮阳、保温隔热等功效，并保证建筑总体美感性。此外，由于科学技术水平的提升，节能型光电科技的发展也推动了玻璃幕墙等节能技术的深入发展，包括了太阳能照明等新产品的使用，通过采集自然光的光电效应而产生能量，这个在前面光电幕墙中有提及。2.1.3新型特性玻璃。除以上幕墙设计常用的幕墙玻璃，现在中国国内也已有研发一些新型建筑材料。如利用印花或彩釉制作玻璃，使用金银制丝线和彩绘印文构成不透明的图形，并且放置在高层建筑上，可以自然地形成玻璃幕墙起到美感设计效果，并且起到一定遮阳效果，此外相对于光电色彩的灯光秀要相应节约资源。
2.2幕墙型材的选择
当前我国国内的玻璃幕墙，一般有明框、半隐框、隐框、点式幕墙和全玻璃幕墙等。要提高幕墙的节能性能，幕墙框材和配套的密封胶则是不可遗漏的重点。选型时要依据各地的气候状况，并充分考虑美观、实用性、耐久性等因素。幕墙型材主要是保证建筑幕墙的力学性能，如硬度（承载力）、强度和稳定性等要求，但同时也要符合美观和耐久性的需要。对于合金节能材料的选取，主要有以下几点要求：（1）幕墙型材材料的强度要求，幕墙型材的强度需满足《玻璃幕墙工程技术规范》[3]中的要求。（2）对幕墙型材的加工强度与稳定性问题要求。（3）幕墙型材的耐久性能要求。（4）幕墙型材的热工性要求。综合来说需要充分考虑其强度及结构稳定性，比如目前高层建筑基本上已经不再容许使用隐框幕墙的做法。耐久性主要来自表面的保护层，通常有氟碳喷涂，氟碳滚涂，阳极氧化等，可根据具体情况选取。为增加其热工性能，就需要采用新的改良构造，例如加入断桥。
3建筑绿色环保节能幕墙所应用的绿色节能技术
3.1在采光、通风中的应用
绿色节能幕墙在采光上，一般鼓励采用自然光源，对其加以适当利用。灯光系统作为建筑物中的关键组成部分，功率也比较大，工作时发生的废热、冷负荷等都会使能耗大大地增加。所以应按照绿色建筑设计理念，将自然光与人工光采用智能控制充分结合，在保证舒适度的同时，降低能耗。室内空气流动度不好，势必影响到空间舒适性。对于室内通风工程设计，主要有机械与自然两类。幕墙建筑设计多承载了外围护的功能，在机械通风设计时，须根据新风量的特点科学合理地设计新风入口，以确保风口避开污染物源[4]。天然通风设计则多以热压或风压为主要动能，无须耗费机器能量，在绿色建设中技术可行的前提下最宜推广。3.1.1开启扇的设计。对于幕墙开启扇的产品设计来说，可设置长期性的或临时性的遮阳，在大自然通气的流程中，必然会对居室外的热交流产生特定程度的影响，这就需要在产品设计打开扇时，需要根据现场的气候要求，合理设定打开扇的开启方式和尺寸，并考虑能源损耗对空气质量的控制。3.1.2热通道通风。在幕墙系统中利用设计设置空腔，使其具有热力管道的效果，这样就可以使用太阳光产生热力，为建筑物内的通风提供热力空气压及通风动力，保证通风效果。
3.2遮阳技术的应用――动态幕墙的特殊做法
在所有幕墙体系中有一个不可或缺的组成部分就是遮阳体系。它有时候被整合在幕墙体系之内作为幕后英雄，有时候又会被强调独立出来，成为幕墙中最明显的存在。在提供环保绿色性能的同时，赋予建筑独特的视觉风格，成为设计的新宠。按照各地的气候特性及其建筑物的应用特点，可将遮阳作为固定的或临时的。长期性的是在玻璃幕墙内部安装不同形状的防晒板和遮阳窗帘，而临时的则是在玻璃的内部安装轻型的布帘、竹帘、软百叶、帆布篷等。在永久性的遮阳装置中，按其结构是否可变，又可分成固定式与活动式两类。固定式通常根据一年的太阳运动轨迹找到最平衡的角度，以兼顾冬季的阳光透入及夏季遮阳。活动式的遮阳则可以根据不同季节的变化，甚至根据一日的时间变化及其上空的阴晴状况，随时调节遮阳板的角度，为室内提供舒适的光环境，并达到节能减排的效果。最近几年随着智能技术的发展，立面遮阳与环境的互动更显智能，一个个带有变化立面幕墙遮阳体系的建筑如春笋般不断涌现。
4新型建筑环保节能幕墙设计中的应用
4.1双层动态节能幕墙
双层动态节能幕墙又名热通道幕墙，指的是由双层构造所组合而成的这种幕墙类型。该种幕墙主要由以下五个构造所组成，依次是出风、入风、遮阳、内层、外层。通常情况下，内部窗户的开启功能和外部幕墙进风口和出风口功能均可以调节，同时，内部外墙还能够提供遮蔽功能，即便在不良环境下，内部窗户也可以正常通过双层间隔空腔进行通风。一般这种幕墙构造按照通风机理加以分类，可以大致包括为两类，即自然通风和强制通气。双层幕墙一般有开放型与全封闭二个完全不同的设计方案。热管道则是指在二层玻璃幕墙之间所设有的进风与排风设备的热缓冲区，内部还含有百叶设备和检测光线温度变化的检测器。夏季酷暑时，可运用热烟囱效应所形成的气流排掉热管道内的炎热气流，同时由于内侧幕墙呈敞开型，可对开启扇外侧的压差系数进行有效运用，产生热气流，从而实现通风；冬季严寒时，可运用供热管道的温室效果提升内侧幕墙的表层气温，从而降低供暖功耗。双层动态节能幕墙主要包含了如下几项技术特性：（1）夏季隔热通风、冬季保温的功能。（2）能够达到烟囱效果和室内空气动力热压技术原理的高效利用，即使清新室内空气也进入居室，能够使污浊的废气迅速排出室内外，同时减少了尘埃进入居室，所以其营造绿色环境功能也很好。（3）隔音降噪技术，通过双层的动态节能幕墙可以有效隔离噪声，给室内工作人员提供一种安静空间气氛。（4）采光能力，可以通过相关措施在保证可见光的前提下，降低紫外线的透入。部分双层动态节能幕墙可以按照用户的相关要求调节采光，从而提供舒适的室内光环境。
4.2光电幕墙
光电幕墙的主要功能就是在保证隔热隔音的前提下，实现太阳能发电属于一种新型建筑幕墙。这种幕墙技术是将太阳能光伏技术与建筑幕墙技术相结合形成的。可以对传统太阳光发电技术加以合理地利用。通过这个方式得到的自然能量也属于净能源，在发电的时期既没有产生珍贵自然能量的耗费，也没有产生废气问题、噪声问题与污染等情况。在阳光的照耀下，光伏幕墙产生的主要是直流电。所有的光伏发电板产生的能量在多极集电管以及整流环节等技术后，经由变压器转变形成交流电，并向整个电能网中传递[5]。随着技术的发展除了最早的光伏板，目前还有柔性的光电膜以供选择。从外观效果上来看也可以有透明的视觉效果，为设计师提供了更多选择，在满足建筑立面通透性的前提下，为建筑提供绿色清洁的能源供应。
4.3生态幕墙
生态化幕墙构造则指借用主动式环保技术构成建筑的维护结构，实现建筑与环境的生态化交互，达到节能减排，甚至零能耗的一类幕墙建筑构造。生态化幕墙构造属外围构造，主要应用于生态化建筑物中，其主要功能为创造建筑内部生态环境。生态化幕墙构造采用了现代化技术手段，借助利用生物气候的缓冲层，不仅达到对各种资源的合理开发利用与环境保护，而且有效降低环境污染。生态幕墙作为新的一种幕墙形态，整合了最新的科技及智能控制系统，遵循与大自然和谐共生的原则，在保护环境的基础上对自然环境资源进行有效利用，用科技的手段，重新诠释和体现了新形式的“天人合一”。不仅从物质角度实现绿色环保，而且从文化层面也丰富了绿色生活的内涵。
5结语
节能环保和绿色低碳已成为建筑幕墙发展的必然趋势。普通的建筑幕墙需要通过各种措施提高其环保性能。但更重要的是，伴随科技进步，越来越多的主动性能源措施会被植入建筑幕墙的设计。双层幕墙，能源幕墙，生态幕墙等都会逐渐普及，实现建筑与环境的生态化交互。建筑幕墙将不再是单一的建筑物围护结构，而是一个与自然融合在一起的复杂系统，以支持内部的空间与人类活动。其中的环保系统可以捕捉自然的力量以产生能量，结合智能控制系统成为更加环保低碳的环保节能系统。
参考文献
[1]中共中央国务院.关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见[J].中国水泥,2021(11):8-13.
[2]崔海相.概述绿色建筑幕墙的特点和类型[J].建材与装饰,2017(39):33-34.
[3]JGJ102-2003.玻璃幕墙工程技术规范(附条文说明)[S].
[4]王亚志.影响幕墙门窗节能的因素分析[J].城市建设理论研究(电子版),2015(16):6685-6687.
[5]魏俊强,郑丽.简述绿色环保节能幕墙的动态节能技术[J].建材与装饰,2017(39):45-46.
刘睿峰 上海昂特建筑设计咨询有限公司
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