張兆鑫 二道河農(nóng)場(chǎng)工程建設(shè)管理部

1 前言

建筑行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，多種新型建筑技術(shù)及材料得到廣泛應(yīng)用，其中玻璃幕墻是應(yīng)用較多的建筑形式，既能提高建筑美觀度，也可增強(qiáng)建筑采光效果，可使建筑建造水平得以大幅提升。然而玻璃幕墻應(yīng)用時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，并且能源消耗量較大，不利于建筑行業(yè)的低碳化與長(zhǎng)效發(fā)展。為在建筑行業(yè)踐行可持續(xù)發(fā)展理念，需要依托綠色節(jié)能環(huán)保技術(shù)改善玻璃幕墻高能源消耗的現(xiàn)狀，通過(guò)新型玻璃幕墻、新型節(jié)能技術(shù)的有效應(yīng)用對(duì)能耗高的高層建筑進(jìn)行玻璃幕墻的節(jié)能改造，以進(jìn)一步增強(qiáng)玻璃幕墻的節(jié)能性與環(huán)保性。

2 基于綠色環(huán)保視角的建筑玻璃幕墻綠色節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 保溫隔熱設(shè)計(jì)

建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用玻璃幕墻之后建筑采光效果可得到改善，然而由于夏季時(shí)節(jié)較為炎熱，安裝了玻璃幕墻的建筑物內(nèi)部空間溫度升高速度較快，因而需應(yīng)用空調(diào)設(shè)施調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，如此會(huì)增大電力能源的消耗量。同時(shí)，應(yīng)用玻璃幕墻冬季會(huì)因室內(nèi)空間溫度較低而要開(kāi)啟加熱裝置。為保持室內(nèi)溫度的適宜性，節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)要將保溫隔熱設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)，從而減少冬夏時(shí)節(jié)因利用空調(diào)或采暖措施調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度所產(chǎn)生的能量損耗。

2.2 玻璃幕墻遮陽(yáng)設(shè)計(jì)

玻璃幕墻遮陽(yáng)設(shè)計(jì)是維持室內(nèi)正常溫度的重要手段，主要目的是防止陽(yáng)光直射在幕墻之上，從而平衡室內(nèi)溫度。玻璃幕墻遮陽(yáng)的方法主要有三種：一是利用遮陽(yáng)性能較高的幕墻阻隔熱量進(jìn)入，以使室內(nèi)空間的溫度保持平衡；二是于建筑室內(nèi)安裝遮陽(yáng)物，進(jìn)而達(dá)到遮擋室外陽(yáng)光進(jìn)入的目的，此種遮陽(yáng)方法應(yīng)用時(shí)，需要結(jié)合建筑及室內(nèi)空間的具體情況篩選最為適宜的遮陽(yáng)物；三是將遮陽(yáng)物安裝于室外，以便實(shí)現(xiàn)建筑室內(nèi)空間溫度的有效保持。

2.3 自然通風(fēng)

玻璃幕墻設(shè)計(jì)時(shí)需要將通風(fēng)情況納入考量。通常玻璃幕墻在寫(xiě)字樓等高層建筑裝飾上較為常用，這種建筑往往內(nèi)部人員眾多，若是通風(fēng)狀況不佳會(huì)對(duì)室內(nèi)人員身體健康產(chǎn)生不利影響，需要通過(guò)合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)避這一問(wèn)題，同時(shí)良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)也可有效降低室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)的能源消耗量。通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要是要控制好幕墻外窗的設(shè)置數(shù)量，若外窗數(shù)量不足會(huì)影響通風(fēng)質(zhì)量，而外窗數(shù)量設(shè)置過(guò)多則會(huì)使室內(nèi)溫度過(guò)度流失。為此，玻璃外窗數(shù)量的合理設(shè)置以及密閉性的有效保持是玻璃幕墻保持良好通風(fēng)性、具備優(yōu)良節(jié)能效果的關(guān)鍵所在。

3 玻璃幕墻設(shè)計(jì)中綠色節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 雙層玻璃幕墻的應(yīng)用

雙層玻璃幕墻是由兩層玻璃組合而成的玻璃幕墻，兩層玻璃的構(gòu)造并不相同，外層與內(nèi)層的玻璃幕墻通常分別應(yīng)用的是點(diǎn)式或明框式。在建筑玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)中，雙層玻璃幕墻的應(yīng)用率較高。設(shè)計(jì)時(shí)，需要注重玻璃幕墻材料的科學(xué)選用，并應(yīng)合理設(shè)置通風(fēng)口，通過(guò)這兩個(gè)要點(diǎn)的合理把控可有效增強(qiáng)雙層玻璃幕墻的節(jié)能性。同時(shí)，還需要整合分析建筑玻璃幕墻的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其隔音效果展開(kāi)探討，而后合理設(shè)置玻璃幕墻通風(fēng)層的寬度，并確保空氣層厚度的科學(xué)設(shè)定。通常空氣層厚度以不高于10cm為最佳。此外，由于外界環(huán)境因素會(huì)對(duì)雙層玻璃幕墻的應(yīng)用效果產(chǎn)生影響，因而要控制好參數(shù)。目前，建筑綠色節(jié)能改造常用的雙層玻璃幕墻主要為箱式雙層玻璃幕墻，此外，走廊式雙層玻璃幕墻在高層建筑中應(yīng)用率也相對(duì)較高。

3.2 節(jié)能型幕墻的應(yīng)用

綠色環(huán)保視域下的建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)，需要有效彰顯綠色低碳、能源節(jié)源等特點(diǎn)，因而需要結(jié)合建筑的實(shí)際情況選用適合的幕墻玻璃材料，以此增強(qiáng)玻璃幕墻設(shè)計(jì)的節(jié)能性。例如，建筑建設(shè)地點(diǎn)位于南方冬夏溫差較小的區(qū)域，則可利用具備高吸熱能力的玻璃材料制作玻璃幕墻，或是利用高反射能力的玻璃材料。若是在北方地區(qū)建設(shè)裝有玻璃幕墻的建筑，由于夏季與冬節(jié)溫度差異較大，最好選用中空玻璃并且篩選輻射相對(duì)較低的種類，以此降低光污染。現(xiàn)階段，在高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)中空玻璃幕墻較為常用，具體應(yīng)用時(shí)可設(shè)置間隔框使中部玻璃架空，同時(shí)要做好中空玻璃幕墻的密封設(shè)計(jì)，可將惰性氣體充入中空玻璃之內(nèi)，再將干燥劑放入其中，以降低中空玻璃空氣層的溫度，進(jìn)而提高建筑玻璃幕墻的保溫性與隔熱性。

3.3 新型節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

3.3.1 基于光電技術(shù)的光電玻璃幕墻

光電玻璃幕墻是以光電技術(shù)為支撐，對(duì)光能、熱能進(jìn)行有效吸收并將之轉(zhuǎn)化為新的能源，以此減少資源浪費(fèi)、強(qiáng)化玻璃幕墻節(jié)能性的新型玻璃幕墻。光電玻璃幕墻主要利用的是太陽(yáng)能，需要制作與應(yīng)用太陽(yáng)能電池組，并融合在玻璃幕墻上，用線路進(jìn)行不同玻璃的連接，并使之構(gòu)建成整體性的玻璃幕墻。光電玻璃幕墻的應(yīng)用可有效降低玻璃幕墻的能源損耗，同時(shí)也可延長(zhǎng)幕墻的應(yīng)用年限，從而確保玻璃幕墻應(yīng)用價(jià)值的最大化發(fā)揮。

3.3.2 基于智能控制技術(shù)的智能玻璃幕墻

智能玻璃幕墻是將計(jì)算機(jī)融入到玻璃幕墻之中，通過(guò)控制技術(shù)應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)玻璃幕墻溫度自動(dòng)化調(diào)控的新型玻璃幕墻。智能玻璃幕墻可結(jié)合氣候變化情況自主進(jìn)行溫度的適度調(diào)節(jié)，以此提升室內(nèi)環(huán)境的舒適性，此幕墻應(yīng)用時(shí)所產(chǎn)生的能源損耗量較低。可在計(jì)算機(jī)上連接光電元件，如果建筑室內(nèi)及室外溫度出現(xiàn)較大偏差，則可在網(wǎng)絡(luò)支持下通過(guò)計(jì)算機(jī)智能化調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度。建筑玻璃幕墻中應(yīng)用智能控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)十分顯著，相較于傳統(tǒng)玻璃幕墻而言，智能玻璃幕墻節(jié)約的能源量約為30%。但智能控制幕墻應(yīng)用的弊端是智能控制技術(shù)費(fèi)用高昂，投資較大，但未來(lái)經(jīng)過(guò)技術(shù)不斷優(yōu)化之后，此種新型玻璃幕墻的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

4 綠色環(huán)保視域下高層建筑節(jié)能改造技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

4.1 工程概況

某高層建筑共為36層（包含地下兩層），建筑總高度為142m，幕墻制作材料是石材及玻璃，總面積為1.9萬(wàn)平方米，其中，石材幕墻總安裝面積為1.43萬(wàn)平方米，而玻璃幕墻的面積為0.47萬(wàn)平方米。建筑南立面面積約4970m2，并且窗戶總面積為1800m2，窗墻面積比為0.36。

4.2 玻璃幕墻應(yīng)用現(xiàn)狀分析

本建筑落成十幾年，長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用下玻璃幕墻的性能有所下降，特別是熱工性能低于如今新高層建筑玻璃幕墻的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，為增強(qiáng)此建筑玻璃幕墻的節(jié)能效果，需要基于綠色節(jié)能理念的應(yīng)用對(duì)其進(jìn)行改造，改造前需了解玻璃幕墻現(xiàn)狀，并對(duì)其熱工性能進(jìn)行詳細(xì)分析。

4.2.1 熱工性能

此高層建筑的玻璃幕墻以厚度為10mm的藍(lán)色單片玻璃材料為主，因建筑建設(shè)時(shí)間較早，因而玻璃材料質(zhì)保證書(shū)不齊全，評(píng)價(jià)玻璃幕墻中熱工性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，本工程的窗墻面積比為0.36，南立面玻璃傳熱系數(shù)為5.10W/(m2·K），并且玻璃遮陽(yáng)系數(shù)僅為0.43。

4.2.2 節(jié)能隱患

按照國(guó)家傳熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，窗墻面積比介于0.3與0.4范圍間的玻璃傳熱系數(shù)應(yīng)為3.0W/(m2·K），且玻璃幕墻遮陽(yáng)系數(shù)應(yīng)不低于0.50，而本工程的傳數(shù)系數(shù)比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)更高，遮陽(yáng)系數(shù)卻低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明此高層建筑玻璃幕墻的傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)均不達(dá)標(biāo)。除了本工程玻璃幕墻熱工性能相對(duì)較低以外，因玻璃幕墻應(yīng)用時(shí)限較長(zhǎng)，密封膠存在老化現(xiàn)象，玻璃貼膜的老化情況也較為嚴(yán)重，因而玻璃幕墻存在較高的節(jié)能隱患，必須加以改造。

4.3 玻璃幕墻節(jié)能改造具體方法

本高層建筑玻璃幕墻的節(jié)能改造應(yīng)以幕墻熱工性能分析結(jié)果作為依據(jù)，并需結(jié)合國(guó)家相關(guān)制度及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)玻璃幕墻節(jié)能改造的技術(shù)方法進(jìn)行分析，而后得出以下幾個(gè)改造建議。

4.3.1 選擇適合的窗墻面積比

通常而言，建筑窗墻面積比與建筑玻璃幕墻的傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)之間是成反比關(guān)系的，也就是說(shuō)，窗墻面積比越大的玻璃幕墻的傳熱系數(shù)越高，且遮陽(yáng)系數(shù)也越低，因而其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能也相對(duì)較低。然而本工程熱工性能分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，本工程總窗墻面積比為0.36，但局部區(qū)域達(dá)到了0.8以上，這是導(dǎo)致其傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)不達(dá)標(biāo)的主要原因。因而本工程玻璃幕墻綠色節(jié)能改造時(shí)，首先要對(duì)窗墻面積比進(jìn)行合理調(diào)整。窗墻面積比調(diào)節(jié)時(shí)有三種方式：一是橫向組合，二是縱向組合，三是縱模向組合。調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)選用不具透光性的鋁材或石材材料取代透光性玻璃面板，也可將之替換為透光性不佳的玻璃結(jié)合材料。調(diào)節(jié)窗墻面積比時(shí)，若選用鋁板、石材等非玻璃材料，需要結(jié)合建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外立面搭配效果進(jìn)行分析，并應(yīng)將材料應(yīng)用后的建筑室內(nèi)空間功能影響納入分析，部分玻璃幕墻的熱工性能要求較低時(shí)，傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)要求也應(yīng)酌情降低。

4.3.2 科學(xué)選用玻璃材料

本高層建筑采用的是金屬框、玻璃兩種材料為主的玻璃幕墻，并且玻璃應(yīng)用面積較大，因而應(yīng)通過(guò)玻璃材料的合理選用對(duì)玻璃幕墻的得熱與傳熱效果進(jìn)行控制。同時(shí)，玻璃幕墻施工周期較長(zhǎng)，存在一定的安全系數(shù)，因而還需要對(duì)玻璃幕墻的面板實(shí)施改造。本工程可通過(guò)貼膜的方法調(diào)節(jié)玻璃K值，也可降低玻璃幕墻的光學(xué)性能。針對(duì)存在嚴(yán)重老化問(wèn)題的玻璃，則可利用低K值中空雙層玻璃替換原有玻璃，這是由于雙層玻璃幕墻之間存在封閉空間，幕墻下部進(jìn)入的空氣會(huì)經(jīng)由上部排風(fēng)口排出，因此建筑空間空氣流通性良好，可增強(qiáng)幕墻通風(fēng)性、改善熱交換性能，可有效降低太陽(yáng)能輻射對(duì)室內(nèi)空間所產(chǎn)生的影響，同時(shí)也能夠減少能源的損耗。雙層玻璃幕墻的中空玻璃結(jié)構(gòu)形式以5mm+6A+5mm為最佳，此種玻璃K值比原有玻璃K值更低，僅為2.079W/(m2·K）。幕墻玻璃材料節(jié)能改造完成后，還可利用有限元軟件ANSYS驗(yàn)算分析內(nèi)外片玻璃的強(qiáng)度以及撓度值，若玻璃強(qiáng)度不低為84MPa、允許撓度不超過(guò)21mm，則符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明此改造方案可有效提高本高層建筑玻璃幕墻的保溫隔熱效果。

4.3.3 優(yōu)化幕墻傳熱性能

若部分區(qū)域的玻璃幕墻無(wú)需更換玻璃材料，則需重點(diǎn)優(yōu)化玻璃材料的傳熱性能。改造過(guò)程中，應(yīng)以窗墻面積比選擇方案為基準(zhǔn)，對(duì)幕墻組成材料的傳熱系數(shù)進(jìn)行降低，因此，可利用隔熱斷橋鋁材對(duì)原有玻璃材料進(jìn)行替換，從而使玻璃幕墻的熱阻效果得到相應(yīng)程度的提升。隔熱斷橋鋁型材可通過(guò)隔熱條對(duì)鋁合金型材進(jìn)行分隔，使之成為兩部分結(jié)構(gòu)，并且熱橋所應(yīng)用的材料是傳熱系數(shù)為0.3W/(m2·K）的聚酚胺尼龍66，此種材料的力學(xué)性能接近鋁合金，因此，在無(wú)需更換玻璃的幕墻改造中，應(yīng)當(dāng)選用隔熱斷橋鋁型材，可使玻璃幕墻的傳熱系數(shù)得到有效優(yōu)化。

4.3.4 改善玻璃幕墻遮陽(yáng)效果

不更換玻璃幕墻的建筑工程中，還需要對(duì)幕墻的遮陽(yáng)效果進(jìn)行改良。由于本高層建筑工程具備較大范圍的幕墻透明區(qū)，因而夏季時(shí)節(jié)室內(nèi)空間的溫度較高，為降低室內(nèi)溫度需要應(yīng)用空調(diào)，從而會(huì)產(chǎn)生大量電能損耗。為此，遮陽(yáng)效果改善時(shí)應(yīng)選用綜合遮陽(yáng)改造法，即同時(shí)針對(duì)屋面、墻面、窗口進(jìn)行遮陽(yáng)處理并應(yīng)用綠化遮陽(yáng)方式。窗口遮陽(yáng)改造時(shí)要確保窗口通風(fēng)、采光以及采暖等功能的正常發(fā)揮，同時(shí)還要注重于強(qiáng)化遮陽(yáng)效果的持久性發(fā)揮。通過(guò)此種方法進(jìn)行遮陽(yáng)改造之后，本高層建筑在太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不變的條件下，遮陽(yáng)效果可下降60%左右。

4.3.5 調(diào)節(jié)幕墻的氣密性

幕墻氣密性也是高層建筑節(jié)能改造的重點(diǎn)，本工程正是由于玻璃幕墻氣密性效果不佳而導(dǎo)致空氣流動(dòng)速度過(guò)快，使熱能產(chǎn)生了較為快速的消耗。為此，本工程節(jié)能改造過(guò)程中，應(yīng)以國(guó)家規(guī)定玻璃幕墻氣密性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，通過(guò)幕墻開(kāi)啟縫寬度、長(zhǎng)度的有效降低增強(qiáng)幕墻的氣密性效果。氣密性調(diào)節(jié)過(guò)程中，可在玻璃幕墻左側(cè)、右側(cè)以及下部區(qū)域增加襯墊材料或密封條，并利用密封材料填充縫隙以增強(qiáng)玻璃幕墻的氣密性效果。同時(shí)，還應(yīng)對(duì)玻璃幕墻之上安裝的五金件進(jìn)行檢查，及時(shí)更換老化部件，以此增強(qiáng)玻璃幕墻的壓實(shí)強(qiáng)度。

5 結(jié)束語(yǔ)

高層建筑應(yīng)用玻璃幕墻可有效提升建筑的美觀性，但是產(chǎn)生的高能源損耗不容忽視。因而玻璃幕墻設(shè)計(jì)及改造中可引入綠色節(jié)能技術(shù)，從而打造出更加安全可靠、能源損耗更小、低碳環(huán)保的建筑工程。高層建筑玻璃幕墻節(jié)能效果的高低主要體現(xiàn)于遮陽(yáng)系數(shù)、傳熱系數(shù)兩個(gè)方面，因此，基于綠色節(jié)能環(huán)保視角的玻璃幕墻節(jié)能改造需要選擇適合的窗墻面積比、科學(xué)選用玻璃材料，同時(shí)還要優(yōu)化幕墻傳熱性能、改善玻璃幕墻遮陽(yáng)效果、調(diào)節(jié)幕墻的氣密性。實(shí)踐應(yīng)用中，由于不同建筑玻璃幕墻因改造條件并不相同、改造要求存在差異，因而節(jié)能改造方法應(yīng)用時(shí)還應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況適度調(diào)整，從而保障高層建筑玻璃幕墻的節(jié)能改造效果。