綠色節能技術在大型公共建筑玻璃幕墻設計中的應用

胡亦明1，王勇2

（1.陜西省建筑設計研究院有限責任公司 710003;2.新時代（西安）設計研究院有限公司 710054）

    隨著世界各國對建筑節能的日益重視，普通玻璃幕墻保溫性能差、能耗大、通風不暢、光污染等問題日益凸顯，因此必須對玻璃幕墻進行建筑節能設計。針對我國目前大型公共建筑玻璃幕墻設計中節能技術含量低，建筑能耗巨大的現狀，論文通過對目前玻璃幕墻各主要綠色節能設計方法的全面研究和分析，力圖尋找出對我國玻璃幕墻發展具有較強參考價值的體系模式，為建筑玻璃幕墻的技術性研究提供參考。在利用能量方面，論文從新型構造技術、新材料以及智能控制技術三個角度結合國內外實際工程項目進行探討和分析，研究了影響玻璃幕墻節能性的因素和優化設計方法；在產生能量方面，論文闡述了在玻璃幕墻設計中如何利用太陽能光電技術，并提出了智能光電玻璃幕墻的設計方法。最后,論文對玻璃幕墻設計中綠色節能技術的應用進行了總結，希望能夠對今后的玻璃幕墻節能設計實踐提供參考。

    玻璃幕墻設計中應用綠色節能技術的重要性及現實意義：

    我國能源現狀、未來發展策略及建筑能耗

    1.1.1近年來，能源及環境問題成為全世界關注的熱點，各國都從本國的國情出發來解決能源與環境問題。對我國來說，人均能源資源短缺，環境容量有限的現狀，將極大的制約我國的可持續發展。從資源總量看，我國是一個資源大國，資源總儲量居世界第 3 位，一些重要資源擁有量位居世界前列；但從人均資源占有量看，我國又是一個“資源小國”，人均占有量居世界第 53 位，僅為世界人均占有量的 1/2。我國化石能源資源探明儲量中，90%以上是煤炭，而煤炭、石油、天然氣人均剩余可采儲量分別只有世界平均水平的 58.6％、7.69％和 7.05％。目前，我國的能源及可再生能源的利用有以下問題亟待解決。1）化石能源緊缺。2）水利資源亟待開發。3）核電發展緩慢。4）煤層氣資源尚待開發。5）太陽能、風能、海洋能、地熱能和氫能等新能源開發利用分散、規模很小。

隨著我國工業化、城鎮化進程加快，能源需求量持續增長，資源與環境對經濟社會發展的壓力也越來越大。而節約能源資源，大力促進能源資源的高效利用和循環利用，開發利用可再生能源則是滿足能源增長需要，建設資源節約型、環境友好型社會，有效解決農村能源問題，促進農村經濟和社會發展，實現可持續發展的重要措施。

    1.1.2 大型公共建筑與玻璃幕墻綠色節能設計

通常情況下，建筑依照其使用功能和服務對象的不同分為工業建筑和民用建筑兩大類。工業建筑是指廠房和倉庫，民用建筑則包括居民住宅、商業用房、服務業用房、辦公用房、教育用房、科研用房、文化體育場館等多個種類。除住宅外，其他用于各類公共活動的民用建筑可統稱為公共建筑。由于不同規模的公共建筑其室內人員、燈光和辦公設備密度不同，全年用能的特點和能源消耗的總量也不同。根據建筑用能的特點，我國將公共建筑劃分為普通公共建筑和大型公共建筑。大型公共建筑是指建筑面積超過 2 萬平方米且采用集中空調系統的各類星級酒店、大中型商場、高級寫字樓、政府辦公大樓、醫院門診及住院大樓、博物館、影劇院、廣播及電視臺、車站機場和體育場館等。大型公共建筑所消耗的能源種類根據建筑物內用能系統的不同而有所差別，一般以電、天然氣、煤、蒸汽、市政熱水為主。為滿足為人們的生活和工作提供舒適、健康的室內環境，需要通過建筑部件和用能設備來實現，主要包括墻體、門窗等部件和空調系統、照明用電系統、辦公用電設備和電梯。由于大型公建外型多樣、設備系統復雜、建筑物內部環境需求高，因此單位面積的能耗巨大，其單位面積的耗電量是普通公建的 4-6 倍、住宅的 10-15 倍，遠大于普通公建和住宅。近年來，隨著我國經濟實力的顯著提高，城市建設的發展，大型公共建筑在我國的建設量增長迅速，所占新建建筑總面積的比例也越來越大，其能耗大的問題也越來越突出。我國大型公共建筑用能系統能效普遍較低、能源浪費嚴重、節能潛力較大。

    大型公共建筑設計中采用大面積玻璃幕墻的比例很高，但在追求建筑形式的同時，絕大多數玻璃幕墻設計沒有或只是部分考慮到遮陽、隔熱、通風等節能措施，無法有效利用室外低溫，導致建筑內部發熱量大，很多空調制冷機春秋季仍連月運轉，造成巨大的能源浪費。目前，普通的大型公共建筑玻璃幕墻在節能方面主要存在以下問題：玻璃的保溫性能差，能耗大，造成運行、維護費用高；玻璃由于其本身隔熱和采光的限制，使得開燈時間延長；夏天空調溫度過低，冬天空調溫度過高，造成電力等能源的浪費；密閉性差又使得灰塵得不到有效阻擋，既不節能又不環保；玻璃幕墻還存在光污染問題，不同種類的幕墻玻璃（包括中空、單反、鋼化、防火、鍍膜、夾層等）的反光和折射系數雖然不同，但是都會對人眼造成不同程度的傷害；玻璃幕墻多數不能開啟，通風差，長期在密閉的寫字樓工作的人會感覺到頭暈胸悶，這是因為玻璃幕墻結構的特殊性決定了可開啟的通風口比較少，而中央空調的空氣質量又不高所致。雖然普通玻璃幕墻存在一些問題，但這些問題通過技術、材料等手段都是可以解決的。

    大型公共建筑特別是高樓大廈來需要采用玻璃幕墻，除了因為通透性和藝術性，其能夠滿足建筑荷載、強度的要求也是重要的原因。玻璃幕墻只要合理進行設計，是可以達到節能標準要求的。Low-E 中空玻璃幕墻的推廣使用，就是一個有力的措施。雙層玻璃幕墻的保溫、通風和隔熱等性能已優于傳統的墻體材料，智能玻璃幕墻可以自動控制建筑的各系統，有效的減少建筑能量消耗，光電幕墻更是能夠利用光電效應產生電能，供建筑內部使用。建筑節能不節能，不在于是不是采用玻璃幕墻，只要選用合適的玻璃，采用合理的構造和控制方式，就完全可以達到節能的標準。我國關于玻璃幕墻節能設計的規定：玻璃幕墻從 20 世紀 90 年代初期傳入我國以來，以其獨特的通透性、藝術性受到了人們的青睞，中國各大中城市中都有玻璃幕墻的身影。但是目前國內玻璃幕墻產品仿制的多創新的少，幕墻技術還沒有達到相應的國際水準，玻璃幕墻的能耗大等問題還十分嚴重。正是基于以上原因，建設部新出臺的《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005 中提出，外窗可開啟面積不大于30％，玻璃幕墻最多只能占墻面70％，并鼓勵使用自然風降溫，幕墻也應具有可開啟部分或設通風換氣裝置等。新標準明確規定，所有公共建筑的幕墻不能使用普通玻璃，必須使用節能玻璃。本論文主要研究玻璃幕墻設計中的綠色節能技術，從新型構造技術、新型材料和控制技術三方面對各種節能技術進行分析和總結，在此基礎上，研究玻璃幕墻節能性的影響因素及優化設計方法，主要內容包括:

1.國內外建筑玻璃幕墻設計中生態節能技術的研究和發展

    通過對歐美等發達國家的發展歷史及現狀做總結與分析，對比其不同的發展背景和發展方向，尋找出與中國玻璃幕墻發展相類似的，具有較強參考價值的體系模式，為中國建筑玻璃幕墻的技術性研究提供參考。同時分析我國玻璃幕墻建筑優缺點，通過綜合對比找出有發展價值的方面。研究的重點放在中國目前建筑玻璃幕墻使用量最大的大型公共建筑上，并從經濟成本、社會效益等方面對綠色節能技術的應用進行綜合評價。

2.對新型構造、建材產品和控制技術的了解與研究

    世界各國對節能、環保的重視程度日益提高，構造技術和智能控制技術發展迅速，新型建材為各種新型玻璃幕墻系統提供了豐富的產品。通過對新型構造技術、不同類型的建材及智能控制技術的深入了解，可以為本文的研究提供切實可行技術方案，也使得建筑玻璃幕墻的綜合質量得到進一步提高。

    我國玻璃幕墻設計的發展方向：在新世紀中，我國玻璃幕墻的設計應該追求主動性和積極性，變被動設防為主動利用能源的設計思想，近年來我國雙層玻璃幕墻的應用就是我國建筑逐步走向節能化、智能化的一個體現。它利用熱空氣的煙囪效應自然地將熱緩沖層的熱空氣排到室外，并配合中空玻璃內的電動升降窗簾，而達到良好的隔熱節能效果。在此基礎上，將玻璃幕墻飾面材料的光敏、熱敏特性與室內供熱、制冷等系統用計算機自控網絡控制，達到玻璃幕墻控制智能化、玻璃幕墻結構體系和太陽能利用體系設計的一體化。隨著世界各國環境日益惡化，能源危機的到來，能耗嚴重的玻璃幕墻建筑急需采用綠色節能技術來降低能耗，提高建筑的舒適性，甚至產生能源供建筑消耗。參照國外建筑玻璃幕墻發展的歷程與經驗，我國的建筑玻璃幕墻設計只能也必須向環保，節能與智能化發展。

    建筑玻璃幕墻在我國的發展近有20多年的歷史，隨著建筑材料和建筑技術的進步，它必將朝著節能型、智能型、藝術型、生態型方向發展，現代的建筑造型藝術也對建筑幕墻提出了更多更新的要求。隨著國力的增強及生產力水平的提高，我國玻璃幕墻設計將從重功能、限造價的現狀，逐步達到強調功能、節約能源和追求本身的特性，為人們創造出更加豐富多彩的工作和生活環境。

參考文獻：

[1]廣東省科普信息中心.我國能源現狀及出路.廣東科普資源網.2006

[2]中華人民共和國建設部.公共建筑節能設計標準—GB50189-2005.北京：中國建筑工業出版社.2005

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尹維維 尚雯瀟 編輯  文徑 審核)