绿色节能技术应用于大型公共建筑玻璃幕墙设计的探析.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/7绿色节能技术应用于大型公共建筑玻璃幕墙设计的探析龙马琳袁于奕袁龙彦静袁黄原敬袁邓鹏（长沙市规划设计院有限责任公司，湖南 长沙 410007）【摘要】为解决大型公共建筑玻璃幕墙绿色节能设计问题袁结合行业发展情况及相关案例袁对绿色节能技术在大型公共建筑玻璃幕墙设计中的实际应用进行研究袁 分析了大型公共建筑玻璃幕墙设计中常用的绿色节能技术袁提出各种技术手段在玻璃幕墙当中的应用策略和设计方法袁以期能够为相关技术人员或大型公共建筑项目提供参考遥【关键词】绿色节能技术曰公共建筑曰玻璃幕墙【中图分类号】TU227【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）07-0091-030 引言随着经济的高速增长，我国建筑领域迎来了全新的发展机遇，与此同时，可持续发展战略的实施，使得建筑项目的设计和施工逐渐融入了节能环保理念。在此情况之下，建筑行业加强了对于绿色节能技术的运用研究。玻璃幕墙是大型公共建筑的常见结构，为缓解玻璃幕墙产生的光污染问题，充分发挥玻璃幕墙结构作用，提升建筑使用的舒适度以及节能性、环保性，加强对绿色节能技术在大型公共建筑玻璃幕墙设计中的应用研究十分有必要。1 大型公共建筑玻璃幕墙设计中常用的绿色节能技术1.1 新型构造技术当前，玻璃幕墙新型构造主要包括双层玻璃幕墙系统以及玻璃幕墙遮阳系统。双层玻璃幕墙系统能够保温隔热，在夏季加速空气流通带走热量、冬季保温，有助于降低建筑能耗，提升建筑使用感受1。双层玻璃幕墙主要包括内外两层玻璃幕墙，其中外层玻璃幕墙多为隐框、明框或者点式玻璃幕墙。内层玻璃幕墙多为明框或者铝合金玻璃幕墙，通过在双层玻璃之间构建相对封闭的通风间层，空气从外层玻璃下风口进入，从上风口排出，以此构建热量缓冲层，有效调节室内温度。常见的双层玻璃幕墙系统包括封闭式内循环双层玻璃幕墙和敞开式外循环双层玻璃幕墙两种。两种玻璃幕墙结构如图 1 所示。玻璃幕墙遮阳系统能够减少外部阳光照射，降低建筑空调耗能。玻璃幕墙的主要优势是室内外视线能够交流，而且外形美观，但与此同时，也会导致外部阳光直接射入室内，使得室内温度升高，增加建筑耗能，尤其是单层玻璃幕墙，其空调能耗在整个建筑当中占比高达 40%，不符合当前节能减排的发展趋势和建设理念。因此，运用遮阳系统是玻璃幕墙绿色节能设计当中的重点内容。玻璃幕墙遮阳形式主要包括水平式、垂直式、综合式、挡板式及百叶式，需要结合实际建筑设计要求、建设场地光照特点等，合理选择遮阳形式。遮阳系统不仅能够遮挡太阳辐射、避免室内温度过高，而且还要有助于丰富建筑外立面形态效果，满足室内天然采光需求，此外，在建筑通风、隔热、散热等方面也有一定作用，有助于降低建筑能耗，提升室内舒适度。1.2 新型材料技术大面积玻璃幕墙基于其自身美观性、多样性的艺术效果，在大型公共建筑中得到广泛运用，但与此同时，玻璃幕墙能耗较高，在绿色节能背景下，玻璃幕墙不仅需要通过结构设计达到节能效果，还需要采用高性能节能玻璃、型材，以此降低玻璃幕墙能图 1 两种玻璃幕墙结构外层为中空玻璃空调系统室内吊顶口内层为单层玻璃室内通风间层进风口室外出风口外层为单层玻璃通风间层内层为中空玻璃室内室外进风口建筑 节能91LOW CARBON WORLD 2023/7耗。玻璃的传热系数、透光系数等均会对其保温隔热性能产生一定影响2。1.3 智能控制技术智能控制技术在玻璃幕墙当中的运用，实际上就是将玻璃幕墙与计算机系统融合在一起，形成智能化、动态化的玻璃幕墙，可根据外界气候环境变化情况，自动调节玻璃幕墙功能，以此减少建筑物资源消耗，构建宜人、舒适的室内环境。智能玻璃幕墙是呼吸式玻璃幕墙的有效延伸，融合了智能建筑通风、空调、环境检测、智能控制以及遮阳等系统。与传统玻璃幕墙相比，运用智能玻璃幕墙的建筑能耗仅为传统玻璃幕墙建筑的 30%，在节能环保方面有极大优势。实际运用智能控制技术的过程中，需要加强对于太阳辐射热以及自然采光的研究和利用，并实现智能玻璃幕墙与供暖、通风等系统之间的有效配合。1.4 光电技术随着技术水平的提升，以及绿色节能理念的逐步深入发展，为有效利用自然资源，减少玻璃幕墙建筑能耗，光电技术逐渐被运用到大型公共建筑玻璃幕墙设计当中。通过二者的一体化设计和有机融合，可以借助光电玻璃幕墙，将太阳能转化为电能，为建筑运行供能，达到节约能源的效果。除此之外，光电玻璃幕墙在节约地表面积、基建费用方面也有极强优势，而且，应用光电玻璃幕墙还能节省建筑装饰材料，具有较高的经济效益。2 绿色节能技术在大型公共建筑玻璃幕墙设计中的具体应用2.1 新型构造系统结构的应用呼吸式双层玻璃幕墙是当前大型公共建筑当中常用的节能型玻璃幕墙，属于敞开式外循环幕墙结构。该结构无须与建筑通风系统相连，减少了建筑能耗，因此，相较于封闭式玻璃幕墙，呼吸式双层玻璃幕墙得到了更为广泛的应用。呼吸式双层玻璃幕墙根据其构造以及通风方式，可划分为箱式、非箱式、走廊式、多层式以及可开启式等多种构造类型。随着当前建筑行业的发展，以及相关要求的不断提升，为保障玻璃幕墙具有良好的节能效果，呼吸式双层玻璃幕墙结构通常与遮阳系统同时应用到玻璃幕墙设计当中。由于不同遮阳方式的工作方式、遮阳效果等各不相同，因此，在实际开展遮阳设计时，需要充分考虑不同区域的日照情况、太阳辐射规律以及建设项目窗口朝向等，以此保障遮阳系统设计有效、合理3。部分玻璃幕墙遮阳系统的遮阳性能如图 2 所示。例如，北京公馆采用了双层玻璃幕墙结构形式，并在两层幕墙玻璃之间设计了遮阳系统。在夏季炎热气候时，双层幕墙之间的通风间层能够有效排出热空气，并补充冷空气，降低内层玻璃温度，调节室内温度；在冬季温度较低的情况下，可将双层玻璃幕墙的进出风口关闭，以此形成封闭隔层，达到保温效果。北京公馆设计的玻璃幕墙具有良好的节约能源效果，可在建筑投入使用 5耀8 年后回收玻璃幕墙系统建设投入成本。2.2 新型玻璃材料的应用当前新型节能玻璃主要包括热反射镀膜玻璃、低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃、薄膜型热反射材料贴膜玻璃，以及真空玻璃等。不同型材的导热系数、刚性、热阻性等性能存在较大差异，也会影响玻璃幕墙的设计以及应用效果。因此，当前玻璃幕墙设计大多会在内外两层金属框架之间增加低导热性结构，形成断热层，避免室内热量由框架型材部位散失，此类玻璃幕墙材料统称为断热型材。断热型材不仅具有良好的热阻性，而且结构牢固、强度较大，抗风、隔声以及气密性等都较好，符合玻璃幕墙绿色节能设计要求。以清华大学节能建筑为例，针对新型玻璃材料在大型公共建筑玻璃幕墙设计中的运用展开探讨。该项目采用了双层中空玻璃幕墙结构，通过在双层中空玻璃中间设置真空玻璃，达到保温隔热效果，同时有效克服了传统真空玻璃承受风荷载能力不足的问题。该双层中空玻璃的结构如下：淤钢化玻璃图 2 部分玻璃幕墙遮阳系统的遮阳性能50%建筑 节能92LOW CARBON WORLD 2023/75 mm；于空气 6 mm；盂Low谣E 玻璃 4 mm；榆真空层；虞浮法玻璃4 mm；愚空气 6 mm；舆钢化玻璃 5 mm。经过计算，该双层中空玻璃的传热系数为0.93 W/（m2 K）。除此之外，结合案例建筑的实际情况，以及东立面室内自然通风要求，在玻璃幕墙的基础上，还设置了垂直外遮阳百叶窗和铝合金平开窗。这种玻璃幕墙设计方式，不仅保障了玻璃幕墙的保温隔热性能，满足了建筑自然通风以及采光需求，而且还取得了良好的视觉效果。2.3 智能玻璃幕墙的应用智能玻璃幕墙由于科技含量较高，因此，前期投资较大，但在建筑节能以及提升环境舒适度等方面有着极大的潜力和作用。随着现代化智能技术水平的发展，智能玻璃幕墙技术在发达国家逐渐得到更多的运用，可根据外界环境变化情况，调整自身功能，以高效利用资源4。例如，德国埃森市 RWE 工业集团的总部大楼就采用了智能玻璃幕墙，实现了对建筑内部各种能量的精准控制，在保障环境舒适度的同时，极大地减少了能源消耗。该建筑采用了箱式双层玻璃幕墙，外部为高透光精白强化玻璃，内部为中空玻璃，填充氩气，通风间层宽度为 500 mm，并设置能够调节角度的铝制百叶用于遮阳。该玻璃幕墙与建筑进风、排风系统相连，能够独立控制空腔空气，以此满足不同房间实际需求，而且该玻璃幕墙结构还具有良好的防火隔热功能，能够有效限制火灾蔓延。除此之外，案例建筑智能玻璃幕墙还配备的光感应装置、感烟装置、消防喷头、辐射采暖、制冷装置等，通过智能系统的控制，能够将建筑内部环境调节到最舒适的状态，而且有助于减少建筑能源消耗。在实际使用智能玻璃幕墙的过程中，RWE 工业集团总部大楼的能源消耗远小于同等规模普通玻璃幕墙建筑，虽然前期造价成本较高，但是能源消耗较少，运行管理费用较低，因此，具有良好的经济效益。2.4 光电玻璃幕墙的应用光电玻璃幕墙是借助太阳能元件，将自然界当中的太阳能转化为电能，并将其与建筑制冷、照明、采暖等系统相连，用于支持建筑日常运行，以此达到节约能源的效果。光电玻璃幕墙结构如图 3 所示。光电玻璃幕墙可通过墙面一体化方式，将太阳能光电板与墙面材料有机结合在一起，既能够起到围护作用，同时还能有效利用太阳能。此外，光电玻璃幕墙作为建筑外墙，能够有效应对各种恶劣天气，并且具有良好的阻燃、保暖以及隔热性能。实际展开光电玻璃幕墙设计的过程中，不仅要充分考虑工艺技术水平，还需要重视环境污染等方面的影响。常见的光电玻璃幕墙类型主要包括垂直式、锯齿式、风箱式、倾斜式、结构式、独立式，以及柔性太阳能光电板。此外，还可以将光电板与遮阳板结合，达到产电、遮阳的双重效果。例如，加拿大 WilliamFarrell 大厦、英国 Doxford 国际商务区太阳能办公大楼等，都运用了光电玻璃幕墙5。3 结语在大型公共建筑玻璃幕墙设计中运用绿色节能技术，不仅具有良好的节能降耗效果，而且还有助于调节室内环境温度、光照条件等，提升建筑的舒适度。当前，常用的大型公共建筑玻璃幕墙绿色节能技术包括新型构造技术、新型材料技术、智能控制技术以及光电技术，在改善室内环境、降低空调及光照等系统能耗方面有着较好的效果，而且运用智能化技术和光电技术，还能够实现玻璃幕墙系统与建筑运行系统的有效配合，加强对于自然资源的利用，最大限度减少大型公共建筑玻璃幕墙能源消耗，在降低玻璃幕墙材料成本、丰富大型公共建筑玻璃幕墙形态设计方面也有着良好作用。随着对大型公共建筑玻璃幕墙绿色节能设计的深入研究，大型公共建筑玻璃幕墙设计水平以及节能效果都将会得到进一步提升。参考文献1 李孟冰，蔡雪菲.绿色节能技术在公共建筑玻璃幕墙设计中的应用研究J.科技与创新，2022（24）：163-165，169.2 胡楠.基于绿色节能技术在公共建筑玻璃幕墙设计中的应用研究J.环境科学与管理，2021，46（9）：26-29.3 刘薇薇.论幕墙设计与施工中绿色节能技术的应用J.现代物业（中旬刊），2020（7）：22-23.4 葛芳敏.绿色节能技术在公共建筑幕墙设计中的应用J.建材与装饰，2019（32）：123-124.5 许焱.绿色节能技术在建筑玻璃幕墙设计中应用研究J.四川水泥，2018（10）：125.作者简介院龙马琳（1979），男，汉族，湖南长沙人，本科，高级工程师，研究方向为建筑学。图 3 光电玻璃幕墙结构导线光电模式光电集电器二级集电器整流器公共电网内部用电建筑 节能93