建筑玻璃幕墻的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)探討

閆京明

（深圳市新城市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)股份有限公司山東分公司,山東 煙臺(tái) 264000）

能源與環(huán)境問題一直是全世界重點(diǎn)關(guān)注的話題，在建筑建設(shè)領(lǐng)域當(dāng)中，玻璃幕墻的設(shè)計(jì)正逐漸向著綠色、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)對(duì)其發(fā)展的進(jìn)一步推動(dòng)，本文開展建筑玻璃幕墻的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)探討研究。

1 建筑玻璃幕墻的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

1.1 選擇建筑玻璃幕墻綠色節(jié)能密封材料

綠色施工是建筑產(chǎn)業(yè)在未來發(fā)展的必然趨勢，為了進(jìn)一步滿足此種需求，可在進(jìn)行建筑玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，對(duì)幕墻設(shè)計(jì)材料進(jìn)行系統(tǒng)性選擇[1]。在開展此方面工作時(shí)，需要掌握幕墻工程的設(shè)計(jì)需求，即施工方設(shè)計(jì)的成果，不僅要滿足綠色節(jié)能要求，也要滿足常規(guī)建筑墻體的密封性與穩(wěn)固性需求。在此種設(shè)計(jì)理念下，對(duì)幕墻設(shè)計(jì)材料進(jìn)行選擇。

目前，建筑市場內(nèi)常用的幕墻玻璃可以被劃分為塑性玻璃與固性玻璃，而要滿足建筑幕墻的密封性需要，可對(duì)材料與常用玻璃的粘結(jié)能力進(jìn)行分析。其中，常用的幕墻玻璃有：白玻璃、LOW-E 玻璃等，常用的粘結(jié)材料有：實(shí)維高膠條與PIB。除了要考慮上文提出的性能要求，還需要考慮玻璃密封膠體在正常環(huán)境下的有效時(shí)間、防滲漏能力與耐熱能力等，只有選擇的材料滿足多種使用需求，才能將設(shè)計(jì)的材料應(yīng)用到建筑玻璃幕墻的設(shè)計(jì)中[2]。為此，選擇市場內(nèi)多種常用的建筑幕墻密封材料，對(duì)多種材料的使用性能進(jìn)行分析，綜合分析結(jié)果，選擇與建筑幕墻工程匹配的密封材料作為施工材料，避免由于幕墻密封性不足導(dǎo)致墻體出現(xiàn)滲水、漏氣等問題。對(duì)不同建筑幕墻密封材料的性能進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

表1 不同建筑幕墻密封材料性能分析

在完成對(duì)不同建筑幕墻密封材料性能的分析后，需要對(duì)材料的其他性能進(jìn)行對(duì)比，包括材料的抗紫外線能力、耐高溫能力等。對(duì)比結(jié)果見表2。

表2 不同建筑幕墻密封材料抗紫外線能力、耐高溫能力性能分析

根據(jù)上述分析結(jié)果，選擇綜合性能較優(yōu)的材料作為建筑玻璃幕墻綠色節(jié)能密封材料。

1.2 新型節(jié)能遮陽構(gòu)件安裝工藝

完成對(duì)建筑玻璃幕墻綠色節(jié)能材料的選擇后，針對(duì)部分面積相對(duì)較大的玻璃幕墻，還需要對(duì)其自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)遮陽調(diào)節(jié)的自動(dòng)化控制需要，在設(shè)計(jì)時(shí)，引入新型節(jié)能遮陽構(gòu)件，并對(duì)遮陽構(gòu)件的安裝工藝進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新[3]?？梢杂米鹘ㄖＡ粔Φ恼陉枠?gòu)件材料種類豐富，考慮到各個(gè)材料的物理特性、力學(xué)特征以及熱工性能，選用高性能隔熱和熱反射玻璃材料制備的玻璃遮陽板作為玻璃幕墻遮陽構(gòu)件，并在后續(xù)完成安裝后引入光電光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)。針對(duì)建筑自然通風(fēng)問題，可利用雙層玻璃幕墻結(jié)構(gòu)解決遮陽和通風(fēng)的問題。同時(shí)在遮陽構(gòu)件當(dāng)中引入電機(jī)帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)桿機(jī)構(gòu)，使遮陽板能夠完成自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入到室內(nèi)的陽光，維持室內(nèi)始終保持良好的光照條件和溫度條件。除了選用實(shí)體鋁型材以外，還可采用穿孔鋁板和反射玻璃材料作為遮陽構(gòu)件。根據(jù)不同建筑物的性質(zhì)和設(shè)計(jì)風(fēng)格以及不同地區(qū)的日照規(guī)律對(duì)遮陽設(shè)施進(jìn)行科學(xué)選擇。在對(duì)遮陽構(gòu)件安裝時(shí)，可引入簾幕結(jié)構(gòu)，在不需要遮陽構(gòu)件時(shí)可將其完全隱藏在玻璃幕墻的卷簾框架當(dāng)中，通過卷簾框架又能夠很好地修飾玻璃幕墻。利用遮陽構(gòu)件具有的自動(dòng)平衡功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃幕墻的大面積整體整齊聯(lián)動(dòng)遮陽。

1.3 基于柔性太陽能的光電幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)建筑玻璃幕墻的節(jié)能，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種基于柔性太陽能的光電幕墻，通過此種設(shè)計(jì)，滿足工程設(shè)計(jì)的節(jié)能需求。而光電幕墻之所以可以被稱之為柔性結(jié)構(gòu)，是由于在光電板中安裝的金屬壓片屬于合成類材料，此種材料可以根據(jù)玻璃幕墻的具體排布設(shè)計(jì)，整體設(shè)計(jì)過程自由度較高，也正因如此，解決了玻璃幕墻工程在實(shí)施中存在的曲面安裝工程板困難的問題[4]。并且，此種材料的自重較輕，在施工中不需要在幕墻結(jié)構(gòu)上安裝其他的支撐類結(jié)構(gòu)，因此，也節(jié)約了大量工程施工成本。綜合上述分析，對(duì)光電幕墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)圖見圖1。

從圖1 描述的光電幕墻結(jié)構(gòu)可知，其供電系統(tǒng)是由光電控制系統(tǒng)與玻璃幕墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)成，前者由多個(gè)硅晶體電池連接形成，不同的電池組之間由導(dǎo)線與電線進(jìn)行連接，通常情況下，電線鑲嵌在玻璃幕墻中空位置，并且，在玻璃膜與電池組之間由一層透明度極高的薄膜覆蓋，可以避免由于薄膜過厚出現(xiàn)遮光問題。在設(shè)計(jì)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)時(shí)，需要全面考慮電池組、導(dǎo)線、集中供電芯片在其中的布設(shè)，所有的導(dǎo)線均需要通過變壓器進(jìn)行連接，每一個(gè)PV 變壓設(shè)備，均對(duì)應(yīng)一個(gè)密封單元，從而構(gòu)成了一個(gè)完整的幕墻供電結(jié)構(gòu)。

圖1 光電幕墻結(jié)構(gòu)

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

本項(xiàng)目將以某城市中心區(qū)域大廈內(nèi)部和外部全面修復(fù)改建工程作為實(shí)驗(yàn)依托，按照上述提出的綠色節(jié)能玻璃幕墻設(shè)計(jì)思路和傳統(tǒng)玻璃幕墻設(shè)計(jì)思路，對(duì)該工程項(xiàng)目進(jìn)行改造，分別設(shè)計(jì)出兩種不同改造方案。

為體現(xiàn)綠色節(jié)能特性，選擇將兩種設(shè)計(jì)思路得到的玻璃幕墻的熱工性能作為對(duì)比指標(biāo)，熱工性能是指玻璃幕墻的導(dǎo)熱系數(shù)，若玻璃幕墻導(dǎo)熱系數(shù)越小，則說明建筑能耗越小，越符合綠色節(jié)能要求；反之，若玻璃幕墻的導(dǎo)熱系數(shù)越大，則說明建筑能耗越大，越不符合綠色節(jié)能要求。完成對(duì)兩種玻璃幕墻設(shè)計(jì)后，將其相關(guān)參數(shù)輸入到VHeater 軟件當(dāng)中，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算分析，并將結(jié)果繪制成如表3 所示。

表3 中K本文表示為基于綠色節(jié)能理念的建筑玻璃幕墻導(dǎo)熱系數(shù)；K傳統(tǒng)表示為基于傳統(tǒng)建設(shè)思路的建筑玻璃幕墻導(dǎo)熱系數(shù)；W本文表示為基于綠色節(jié)能理念的建筑玻璃幕墻耗能情況；W傳統(tǒng)表示為基于傳統(tǒng)建設(shè)思路的建筑玻璃幕墻耗能情況。從表1 中三組數(shù)據(jù)對(duì)比得出，引入綠色節(jié)能理念的建筑幕墻具有良好的熱功能性，并且能耗充分滿足綠色建設(shè)需要，在實(shí)際建設(shè)過程中避免產(chǎn)生了不必要的資源浪費(fèi)，對(duì)于提高建筑設(shè)計(jì)整體經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均具有積極作用。

結(jié)束語

為了實(shí)現(xiàn)未來建筑行業(yè)向著“更節(jié)能”的方向發(fā)展，本文對(duì)現(xiàn)如今建筑市場內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的玻璃幕墻設(shè)計(jì)展開研究，通過選擇幕墻密封材料、設(shè)計(jì)遮陽構(gòu)件安裝工藝、規(guī)劃光電幕墻結(jié)構(gòu)等方式，對(duì)現(xiàn)有的建筑玻璃幕墻進(jìn)行綠色節(jié)能設(shè)計(jì)，希望通過本文的此次研究后，可以為今后的建筑行業(yè)綠色發(fā)展提供借鑒。但本文開展此次研究受到時(shí)間的限制，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的成果可能存在部分疏漏，希望可以在后期的相關(guān)研究中，持續(xù)完善本次研究成果，也希望行業(yè)專業(yè)與相關(guān)領(lǐng)域研究學(xué)者，對(duì)我的研究給予批評(píng)和指導(dǎo)。