引 言

    珍貴的能源是人類社會得以生存和發展的基礎，但在經濟高度發達的今天，能源危機的陰影一直籠罩著我們。同時，自從上世紀五、六十年代以來，臭氧層破壞、溫室效應、酸雨等系列全球性環境問題日益突出。人們已逐步認識到保護我們賴以生存的地球環境是關系到人類生死存亡的迫切任務。因此，節約能源和保護環境已成為當前人類社會尋求可持續良性發展的主題之一。環保要求節能，節能促進環保。近三四十年來，"開放與交流，舒適與自然，環保與節能"逐漸成為新世紀國際建筑的三大原則，建筑節能成為世界性潮流，綠色建筑概念大行其道。綠色建筑使用綠色建材和綠色能源，在制造、使用過程中造成的地球環境負荷最小，有利于人類健康。它滿足可持續發展的需要，做到了發展與環境的統一，現代與長遠的結合。作為現代建筑的象征，玻璃幕墻在世界范圍內得到了越來越廣泛的應用。而包括幕墻、門窗在內的建筑外圍護結構綜合考慮占建筑能耗的75%以上。所以，玻璃幕墻的節能和環保問題顯得極為重要。

    隨著科學技術的高速發展和國民經濟不斷增長的需要，建筑幕墻行業得到迅猛發展，建筑幕墻技術飛速進步，各種新型建筑幕墻層出不窮，建筑幕墻正日益成為高技術含量的智能型產品，其節能環保技術取得了顯著進步。

    本文將針對一些近年來國內外出現對節能環保具有重要意義的先進玻璃技術以及幕墻技術進行探討，并對玻璃幕墻技術今后的發展趨勢作一些展望。

    一、玻璃幕墻的功能

    一般來講，作為建筑物的一種外圍護結構，幕墻的功能要求主要有以下幾個方面：

    1．滿足結構強度及安全性要求；

    2．控制熱量傳遞；

    3．控制空氣交換；

    4．控制日光照射；

    5．控制凝結水汽；

    6．控制雨水滲透；

    7．控制噪聲；

    8．控制火災；

    9．建筑美學功能；

    10．滿足經濟性要求。

    幕墻的以上各個功能之間既相互獨立，又相互聯系，如對熱量傳遞的控制會涉及到對空氣交換（空氣滲透性能）和日光照射（太陽輻射得熱）的控制，而對空氣交換的控制主要注重室內環境的換氣，通風要求，對日光照射的控制注重解決自然采光、視野通透、消除眩光等問題。它們既相輔相成，又彼此矛盾甚至沖突。只有經過對具體使用環境、影響因素的系統分析，對各功能要求進行仔細的平衡、折衷，才有可能設計出最為適用的幕墻產品。每一個成功的幕墻工程從根本上講都是綜合折衷的產物。幕墻節能、環保性能的提高，主要是通過改善幕墻的熱量傳遞、空氣交換、日光照射、噪聲控制等功能來實現的。在確保幕墻結構的安全性以及其他物理性功能要求的同時，大力改善上述功能，可以為人們提供更舒適、更經濟的居住環境。

    

    二、現階段的玻璃幕墻節能環保技術

    　　從目前來看，國內外幕墻行業在節能方面的工作大都還停留在消極設防的設計思想階段，致力于提高玻璃幕墻的隔熱保溫性能�，F階段提高玻璃幕墻節能保溫性能的主要措施有：

    1．鍍膜玻璃、Low-E玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃等玻璃處理技術；

    2．鋁塑復合材料、"斷熱橋"型材等高熱阻材料應用技術；

    3．減少開啟窗扇面積、提高密封膠性能、改進節點密封性能等降低空氣滲透熱損失技術；

    4．采用百頁、格柵等遮陽設施，以減少太陽輻射得熱等。

    以上各種保溫措施原理比較簡單，實施也比較方便。采用這些技術的幕墻結構傳熱系數由普通單層白玻璃幕墻的大于5W/m2K降到了3W/m2K以下。國內外大量工程的多年應用實踐表明，節能效果明顯，尤其是在高寒地區，如北歐、加拿大等地，該類技術趨于成熟，已經成為幕墻工程的主流技術。近幾年該類技術在我國的北方地區也開始得到應用。

    三、玻璃幕墻環保節能技術最新進展

    目前國際上最新的玻璃幕墻節能環保思想追求設計功能的主動性和積極性，變被動設防為主動利用能源。玻璃幕墻節能熱工設計的發展總趨向是：對于以采暖供熱為主的幕墻追求達到溫室效應，對于以空調制冷為主的幕墻追求達到冷房效果。為了達成這種效果，近幾年來很多值得關注的幕墻節能新技術得到了發展。這主要體現在各種高性能幕墻玻璃和新穎幕墻結構以及對太陽能的主動利用等三個方面。

    1．新型玻璃技術

    近幾年出現的先進玻璃環保、節能技術主要有：

    I 陽光輻射控制玻璃

    這類技術通過改變玻璃的光學特性來實現對太陽能輻射的選擇性屏蔽或利用來達到環保節能效果，主要有：

    A．光譜選擇透過性玻璃（Spectrally Selective Glazing）

    該種技術實際上是Low-E玻璃、熱反射玻璃等技術的延伸。簡單的講，它就是通過在玻璃表面覆蓋一層或幾層特殊材料涂層，使得玻璃對不同波長的太陽輻射或者熱輻射真有不同的透過率。采用該技術，經過細心"調制"，可以令玻璃具有滿足人們特定需要的透過特性。如可以使得太陽輻射中的可見光成分最大量的通過同時阻擋具有較高熱量的紫外線或者紅外線成分，從而最大限度的利用自然光照亮室內，又把輻射的熱能阻擋在室外（或者室內），于是從采光和制冷（或者采暖）兩方面同時起到了節能效果。也可以使用它相反的特性，阻擋可見光，透過熱量，從而適用于太陽高度較低的高緯度地區以消除進入室內的眩光同時充分利用太陽輻射熱來加溫室內空氣。目前，國外光譜選擇透過性玻璃的可見光透過率（Vision Transmittance）與太陽輻射能透過率（Solar Heat Gain Coefficient）之比可達到2.0。

    B．透過率可調玻璃（Switchable Glazing）

    該種玻璃隨環境改變自身的透過特性，可以實現對太陽輻射能量的有效控制，從而滿足節能要求。根據玻璃特性改變的機理不同，這種可調玻璃又可分為熱致變色玻璃、光致變色玻璃和電致變色玻璃。所謂熱致變色就是玻璃隨著溫度升高而透過率降低，光致變色就是玻璃隨光強增大而透過率降低，電致變色則是當有電流通過的時候玻璃透過率降低。以上過程都是可逆的。這其中，光致色變玻璃和電致色變玻璃尤為引起幕墻行業人士的關注，尤其是電致色變玻璃由于可以人為控制其改變的過程和程度，已經在幕墻工程上得到實驗性的應用。目前，光致色變玻璃的可見光透過率可以在75%～25%的范圍內變化，太陽輻射能透過率的變動范圍是53%～23%。而電致變色玻璃可以在5分鐘內實現可見光透過率67%～10%，太陽輻射能透過率66%～10%的變化。

    II 隔熱玻璃

    近年來，在中空玻璃技術的基礎上，一些新型的隔熱玻璃不斷出現，主要有：

    A．惰性氣體隔熱玻璃

    通過在中空玻璃的空腔內充入惰性氣體，可以得到更高隔熱性能的玻璃。目前國外已經出現了充氪氣的4-8-4-8-4三層中空玻璃，結合Low-E技術，它的傳熱系數可以達到0.7W/m2K。

    B．氣凝膠隔熱玻璃

    氣凝膠是一種多孔性的硅酸鹽凝膠，95%（體積比）為空氣。由于它內部的氣泡十分細�。ㄐ∮�20mm），所以具有良好的隔熱性能，同時又不會阻擋、折射光線（顆粒遠小于可見光波長），具有均勻透光的外觀。把這種氣凝膠注入中空玻璃的空腔，可以得到傳熱系數小于0.7W/m2K的隔熱玻璃組件。該種物質長時間使用后的沉降現象是目前限制它大范圍商業應用的主要因素。

    C．真空隔熱玻璃

    通過把中空玻璃空腔里的空氣抽走，消除掉空腔內部的對流和傳導傳熱，可以獲得更好的隔熱效果。這種玻璃的空腔很窄，一般為0.5～2.0mm，兩層玻璃之間用一些均勻分布的支柱分開。通過附加Low-E涂層改善其輻射特性，真空隔熱玻璃的傳熱系數已經達到0.5W/m2K。這種隔熱玻璃相對于其他的隔熱玻璃而言，具有厚度上、重量輕的優點，但生產工藝較為復雜，中間小立柱的存在也影響了它的外觀，在一定程度上限制了它在幕墻、門窗上的應用。

    III 隔聲玻璃

    幕墻、門窗的隔聲降噪性能無論對于創造舒適的室內環境還是減少室內噪聲對環境的污染來講都是至關重要的。目前國外已經出現了一種新型PVB材料，使用該種PVB的夾層玻璃的隔聲性能提高5～15dB。

    IV 自清潔玻璃

    玻璃幕墻表面，尤其是采光、觀景部位的玻璃表面的積灰、水銹甚至是冷凝積水是一件令人頭疼的事情，需要經常清洗。該問題的解決目前也有了方法。通過在玻璃內植入電熱夾層，使用微弱電流就可以加熱表面玻璃，從而防止冷凝現象。玻璃表面可以敷加不粘涂層，防止積灰；或者接觸反應涂層，在紫外線作用下可以把有機污物分解。后一種涂層對付油膩的手印等污漬最為有效。

    2．新型幕墻結構--雙層幕墻體系

    以節能環保為目的，近年來幕墻行業在開發新型幕墻結構方面進行了很多有益探索，取得了一些成果。這其中雙層幕墻技術尤其引人注意。

    雙層幕墻的結構形式是多種多樣的。最簡單的就是建筑物外墻上的掛板式幕墻，主要用來遮雨、遮陽以及防風等。這也稱為開放式幕墻系統。復雜的在外界環境與工作生活空間之間形成了一個緩沖區域，為人們提供休憩、娛樂的空間。而我們關注的是雙層幕墻體系。這是近年來國內外幕墻市場上出現的一種明顯不同于傳統幕墻的新型節能幕墻。這種幕墻又稱為熱通道幕墻、呼吸式幕墻、通風式幕墻等。國外也有稱作主動式幕墻（Active　Curtainwall）。這種幕墻采用雙層幕墻結構體系，外層采用透過率大的單層透明玻璃幕墻，如點式幕墻等，內層一般為中空玻璃幕墻。在兩層幕墻中間有一個一定寬度的空氣通道，在通道的上下兩端有進風和排風設施。通道的高度可以是一個或幾個層高，也可以是整個建筑高度。這種幕墻的節能原理在于：冬天時關閉進風和排風口，內外兩層幕墻中間的空氣由于陽光的照射溫度升高，像一個溫室。這樣等于提高了內側幕墻的外表面溫度，減少了室內熱量的散失，從而可以降低建筑物采暖的運行費用。夏天內外兩層幕墻之間的空氣溫度很高，這時打開空氣通道上下兩端的進排風口，由于熱煙囪效應，產生氣流，在通道內運動的氣流帶走通道內的熱量，這樣可以降低內側幕墻的外表面溫度，減弱了室外熱量對室內的影響，從而減少了空調負荷。通過將外側幕墻設計成封閉式，內側幕墻設計成開啟式，通過通道內上下兩端進排風口的調節在通道內形成負壓，利用室內兩則幕墻的壓差和開啟扇就可以在建筑物內形成氣流，進行通風換氣。這樣，通過對太陽輻射的有效利用，就可以顯著的節省能源。有分析資料顯示，這種雙層玻璃幕墻與傳統的單層玻璃幕墻相比，采暖時可以節約能源42%～52%，制冷時可以節約能源38%～60%！

    該種幕墻在一些歐洲和美洲的現代建筑中得到應用。實踐表明，這種幕墻的節能效果十分顯著。但也存在一些問題值得關注：

    A．由于通道的存在，不同房間之間的聲音相互傳遞不可忽視。尤其在需要保密的時候。

    B．房間內通氣量不足的危險。

    C．被污染的空氣通過通道在不同房間內傳播的危險。

    D．外層幕墻的冷凝水現象。

    E．防火安全隱患。

    3．太陽能的合理利用

    太陽能作為一種隨處可見的能源，它的潛在利用價值可以說是無限的。據研究，地球上每平方米的土地上每年獲得的太陽光能平均為1000千瓦時。于是，如何有效的把太陽能無污染的轉化成可利用的能源，就成為近幾十年來世界范圍內科技工作者努力研究的重要課題。前面所提到的雙層幕墻正是合理利用太陽能的一種嘗試。目前幕墻領域成功利用太陽能的技術是太陽光變向照明技術（Daylight Redirection System）和光電幕墻技術。

    I 太陽光變向照明技術

    它取代了傳統的遮陽機構，利用幕墻上的光線反射裝置把室外的日光反射到室內的天花板上，再由天花板反射到工作或者生活區域，為人們提供照明。這樣的光照條件比傳統的以"光柱"形式進入室內的太陽光更為柔和、均勻，消除了由直接入射的強烈陽光在電腦或者電視屏幕上造成的眩光，并改善了日光在整個房間甚至建筑物的分布，可以深入到各個邊角區域，減少照明費用。如果在建筑物外墻的高側窗部位采用該項技術，即使在百頁、窗簾等遮陽機構關閉的情況下，也可以利用外部的太陽光滿足室內的照明需要。這樣就可以節省大筆的人工照明費用，也緩解了由人工照明引起的空調負荷。

    光線反射裝置的形式也是多種多樣的�？梢允悄粔�夾層中間的"棱鏡"狀透明百頁或者凹面反射百頁，也可以是安裝在幕墻內側或者外側的反射百頁。

    II 光電幕墻

    光電幕墻是光伏建筑一體化（BIPV）技術在幕墻領域的成功運用。目前太陽能發電技術民用推廣已經成為各發達國家競相優先支持的政府項目，如美國的百萬陽光屋頂規劃（Million Solar Roofs Implementation Plan）、日本的陽光工程（Sunshine Project）和新陽光計劃（New Sunshine Program）等，而我國政府也推出了"中國光明工程項目"，在適合地區大力普及太陽能發電技術。

    光電幕墻是一種集發電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一身的新型建筑幕墻。這種幕墻集合了太陽能光電技術與幕墻技術，是一種新型的功能性建筑幕墻。它利用太陽能發電技術，把以前被當作有害因素而屏蔽掉的太陽光，轉化為能被人們利用的電能。這種電能是一種凈能源，發電過程中不消耗寶貴的自然能源，也無廢氣，無噪音，不會污染環境。光電幕墻另外的重大意義還體現在它把太陽能發電技術集成到建筑幕墻產品中，不占用專門的土地，而且太陽能光電板也可以替代傳統的玻璃等幕墻面板材料，無需重復投資。太陽能光電板優美的外觀，具有特殊的裝飾效果，更賦予建筑物鮮明的現代科技色彩。

    光電幕墻的關鍵是光電池技術。太陽能光電池是利用太陽光的光子能量，使得被照射的電解液或者半導體材料的電子移動，從而產生電壓。這稱為光電（或者光伏）效應。

    目前工業化生產的太陽能電池以硅系列為主，主要有單晶硅電池、多晶硅電池和非晶硅電池。這其中，單晶硅電池的光電轉換效率最高，可達25%左右，多晶硅電池次之，非晶硅電池的光電轉換效率最低。多個太陽能光電池經加固處理，鑲嵌入特殊的透明度極高的玻璃中，彼此之間經過其背面的導線相連，從而構成了一個整體的光電板。

    多個光電板經過特殊設計的支撐結構拼裝在一起，組成了連續的光電幕墻表面。這種光電幕墻在太陽照射下產生的是直流電。所有的光電板產生的電能，通過多極集電、整流、變壓等過程，轉化成可供使用的交流電，送入供電網絡。

    目前相對昂貴的建設成本限制了光電幕墻的推廣應用。隨著技術的不斷提高和工藝的不斷改進，光電池的性能必將大幅度的增強，光電幕墻的單位面積成本也必將進一步下降，屆時，光電幕墻將得到大范圍的應用，充分發揮其環保節能的巨大作用。

    四、節能環保幕墻技術發展展望

    科技發展永無止境，隨著人們對人類社會可持續發展問題重視程度的不斷提高，各種現有的節能環保幕墻技術將不斷完善、成熟，新的節能環保幕墻技術將不斷涌現。在可預期的未來，智能幕墻技術將成為現實。

    進入新世紀以來，隨著智能建筑設計思想的逐漸風行，智能幕墻的概念也出現在越來越多的文獻中。借助高度發達的計算機技術、控制技術、信息技術等高科技成果，玻璃幕墻的智能化日益成為新的研究發展方向。一般來講，智能幕墻系統應該包括以下幾個部分：玻璃幕墻系統、通風系統、空調系統、環境監測系統、智能化自動控制系統、機械執行系統等。它應該與整個建筑物的空調、通風、照明、消防、安全、樓宇自動化等系統緊密相連，可以根據外界自然條件變化發揮自動調節功能，高效的利用能源，為人們創造更加舒適的室內環境。所以，盡管智能幕墻尚處在發展的初期階段，技術遠說不上完善，還需要巨大的人力、財力投資，但由于其在建筑節能和環境舒適等方面具有無窮魅力，它還是吸引著越來越多的人士投入研究。智能幕墻的設計構思、內容組成和使用過程等均不同于傳統的幕墻體系，成為了一種跨學科、跨專業的多功能協調合作系統。這對幕墻設計師和幕墻工程師提出了新的挑戰。

    五、結 論

    建筑幕墻技術與時俱進，"開放與交流、舒適與自然、環保與節能"的建筑原則促使各種新的幕墻節能環保技術不斷出現。跟蹤國際前沿方向，開展各種高性能的新型節能、環保、智能化幕墻的研制、開發工作，技術建筑幕墻行業的科學技術水平，對于提高人們生活質量，推動社會進步，實現可持續發展，具有巨大的意義。

    參考文獻

    1． L. Quirouette. Glass and metal curtain wall systems. Building Science Insight'82, 1982, Canada.

    2．G. O. Handegord. The performance of exterior walls. Building Science Insight'82, 1982, Canada.

    3．R. D. Rush. Barrier: To be or not to be. Glass in building'99, P103~110. University of Bath, Bath, UK,.1999.

    4．Chris Hoar. The future of glass in buildings - An overview of advanced glazing technology. Glass in building'99, P165~169. University of Bath, Bath, UK,.1999.

    5．Spectrally selective glazing. Federal Technology Alerts. Lawrence Berkeley National Laboratory, CF, USA. August 1998.

    6．R. E. Collins, et al. Vacuum glazing: Design options and performance capability. Glass in building'99, P221~226. University of Bath, Bath, UK,.1999.

    7．J. Libby. Advanced acoustic glazing - the latest developments in sound and vision. Glass in building'99, P119~124. University of Bath, Bath, UK,.1999.

    8．O. Tenhunen, et al. Double skin facades - Structures and building physics. Helsinki University of Technology, Hut, Finland. 2000.

    9．龍文志：熱通道幕墻及智能幕墻. 2001年全國鋁合金門窗幕墻行業年會論文集錦. P37-55. 廣州. 2001.3

    10．R. D. Lieb, E. Oesterle. "Das Dusseldorfer Stadttor" - Exercising an integrated approach to double facade planning. Glass in building'99, P329~333. University of Bath, Bath, UK,.1999.

    11．James Timberlake, Richard Maimon. On the Performance and Characteristics of an active, pressure-equalized, double-skin curtain wall (Active Wall). Architecture Reports. Oct. 2000.

    12．Frank Rubbert. Sundirecting glazing - A new development in daylighting for deep plan offices. Glass in building'99, P85~89. University of Bath, Bath, UK,.1999.

    13．W. Haussler. Fundamentals and design possibilities of building integrated photovoltaic facades. Glass in building'99, P227~232. University of Bath, Bath, UK,.1999.

    14．趙國臣：Ralf Ritzer. 光電幕墻技術 《2000年鋁門窗幕墻行業年會論文集錦》 P95~102. 廣州. 2000年3月

    15．趙建生：淺談開放式金屬幕墻系統《2001年全國鋁合金門窗幕墻行業年會論文集錦》 P56-59. 廣州. 2001年3月

    

    論文發表：《2002年鋁門窗幕墻技術論文集》

    　　　　　　2003年第3期《中國建筑裝飾》

    推薦單位：深圳市裝飾行業協會

    推 薦 人：林勇生 　中國建筑裝飾協會理事 深圳市方大裝飾工程有限公司總經理 工程師

    龍文志 　中國建筑裝飾協會鋁制品委員會專家組成員 教授級高級工程師

    評 語：本文介紹了目前在玻璃幕墻節能環保方面的創新性技術，探討了它們在應用中的優點，并對玻璃幕墻節能環保技術的發展前景做了展望，對節能環保幕墻的設計和應用提出了一些有益的參考。