建筑环保节能材料——玻璃

建筑环保节能材料——玻璃摘要建筑节能成为世界建筑界共同关注的问题。

建筑外围护结构的热工性能直接影响建筑能耗，玻璃幕墙是现代建筑较多采用的外围护结构之一，它不仅实现了建筑外围护结构中墙体与门窗的合二为一，而且把建筑围护结构的使用功能与装饰功能巧妙地融为一体，使建筑更具现代感和装饰艺术性。

而大面积玻璃幕墙在提供良好采光的同时却又带来了采暖与制冷能耗高的隐患，它是建筑能耗的一个薄弱环节。

因此，研究玻璃幕墙的节能设计对建筑节能工作的开展有重要意义。

突飞猛进的经济建设进一步促进了玻璃业的快速发展，浮法玻璃和玻璃加工企业如雨后春笋般崛起，建筑、汽车、家电、家具、装饰、艺术等各种玻璃玲琅满目层出不穷，而太阳能玻璃、低辐射玻璃、自洁玻璃电玻璃等新技术产品也开始占据市场和即将成为主流。

其中，镀膜中空玻璃的出现，给现代建筑业开拓了一片新的天地。

镀膜玻璃低辐射玻璃太阳光控制玻璃正文1绪论1.1建筑节能（１）能源问题是当前世界各国普遍重视的问题，并己被列为人类面临的四大生存问题之一。

在全世界的能源消耗中，无论是发达国家还是发展中国家，建筑能耗在总能耗中所占的比重都是很大的，约为２５％至４５％[1]。

而且，建筑能耗属于消费性能耗，相对于生产性能耗，消费性能耗除了保证正常消费需要的部分外，余者则是浪费。

因此，在世界范围内能源问题日益紧迫、建筑能耗不断增长的今天，世界各国又都将建筑节能工作列为节能工作中的重点。

（２）建筑用能的高低取决于建筑围护结构的保温隔热性能、建筑的密闭性等。

尽管我国在墙体、屋面材料、门窗、楼板节能技术和产品的研发、生产、设计、建设等方面做了大量工作，国家对新型墙材的推广也出台了一系列的优惠政策，也取得一定成绩，然而，由于建筑围护结构的保温隔热性能不高、建筑的密闭性差等因素，造成我国建筑能耗总量居高不下，与国外先进水平仍存在巨大差距，我国在建筑围护结构节能方面还有很大潜力。

1.2玻璃幕墙的应用及节能（１）玻璃幕墙不仅实现了建筑外围护结构中墙体与门窗的合二为一，而且把建筑围护结构的使用功能与装饰功能巧妙地融为一体，使建筑更具现代感和装饰艺术性。

玻璃幕墙的这种良好特性，使它一经问世就得到人们的重视和青睐。

我国从上世纪８０年代初开始引入玻璃幕墙，经过２０多年的发展，玻璃幕墙在全国各地的建筑，特别是在一些地区的标志性公共建筑中已经使用的相当多了。

香港的中环广场，上海的金茂大厦、锦江大厦，北京的西单国际大厦等都采用了大面积的玻璃幕墙。

据不完全统计，上海目前约有５层以上玻璃幕墙建筑1300多幢，幕墙总面积超过1000万平方米。

我国每年有600多万平方米的幕墙投入使用，并以１０％的速度继续增长[2]。

而大面积玻璃幕墙在提供良好采光的同时却又带来了采暖与制冷能耗高的隐患，这是建筑能耗的一个薄弱环节。

因此，研究玻璃幕墙的节能设计对建筑节能工作的开展有重要意义。

（２）高楼大厦需要建筑幕墙。

[3]因为 a、建筑幕墙不同于填充墙，它具有以下的特点：它是由面板和支承结构组成的完整的结构系统；它在自身平面内可以承受较大的变形或者相对于主体结构可以有足够的位移能力；它是不分担主体结构所受的荷载和作用的围护结构。

幕墙通常由面板（玻璃、铝板、石板、陶瓷板等）和后面的支承结构（铝横梁立柱、钢结构、玻璃肋等）组成。

这个外墙系统支承在主体结构上，通常包封主体结构。

由于面板之间有宽缝，面板与横梁立柱的连接有活动能力，所以幕墙在平面内，可以承受1/100的大变形。

幕墙如果采用螺栓、摇臂、弹簧机构与主体结构连接，则可以在两者之间产生大的相对位移，甚至当主体结构侧移达到1/60时，幕墙也不会破坏。

ｂ．抵抗地震灾害需要幕墙。

1995年日本阪神大地震、1999年台湾集集大地震，震中烈度都在11度以上，砌体填充墙、常规玻璃窗大量破坏，而幕墙，即使是玻璃幕墙，也很少有震害的报告，震后大多保存完好。

中国建筑科学研究院结构所进行过七个各种类型建筑幕墙的振动台试验，结果表明：即使当台面输入加速度达到。

0.9g（相当于10度大震），结构位移达到1/60以上时，幕墙也没有损坏，保持良好性能。

砌体填充墙在1/1000位移时开裂，1/300位移时破坏，即使在小地震下也会产生破损，中震下会严重破坏。

其原因是它在自身平面内变形能力很差，又被填充在主体结构内，不能有相对的位移，被强迫一起振动，最终导致破坏。

常规玻璃窗大体上也差不多。

因此在地震中震害非常严重。

建筑幕墙的板围宽缝和特别的连接构造，使得它可以耐受到1/100～1/60的大位移、大变形。

类似于树叶相对于树枝、幕布相对于台口，无论主体结构怎样摇晃，幕墙都可以安全无恙。

高楼大厦耸入云霄，地震中强烈摆动，只有幕墙才能保证抗震安全，不会倒坍坠落，防止产生伤亡事故。

d、幕墙节省结构和基础的费用。

建筑材料，如钢材、水泥都是高耗能、高造价的材料，节约材料，就是节约能耗，节约资源。

玻璃幕墙的重量只相当于砖墙的1/10，混凝土墙板的1/7；[3]铝板幕墙更轻：370㎜砖墙760㎏/㎡，200㎜空心砖墙250㎏/㎡，而玻璃幕墙只有35～40㎏/㎡，铝板幕墙只有20～25㎏/㎡，一座150m 高，外墙面为20000㎡的高层建筑，采用幕墙可减轻墙体自重5000t～12000t。

[3]这就大大减少了主体结构的材料用量，也减轻了基础的荷载，节约了基础的造价。

在上海、天津等软弱地基上建造超高层建筑，这更起了决定性的作用。

ｅ．存在的问题是可以解决的。

2005年７月１日起，《公共建筑节能设计标准》开始施行。

铝板幕墙和石板幕墙因为背面有保温层，完全可以满足标准的要求。

玻璃幕墙只要合理进行设计，也是可以达到标准的要求的。

Low-E中空玻璃幕墙的推广使用，就是一个有力的措施。

双层通风幕墙、真空玻璃幕墙的保温性能，已优于传统的墙体材料。

节能不节能，不在于是不是玻璃。

选用合适的玻璃，采用合理的构造，就完全可以达到节能的标准。

建筑幕墙是结构安全的一个重要保障，合理设计、精心施工是我们应有的态度。

正如汽车虽然消耗能源、污染空气、造成车祸，但却不会有人因此而拒绝使用；同样我们相信，建筑幕墙也会在扬长避短、兴利除弊、技术创新中，得到更大的发展。

（３）由于相关政策的出台，节能和业主利益休戚相关，人们愈来愈重视外围护结构的节能效益。

目前中空玻璃以及中空镀膜玻璃等具有较高保温隔热性能的材料逐渐取代了以往较常使用的普通白色玻璃。

现在不断有开发项目主动与节能、生态相挂钩，这表明节能领域将很快会成为众多开发商的最新“必争之地”。

采用新材料和新技术以求“节能”，势必会增加开发商的成本，但一旦业主们明白开发前期先预支，后期就能收到回报，建筑的吸引力必将倍增，这对于建筑市场来说，无疑又是一醒目卖点。

另外，伴随全民素质的提高，环保意识的增强，人们对自己居住的环境将越来越关心，为整个人类的利益而“节能”，也会成为每个居民的共同意识。

2国内外幕墙玻璃的研究现状2.1国外研究现状70年代能源危机后，人们逐渐认识到玻璃幕墙在能源消耗方面的严重缺陷。

西方工业化国家开始对增强玻璃幕墙的热工性能进行研究。

对普通的玻璃幕墙结构，热工性能是通过材料来实现的。

比如说玻璃，最开始是单层玻璃，然后出现了单层镀膜玻璃，接着是中空玻璃和低辐射玻璃。

以前的铝型材导热性大，保温隔热不好，后来发展到在铝型材中内嵌隔热条，即隔热断桥铝型材，用来减缓热传导。

可以说，到目前为止，通过材料来提高建筑的隔热保温性能已经发展到极限，余地已经不大。

所以从结构，以及整个建筑的外围护系统中谋求功能性的飞气跃，便成了必由之路。

80年代初，热通道幕墙、智能幕墙研制成功了。

热通道幕墙，也称为双层皮玻璃幕墙，是一种新型的节能幕墙，是幕墙技术的新发展。

最初具有对双层皮玻璃幕墙研究性质的是1930年勒．柯布西耶在巴黎救世军旅馆中“mur neutralisant”的设想。

后来由于缺乏资金，外层玻璃和制冷设备都被取消了，结果引发了建筑内部的恶劣环境。

柯布西耶的多层玻璃幕墙或许是一次技术失败，但它指出了玻璃建筑将要面临的新挑战，同时也指明了未来建筑概念发展的方向。

随后，双层皮玻璃幕墙技术在实践中逐步成熟，同时也暴露出一系列问题，继而引发了对双层皮玻璃幕墙的研究[7]。

目前的智能玻璃幕墙建筑，技术上主要是通过双层玻璃幕墙来实现。

虽然双层玻璃幕墙本身一次性建设投资较大，但它一方面可以降低建筑能耗，保护生态环境；另一方面，由于建筑物所需能耗降低，可以减少建筑设备的一次性投入，特别是大量节约建筑运营成本。

欧洲能源成本高，环保意识强，双层玻璃幕墙已成为现代化大型生态办公建筑的发展方向。

目前，国外已建成的双层皮玻璃幕墙较多。

[8]如：1980年建成的美国纽约西方化学中心采用“外侧双层中空玻璃，内侧为单层幕墙，1500㎜宽的热通道”，此通道内安装了活动百页，该百页可以通过感应光线进行自动调节，通道热空气在过热时可以从通道顶端排走。

1986年建成的劳埃德大厦采用“外侧双层中空玻璃，内侧为单层幕墙，75㎜宽的热通道，通道一层楼高，之间互不连通”，被处理过的空气通过设在架空地板内的风道送入热通道，再从另一端排走，这样可以带走通道内50%的热量。

1997年在德国埃森建成RWE总部，可能是目前最精密复杂的幕墙系统，通道内有活动百页。

每个单元有独立的进、排风口，该风口是一精巧的鱼嘴型装臵，进入通道内的空气直接从室外引进，热通道为建筑物提供部分新风。

据欧洲大量文献介绍，双层幕墙系统具有较大的节能潜力，它采用可循环使用的材料，建造速度快，对运输及施工场地要求小，同时又可创造出极具时代感的建筑风格，被公认为具有“生态”意义的建造方式，近十余年来，在欧洲发达国家得以广泛应用。

据统计：仅在德国便己建成上百栋双层玻璃幕墙建筑。

双层玻璃幕墙可以为建筑提供一个温度缓冲层，其在冬季被动式利用太阳能方面的潜力已经得到公认，欧洲已建成的实例也提供了足够的证据。

智能幕墙尚处在发展的初期，智能幕墙从广义上说，包括以下几部分：热通道幕墙、通风系统、智能化控制系统、遮阳系统、空调系统、环境监测系统等．它可以根据外界自然条件的变化自动调节功能，高效地利用能源。

目前，世界范围内己建成的智能幕墙不多。

1993年建成的德国杜伊斯堡的商业促进中心是应用智能幕墙的典型例子，外侧为点式单层玻璃幕墙，内侧为单元式幕墙，200㎜宽的热通道，通道有控制光线的可调节式百页。

2.2国内研究现状我国80年代开始生产有框玻璃幕墙，隐框玻璃幕墙是90年代开始国外厂家在上海生产出单元式玻璃幕墙，继而国内自己能够生产单元式幕墙。

每年以600万平方米的速度生产各种幕墙[2]，幕墙业的发展正由小到大，由不规范向比较规范的发展。

但玻璃幕墙在能耗方面存在着许多问题。

普通单层玻璃幕墙，能耗约占整个建筑能耗的40%左右[2]。