引 言
珍贵的能源是人类社会得以生存和发展的基础，但在经济高度发达的今天，能源危机的阴影一直笼罩着我们。同时，自从上世纪五、六十年代以来，臭氧层破坏、温室效应、酸雨等系列全球性环境问题日益突出。人们已逐步认识到保护我们赖以生存的地球环境是关系到人类生死存亡的迫切任务。因此，节约能源和保护环境已成为当前人类社会寻求可持续良性发展的主题之一。环保要求节能，节能促进环保。近三四十年来，"开放与交流，舒适与自然，环保与节能"逐渐成为新世纪国际建筑的三大原则，建筑节能成为世界性潮流，绿色建筑概念大行其道。绿色建筑使用绿色建材和绿色能源，在制造、使用过程中造成的地球环境负荷最小，有利于人类健康。它满足可持续发展的需要，做到了发展与环境的统一，现代与长远的结合。作为现代建筑的象征，玻璃幕墙在世界范围内得到了越来越广泛的应用。而包括幕墙、门窗在内的建筑外围护结构综合考虑占建筑能耗的75%以上。所以，玻璃幕墙的节能和环保问题显得极为重要。
随着科学技术的高速发展和国民经济不断增长的需要，建筑幕墙行业得到迅猛发展，建筑幕墙技术飞速进步，各种新型建筑幕墙层出不穷，建筑幕墙正日益成为高技术含量的智能型产品，其节能环保技术取得了显著进步。
本文将针对一些近年来国内外出现对节能环保具有重要意义的先进玻璃技术以及幕墙技术进行探讨，并对玻璃幕墙技术今后的发展趋势作一些展望。
一、玻璃幕墙的功能
一般来讲，作为建筑物的一种外围护结构，幕墙的功能要求主要有以下几个方面：
1．满足结构强度及安全性要求；
2．控制热量传递；
3．控制空气交换；
4．控制日光照射；
5．控制凝结水汽；
6．控制雨水渗透；
7．控制噪声；
8．控制火灾；
9．建筑美学功能；
10．满足经济性要求。
幕墙的以上各个功能之间既相互独立，又相互联系，如对热量传递的控制会涉及到对空气交换（空气渗透性能）和日光照射（太阳辐射得热）的控制，而对空气交换的控制主要注重室内环境的换气，通风要求，对日光照射的控制注重解决自然采光、视野通透、消除眩光等问题。它们既相辅相成，又彼此矛盾甚至冲突。只有经过对具体使用环境、影响因素的系统分析，对各功能要求进行仔细的平衡、折衷，才有可能设计出最为适用的幕墙产品。每一个成功的幕墙工程从根本上讲都是综合折衷的产物。幕墙节能、环保性能的提高，主要是通过改善幕墙的热量传递、空气交换、日光照射、噪声控制等功能来实现的。在确保幕墙结构的安全性以及其他物理性功能要求的同时，大力改善上述功能，可以为人们提供更舒适、更经济的居住环境。
二、现阶段的玻璃幕墙节能环保技术
从目前来看，国内外幕墙行业在节能方面的工作大都还停留在消极设防的设计思想阶段，致力于提高玻璃幕墙的隔热保温性能。现阶段提高玻璃幕墙节能保温性能的主要措施有：
1．镀膜玻璃、Low-E玻璃、热反射玻璃、中空玻璃等玻璃处理技术；
2．铝塑复合材料、"断热桥"型材等高热阻材料应用技术；
3．减少开启窗扇面积、提高密封胶性能、改进节点密封性能等降低空气渗透热损失技术；
4．采用百页、格栅等遮阳设施，以减少太阳辐射得热等。
以上各种保温措施原理比较简单，实施也比较方便。采用这些技术的幕墙结构传热系数由普通单层白玻璃幕墙的大于5W/m2K降到了3W/m2K以下。国内外大量工程的多年应用实践表明，节能效果明显，尤其是在高寒地区，如北欧、加拿大等地，该类技术趋于成熟，已经成为幕墙工程的主流技术。近几年该类技术在我国的北方地区也开始得到应用。
三、玻璃幕墙环保节能技术最新进展
目前国际上最新的玻璃幕墙节能环保思想追求设计功能的主动性和积极性，变被动设防为主动利用能源。玻璃幕墙节能热工设计的发展总趋向是：对于以采暖供热为主的幕墙追求达到温室效应，对于以空调制冷为主的幕墙追求达到冷房效果。为了达成这种效果，近几年来很多值得关注的幕墙节能新技术得到了发展。这主要体现在各种高性能幕墙玻璃和新颖幕墙结构以及对太阳能的主动利用等三个方面。
1．新型玻璃技术
近几年出现的先进玻璃环保、节能技术主要有：
I 阳光辐射控制玻璃
这类技术通过改变玻璃的光学特性来实现对太阳能辐射的选择性屏蔽或利用来达到环保节能效果，主要有：
A．光谱选择透过性玻璃（Spectrally Selective Glazing）
该种技术实际上是Low-E玻璃、热反射玻璃等技术的延伸。简单的讲，它就是通过在玻璃表面覆盖一层或几层特殊材料涂层，使得玻璃对不同波长的太阳辐射或者热辐射真有不同的透过率。采用该技术，经过细心"调制"，可以令玻璃具有满足人们特定需要的透过特性。如可以使得太阳辐射中的可见光成分最大量的通过同时阻挡具有较高热量的紫外线或者红外线成分，从而最大限度的利用自然光照亮室内，又把辐射的热能阻挡在室外（或者室内），于是从采光和制冷（或者采暖）两方面同时起到了节能效果。也可以使用它相反的特性，阻挡可见光，透过热量，从而适用于太阳高度较低的高纬度地区以消除进入室内的眩光同时充分利用太阳辐射热来加温室内空气。目前，国外光谱选择透过性玻璃的可见光透过率（Vision Transmittance）与太阳辐射能透过率（Solar Heat Gain Coefficient）之比可达到2.0。
B．透过率可调玻璃（Switchable Glazing）
该种玻璃随环境改变自身的透过特性，可以实现对太阳辐射能量的有效控制，从而满足节能要求。根据玻璃特性改变的机理不同，这种可调玻璃又可分为热致变色玻璃、光致变色玻璃和电致变色玻璃。所谓热致变色就是玻璃随着温度升高而透过率降低，光致变色就是玻璃随光强增大而透过率降低，电致变色则是当有电流通过的时候玻璃透过率降低。以上过程都是可逆的。这其中，光致色变玻璃和电致色变玻璃尤为引起幕墙行业人士的关注，尤其是电致色变玻璃由于可以人为控制其改变的过程和程度，已经在幕墙工程上得到实验性的应用。目前，光致色变玻璃的可见光透过率可以在75%～25%的范围内变化，太阳辐射能透过率的变动范围是53%～23%。而电致变色玻璃可以在5分钟内实现可见光透过率67%～10%，太阳辐射能透过率66%～10%的变化。
II 隔热玻璃
近年来，在中空玻璃技术的基础上，一些新型的隔热玻璃不断出现，主要有：
A．惰性气体隔热玻璃
通过在中空玻璃的空腔内充入惰性气体，可以得到更高隔热性能的玻璃。目前国外已经出现了充氪气的4-8-4-8-4三层中空玻璃，结合Low-E技术，它的传热系数可以达到0.7W/m2K。
B．气凝胶隔热玻璃
气凝胶是一种多孔性的硅酸盐凝胶，95%（体积比）为空气。由于它内部的气泡十分细小（小于20mm），所以具有良好的隔热性能，同时又不会阻挡、折射光线（颗粒远小于可见光波长），具有均匀透光的外观。把这种气凝胶注入中空玻璃的空腔，可以得到传热系数小于0.7W/m2K的隔热玻璃组件。该种物质长时间使用后的沉降现象是目前限制它大范围商业应用的主要因素。
C．真空隔热玻璃
通过把中空玻璃空腔里的空气抽走，消除掉空腔内部的对流和传导传热，可以获得更好的隔热效果。这种玻璃的空腔很窄，一般为0.5～2.0mm，两层玻璃之间用一些均匀分布的支柱分开。通过附加Low-E涂层改善其辐射特性，真空隔热玻璃的传热系数已经达到0.5W/m2K。这种隔热玻璃相对于其他的隔热玻璃而言，具有厚度上、重量轻的优点，但生产工艺较为复杂，中间小立柱的存在也影响了它的外观，在一定程度上限制了它在幕墙、门窗上的应用。
III 隔声玻璃
幕墙、门窗的隔声降噪性能无论对于创造舒适的室内环境还是减少室内噪声对环境的污染来讲都是至关重要的。目前国外已经出现了一种新型PVB材料，使用该种PVB的夹层玻璃的隔声性能提高5～15dB。
IV 自清洁玻璃
玻璃幕墙表面，尤其是采光、观景部位的玻璃表面的积灰、水锈甚至是冷凝积水是一件令人头疼的事情，需要经常清洗。该问题的解决目前也有了方法。通过在玻璃内植入电热夹层，使用微弱电流就可以加热表面玻璃，从而防止冷凝现象。玻璃表面可以敷加不粘涂层，防止积灰；或者接触反应涂层，在紫外线作用下可以把有机污物分解。后一种涂层对付油腻的手印等污渍最为有效。
2．新型幕墙结构--双层幕墙体系
以节能环保为目的，近年来幕墙行业在开发新型幕墙结构方面进行了很多有益探索，取得了一些成果。这其中双层幕墙技术尤其引人注意。
双层幕墙的结构形式是多种多样的。最简单的就是建筑物外墙上的挂板式幕墙，主要用来遮雨、遮阳以及防风等。这也称为开放式幕墙系统。复杂的在外界环境与工作生活空间之间形成了一个缓冲区域，为人们提供休憩、娱乐的空间。而我们关注的是双层幕墙体系。这是近年来国内外幕墙市场上出现的一种明显不同于传统幕墙的新型节能幕墙。这种幕墙又称为热通道幕墙、呼吸式幕墙、通风式幕墙等。国外也有称作主动式幕墙（Active Curtainwall）。这种幕墙采用双层幕墙结构体系，外层采用透过率大的单层透明玻璃幕墙，如点式幕墙等，内层一般为中空玻璃幕墙。在两层幕墙中间有一个一定宽度的空气通道，在通道的上下两端有进风和排风设施。通道的高度可以是一个或几个层高，也可以是整个建筑高度。这种幕墙的节能原理在于：冬天时关闭进风和排风口，内外两层幕墙中间的空气由于阳光的照射温度升高，像一个温室。这样等于提高了内侧幕墙的外表面温度，减少了室内热量的散失，从而可以降低建筑物采暖的运行费用。夏天内外两层幕墙之间的空气温度很高，这时打开空气通道上下两端的进排风口，由于热烟囱效应，产生气流，在通道内运动的气流带走通道内的热量，这样可以降低内侧幕墙的外表面温度，减弱了室外热量对室内的影响，从而减少了空调负荷。通过将外侧幕墙设计成封闭式，内侧幕墙设计成开启式，通过通道内上下两端进排风口的调节在通道内形成负压，利用室内两则幕墙的压差和开启扇就可以在建筑物内形成气流，进行通风换气。这样，通过对太阳辐射的有效利用，就可以显著的节省能源。有分析资料显示，这种双层玻璃幕墙与传统的单层玻璃幕墙相比，采暖时可以节约能源42%～52%，制冷时可以节约能源38%～60%！
该种幕墙在一些欧洲和美洲的现代建筑中得到应用。实践表明，这种幕墙的节能效果十分显著。但也存在一些问题值得关注：
A．由于通道的存在，不同房间之间的声音相互传递不可忽视。尤其在需要保密的时候。
B．房间内通气量不足的危险。
C．被污染的空气通过通道在不同房间内传播的危险。
D．外层幕墙的冷凝水现象。
E．防火安全隐患。
3．太阳能的合理利用
太阳能作为一种随处可见的能源，它的潜在利用价值可以说是无限的。据研究，地球上每平方米的土地上每年获得的太阳光能平均为1000千瓦时。于是，如何有效的把太阳能无污染的转化成可利用的能源，就成为近几十年来世界范围内科技工作者努力研究的重要课题。前面所提到的双层幕墙正是合理利用太阳能的一种尝试。目前幕墙领域成功利用太阳能的技术是太阳光变向照明技术（Daylight Redirection System）和光电幕墙技术。
I 太阳光变向照明技术
它取代了传统的遮阳机构，利用幕墙上的光线反射装置把室外的日光反射到室内的天花板上，再由天花板反射到工作或者生活区域，为人们提供照明。这样的光照条件比传统的以"光柱"形式进入室内的太阳光更为柔和、均匀，消除了由直接入射的强烈阳光在电脑或者电视屏幕上造成的眩光，并改善了日光在整个房间甚至建筑物的分布，可以深入到各个边角区域，减少照明费用。如果在建筑物外墙的高侧窗部位采用该项技术，即使在百页、窗帘等遮阳机构关闭的情况下，也可以利用外部的太阳光满足室内的照明需要。这样就可以节省大笔的人工照明费用，也缓解了由人工照明引起的空调负荷。
光线反射装置的形式也是多种多样的。可以是幕墙夹层中间的"棱镜"状透明百页或者凹面反射百页，也可以是安装在幕墙内侧或者外侧的反射百页。
II 光电幕墙
光电幕墙是光伏建筑一体化（BIPV）技术在幕墙领域的成功运用。目前太阳能发电技术民用推广已经成为各发达国家竞相优先支持的政府项目，如美国的百万阳光屋顶规划（Million Solar Roofs Implementation Plan）、日本的阳光工程（Sunshine Project）和新阳光计划（New Sunshine Program）等，而我国政府也推出了"中国光明工程项目"，在适合地区大力普及太阳能发电技术。
光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一身的新型建筑幕墙。这种幕墙集合了太阳能光电技术与幕墙技术，是一种新型的功能性建筑幕墙。它利用太阳能发电技术，把以前被当作有害因素而屏蔽掉的太阳光，转化为能被人们利用的电能。这种电能是一种净能源，发电过程中不消耗宝贵的自然能源，也无废气，无噪音，不会污染环境。光电幕墙另外的重大意义还体现在它把太阳能发电技术集成到建筑幕墙产品中，不占用专门的土地，而且太阳能光电板也可以替代传统的玻璃等幕墙面板材料，无需重复投资。太阳能光电板优美的外观，具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技色彩。
光电幕墙的关键是光电池技术。太阳能光电池是利用太阳光的光子能量，使得被照射的电解液或者半导体材料的电子移动，从而产生电压。这称为光电（或者光伏）效应。
目前工业化生产的太阳能电池以硅系列为主，主要有单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅电池。这其中，单晶硅电池的光电转换效率最高，可达25%左右，多晶硅电池次之，非晶硅电池的光电转换效率最低。多个太阳能光电池经加固处理，镶嵌入特殊的透明度极高的玻璃中，彼此之间经过其背面的导线相连，从而构成了一个整体的光电板。
多个光电板经过特殊设计的支撑结构拼装在一起，组成了连续的光电幕墙表面。这种光电幕墙在太阳照射下产生的是直流电。所有的光电板产生的电能，通过多极集电、整流、变压等过程，转化成可供使用的交流电，送入供电网络。
目前相对昂贵的建设成本限制了光电幕墙的推广应用。随着技术的不断提高和工艺的不断改进，光电池的性能必将大幅度的增强，光电幕墙的单位面积成本也必将进一步下降，届时，光电幕墙将得到大范围的应用，充分发挥其环保节能的巨大作用。
四、节能环保幕墙技术发展展望
科技发展永无止境，随着人们对人类社会可持续发展问题重视程度的不断提高，各种现有的节能环保幕墙技术将不断完善、成熟，新的节能环保幕墙技术将不断涌现。在可预期的未来，智能幕墙技术将成为现实。
进入新世纪以来，随着智能建筑设计思想的逐渐风行，智能幕墙的概念也出现在越来越多的文献中。借助高度发达的计算机技术、控制技术、信息技术等高科技成果，玻璃幕墙的智能化日益成为新的研究发展方向。一般来讲，智能幕墙系统应该包括以下几个部分：玻璃幕墙系统、通风系统、空调系统、环境监测系统、智能化自动控制系统、机械执行系统等。它应该与整个建筑物的空调、通风、照明、消防、安全、楼宇自动化等系统紧密相连，可以根据外界自然条件变化发挥自动调节功能，高效的利用能源，为人们创造更加舒适的室内环境。所以，尽管智能幕墙尚处在发展的初期阶段，技术远说不上完善，还需要巨大的人力、财力投资，但由于其在建筑节能和环境舒适等方面具有无穷魅力，它还是吸引着越来越多的人士投入研究。智能幕墙的设计构思、内容组成和使用过程等均不同于传统的幕墙体系，成为了一种跨学科、跨专业的多功能协调合作系统。这对幕墙设计师和幕墙工程师提出了新的挑战。
五、结 论
建筑幕墙技术与时俱进，"开放与交流、舒适与自然、环保与节能"的建筑原则促使各种新的幕墙节能环保技术不断出现。跟踪国际前沿方向，开展各种高性能的新型节能、环保、智能化幕墙的研制、开发工作，技术建筑幕墙行业的科学技术水平，对于提高人们生活质量，推动社会进步，实现可持续发展，具有巨大的意义。
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论文发表：《2002年铝门窗幕墙技术论文集》
2003年第3期《中国建筑装饰》
推荐单位：深圳市装饰行业协会
推 荐 人：林勇生 中国建筑装饰协会理事 深圳市方大装饰工程有限公司总经理 工程师
龙文志 中国建筑装饰协会铝制品委员会专家组成员 教授级高级工程师
评 语：本文介绍了目前在玻璃幕墙节能环保方面的创新性技术，探讨了它们在应用中的优点，并对玻璃幕墙节能环保技术的发展前景做了展望，对节能环保幕墙的设计和应用提出了一些有益的参考。
