摘要：玻璃幕墻是現(xiàn)代化建筑的主要外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，其設(shè)計(jì)不僅要滿(mǎn)足建筑美學(xué)和建筑功能的要求，而且要更多地考慮熱工設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)當(dāng)前國(guó)際上流行的建筑設(shè)計(jì)三大原則：“開(kāi)放與交流、舒適與自然、環(huán)保與節(jié)能。本文介紹了玻璃幕墻的一些弊端，也提出了雙層玻璃幕墻的優(yōu)越性能，并在節(jié)能輔助設(shè)計(jì)上做了詳細(xì)闡述，最后也對(duì)智能幕墻概念有提起。
關(guān)鍵詞：玻璃幕墻；節(jié)能設(shè)計(jì)；雙層玻璃幕墻DSF；夾層設(shè)計(jì)；智能幕墻
中圖分類(lèi)號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：
1、玻璃幕墻在建筑發(fā)展史上日益暴露的問(wèn)題分析 隨著玻璃幕墻大量的應(yīng)用和時(shí)間的推移，許多在“玻璃大廈”里辦公和居住的人們發(fā)現(xiàn)，盡管玻璃使建筑物看上去輕盈亮麗、簡(jiǎn)潔明快，但是玻璃幕墻的許多缺點(diǎn)也日益凸現(xiàn)。 1.1耗能問(wèn)題 自上世紀(jì)70年代能源危機(jī)后，世界各國(guó)越來(lái)越重視節(jié)能工作。同樣，能源問(wèn)題目前也正困擾著中國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)已經(jīng)成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前北京、上海等大城市的建筑能耗已占全市總能耗的１／４，居于能耗的首位，其中公共建筑能耗又占建筑總能耗的大部分，玻璃幕墻夏季的吸熱和冬季的散熱，在給建筑物帶來(lái)美觀亮麗的同時(shí)也大量的消耗著能源。 1.2光污染 光污染危害來(lái)源的主要對(duì)象仍是城市高層建筑的玻璃幕墻，一幢幢矗立在馬路兩側(cè)的玻璃幕墻，就像一面面巨大的鏡子，其產(chǎn)生的光反射，極易誘發(fā)意外交通事故。而如果人們長(zhǎng)期受到玻璃幕墻的“白光污染”，人會(huì)深感精神壓抑，心情煩躁，除視力因長(zhǎng)時(shí)間遭反射光刺激而下降外，還會(huì)誘發(fā)某些疾病。在國(guó)內(nèi)和國(guó)外，隨著玻璃幕墻在各大城市建設(shè)中大行其道，各地近年來(lái)接到市民對(duì)光污染的投訴也直線(xiàn)上升。 1.3安全隱患 據(jù)有關(guān)專(zhuān)家介紹，目前市面上很多用于黏結(jié)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠水會(huì)隨著時(shí)間推移老化，甚至失效。一般而言，廠家對(duì)硅膠、結(jié)構(gòu)膠承諾的保質(zhì)期為10年。即便按照現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范，玻璃幕墻的設(shè)計(jì)年限也不超過(guò)25年。玻璃幕墻如果年久失修，會(huì)產(chǎn)生許多安全隱患，成為“空中定時(shí)炸彈”。 隨著2005年7月1日《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，玻璃幕墻的耗能、安全隱患等問(wèn)題使其處于一種尷尬的境界，玻璃幕墻將被叫停甚至遭封殺的消息不絕于耳。那么玻璃幕墻的美觀與節(jié)能是不是“魚(yú)和熊掌不可兼得”呢？事實(shí)上，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，一些隔熱性能好、反光系數(shù)低的玻璃都相繼問(wèn)世，采用由這些玻璃組成的中空玻璃則比較好地解決了保溫隔熱的問(wèn)題，使解決玻璃幕墻耗能的問(wèn)題成為可能。
2、雙層玻璃幕墻節(jié)能輔助設(shè)計(jì)
與傳統(tǒng)玻璃幕墻相比，雙層玻璃幕墻（Double Skin Falade，以后簡(jiǎn)稱(chēng)DSF)獨(dú)特的夾層設(shè)計(jì)，不僅為提高幕墻的保溫隔熱性能上提供了更多可能，更重要的是，為遮陽(yáng)構(gòu)件提供了一個(gè)棲身之地，使之既能有效遮陽(yáng)，又不破壞建筑外觀。此外，它還可以通過(guò)強(qiáng)化通風(fēng)降溫來(lái)降低建筑能耗，因而倍受建筑師的推崇。然而，采用DSF不僅會(huì)增加初投資，犧牲可觀的建筑面積，同時(shí)其維修費(fèi)用也高出一般幕墻。而且，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為DSF一定具有更好的保溫、隔熱、通風(fēng)等熱工性能，目前“大多數(shù)類(lèi)型的DSF都不能同時(shí)減少采暖和制冷負(fù)荷，只有根據(jù)具體情況把不同類(lèi)型結(jié)合起來(lái)或改變系統(tǒng)設(shè)置，才可能比傳統(tǒng)的隔熱玻璃加外遮陽(yáng)方案有實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。例如，最突出的問(wèn)題是如何合理地設(shè)計(jì)夾層的尺寸，因?yàn)槠淇臻g過(guò)小將直接影響DSF夏季和過(guò)渡季的通風(fēng)降溫效果，過(guò)大則降低了空間使用效率。而如果完全依靠機(jī)械通風(fēng)，雖然可以減小夾層寬度，但也存在著如何在通風(fēng)降溫效果和風(fēng)機(jī)能耗之間作優(yōu)化的問(wèn)題此外，夾層自然通風(fēng)還受室外風(fēng)速和風(fēng)向的影響較大，目前還沒(méi)有令人滿(mǎn)意的整套方法可以指導(dǎo)選擇設(shè)計(jì)條件，預(yù)測(cè)運(yùn)行效果，并指導(dǎo)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)。
雙層玻璃幕墻在一定程度上可改善建筑的熱工性能，然而其優(yōu)勢(shì)能否發(fā)揮，還取決于建筑和幕墻的設(shè)計(jì)是否合理.目前世界上時(shí)雙層玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展仍以基礎(chǔ)研究為主，相對(duì)于直接指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)仍有距離該文在綜述國(guó)內(nèi)外理論和實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀的基拙上，根據(jù)國(guó)內(nèi)目前該類(lèi)建筑設(shè)計(jì)的合作方式和流程，提出根據(jù)方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段的不同任務(wù)采取相應(yīng)的輔助設(shè)計(jì)方法，強(qiáng)調(diào)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，以指導(dǎo)建筑師在方案設(shè)計(jì)階段正確把握雙層玻璃幕墻和建筑設(shè)計(jì)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。
傳熱過(guò)程研究主要包括理論和實(shí)驗(yàn)兩方面的研究。其中理論研究又分為節(jié)點(diǎn)控制容積方法和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬法，實(shí)驗(yàn)研究的目的則在于探討傳熱系數(shù)或者對(duì)流換熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，。這些研究結(jié)果可以輔助建立數(shù)值模型，例如Grabe研究發(fā)現(xiàn)，夾層中的自然流動(dòng)阻力系數(shù)不能采用手冊(cè)中給出的機(jī)械流動(dòng)下的阻力系數(shù)玻璃表面對(duì)流換熱系數(shù)和整個(gè)窗戶(hù)的傳熱系數(shù)均隨著內(nèi)外層玻璃溫差呈線(xiàn)性變化，但是前者變化顯著，在溫和氣候地區(qū)后者的變化可以忽略。
目前國(guó)內(nèi)幕墻設(shè)計(jì)中的合作方式和流程，基本上都是在建筑體形、布局方案都已經(jīng)確定之后，由建筑師做出基本的立面劃分方案，然后交給幕墻廠家來(lái)完成施工圖設(shè)計(jì)，其間主要的考慮因素是結(jié)構(gòu)安裝和防止冷橋。最后暖通設(shè)備工程師再根據(jù)廠家提供的幕墻參數(shù)計(jì)算空調(diào)負(fù)荷，所采用的方法也基本上是在傳統(tǒng)墻體房間負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)上做一些修改，由于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)常常設(shè)定很高的安全系數(shù)，導(dǎo)致大量能源浪費(fèi)。在這樣的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果建筑師對(duì)DSF沒(méi)有比較深人的了解，缺乏建筑節(jié)能整體設(shè)計(jì)策略，就不可能真正發(fā)揮出DSF的優(yōu)勢(shì)。相反，國(guó)內(nèi)外一些成功的案例，比如法蘭克福商業(yè)銀行、位于波恩的DeutschePost以及國(guó)內(nèi)剛建成的清華大學(xué)超低能耗樓，正是從建筑方案設(shè)計(jì)階段開(kāi)始就把圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有機(jī)地考慮進(jìn)去，逐步深人發(fā)展，最終把DSF的節(jié)能和生態(tài)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)。
可見(jiàn)，為了避免損失，國(guó)內(nèi)應(yīng)盡快探索能正確指導(dǎo)DSF實(shí)踐的理論和經(jīng)驗(yàn)。但必須注意的是，我們不能一味沿著歐洲的研究思路.一切從傳熱機(jī)理出發(fā)。這方面的研究固然非常重要，然而國(guó)內(nèi)有能力開(kāi)展這類(lèi)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)研究的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)并不多，而且目前這些方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，尚不能滿(mǎn)足當(dāng)前方案設(shè)計(jì)階段的需要。所以，我們必須同時(shí)探索能夠更為直接地指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)的方法。考慮到一般建筑師的工作和思考方式，應(yīng)該為他們提供一些比理論計(jì)算研究更為直觀的設(shè)計(jì)依據(jù)，諸如一些方便查詢(xún)的手冊(cè)。其中不僅應(yīng)該比較系統(tǒng)地介紹DSF節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，還應(yīng)總結(jié)歸納已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和科研成果，以圖表的形式直觀表達(dá)，使建筑師從一開(kāi)始就可以根據(jù)項(xiàng)目所處地理位置、氣候條件、建筑規(guī)模和用途、建筑平面布局和使用情況等因素來(lái)判斷DSF的適用程度和合理的方案。此外，對(duì)以往相關(guān)作品的方案發(fā)展過(guò)程、DSF和建筑整體生態(tài)策略的配合，以及得失之處的分析點(diǎn)評(píng)也是啟發(fā)和指導(dǎo)建筑師構(gòu)思的最有效的方法之一。做這件工作不僅要收集很多案例資料，做一些基本的分類(lèi)和總結(jié)，還需要充分考慮到現(xiàn)有理論和實(shí)驗(yàn)研究取得的成果，用正確的理論來(lái)分析經(jīng)驗(yàn)事實(shí)才能得到可信結(jié)論。
針對(duì)DSF設(shè)計(jì)，建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中的三個(gè)階段(方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì))應(yīng)該各自有不同的任務(wù)和相應(yīng)的輔助設(shè)計(jì)手段。在方案設(shè)計(jì)階段，由于已確定的建筑信息非常有限，應(yīng)主要依據(jù)其他工程經(jīng)驗(yàn)和理論研究的基本結(jié)論，再結(jié)合具體的氣候和周邊環(huán)境做出初步判斷，結(jié)合建筑室內(nèi)空間組織整體考慮，同時(shí)利用粗糙的模型開(kāi)展模擬計(jì)算以輔助淘汰和選擇方案;在初步設(shè)計(jì)階段，建筑的基本尺寸、結(jié)構(gòu)和空調(diào)形式有待確定，可以對(duì)既有的幾個(gè)方案與HVAc(Heatin VentilationandAirConditioning暖通及空調(diào))系統(tǒng)組合，進(jìn)行全生命周期經(jīng)濟(jì)分析和全年能耗分析，選擇最佳組合方案，方法主要是CFD和能耗模擬軟件，對(duì)于重要建筑還應(yīng)該進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和幕墻足尺實(shí)驗(yàn);最后在施工圖設(shè)計(jì)階段，主要任務(wù)是深人優(yōu)化選定的方案，推敲尺寸設(shè)計(jì)，完成空調(diào)系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)和自動(dòng)控制方案，可依靠CFD模擬計(jì)算優(yōu)化DSF尺寸和出入口設(shè)計(jì)，以能耗模擬軟件輔助空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這樣可以使得DSF和建筑有機(jī)結(jié)合，建筑師與工程師有效合作，整個(gè)決策和設(shè)計(jì)過(guò)程有章可循。
3、結(jié)束語(yǔ) 我國(guó)對(duì)建筑節(jié)能的重視迫切要求能夠有效輔助雙層玻璃幕墻設(shè)計(jì)的方法，而國(guó)外目前取得的研究成果操作起來(lái)對(duì)工程師的要求較高，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，適合用于深入發(fā)展方案的后期階段。隨著光電幕墻和生態(tài)幕墻越來(lái)越多的應(yīng)用到各個(gè)高層智能建筑上，同時(shí)，智能玻璃幕墻系統(tǒng)的概念也已經(jīng)逐漸深入人心，智能玻璃幕墻是新結(jié)構(gòu)幕墻，新理念幕墻，它是和“環(huán)保幕墻”、“生態(tài)建筑”等概念聯(lián)系在一起的�？偠灾悄懿Ａ粔κ侵悄芙ㄖ闹匾M成部分。
