中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，在城市化快速推進(jìn)的當(dāng)下，建筑能耗在全球能源消耗中占比日益提升，而玻璃幕墻作為現(xiàn)代建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成，在帶來良好采光與視覺通透感的同時(shí)，其能源消耗問題也愈發(fā)凸顯。如何在保證玻璃幕墻功能與美觀的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)革新與設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。當(dāng)下，從分析玻璃幕墻能源消耗的內(nèi)在機(jī)理入手，結(jié)合綠色節(jié)能理念提出針對(duì)性設(shè)計(jì)策略，已成為推動(dòng)建筑行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

  一、玻璃幕墻能源消耗的主要機(jī)理

  《2025-2030年全球及中國(guó)玻璃幕墻行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，玻璃幕墻的能源消耗并非單一因素作用的結(jié)果，而是由多種機(jī)理共同導(dǎo)致，主要包括傳熱損失、太陽輻射動(dòng)態(tài)影響以及通風(fēng)換氣損失。

  傳熱損失是玻璃幕墻能源消耗的重要方面，其傳熱方式主要有導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三種。玻璃本身導(dǎo)熱系數(shù)較高，當(dāng)室內(nèi)外存在溫度差時(shí)，熱量會(huì)沿著玻璃的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳導(dǎo)，冬季室外低溫會(huì)傳入室內(nèi)導(dǎo)致熱量散失，夏季室外高溫則會(huì)增加室內(nèi)冷負(fù)荷。對(duì)流則是由于空氣流動(dòng)引發(fā)的熱量傳遞，玻璃幕墻周邊的空氣流動(dòng)會(huì)加速熱交換，室外冷空氣流經(jīng)會(huì)帶走室內(nèi)熱量，熱空氣流經(jīng)則會(huì)向室內(nèi)傳遞熱量。輻射傳熱同樣不可忽視，太陽輻射中的紅外線、可見光等能穿透玻璃進(jìn)入室內(nèi)增加熱量，而室內(nèi)的熱量也會(huì)以輻射形式通過玻璃向外散發(fā)，尤其是冬季夜晚，室內(nèi)熱量會(huì)大量輻射散失。由于玻璃幕墻面積較大且傳熱性能高，這種熱量傳遞現(xiàn)象更為突出，造成大量能源損失。

  太陽輻射對(duì)玻璃幕墻的能源消耗呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)影響。夏季時(shí)，強(qiáng)烈的太陽輻射通過玻璃幕墻大量進(jìn)入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度迅速升高，這不僅直接增加室內(nèi)熱量，還迫使空調(diào)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行以降低室內(nèi)溫度，顯著增加空調(diào)制冷負(fù)荷。像炎熱地區(qū)的辦公樓，采用大面積玻璃幕墻的建筑在正午時(shí)分，室內(nèi)溫度可比普通建筑高出數(shù)攝氏度，空調(diào)系統(tǒng)電能消耗隨之增加。冬季太陽輻射的影響則具有雙重性，適量的太陽輻射有助于提供免費(fèi)熱量，降低建筑采暖需求，但當(dāng)太陽輻射得熱超過室內(nèi)熱平衡需求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致過熱現(xiàn)象，此時(shí)人們可能會(huì)打開窗戶散熱或降低采暖系統(tǒng)輸出，都會(huì)造成能源浪費(fèi)。例如冬季陽光充足的商業(yè)建筑，因玻璃幕墻引入過多太陽輻射，室內(nèi)溫度常超出舒適范圍，使用者頻繁調(diào)節(jié)采暖設(shè)備，既增加能源消耗，又提高建筑管理復(fù)雜性。

  通風(fēng)換氣損失也是玻璃幕墻能源消耗的一個(gè)重要原因。玻璃幕墻較高的氣密性在一定程度上限制了室內(nèi)外空氣的自然交換。良好的通風(fēng)換氣對(duì)維持室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適性至關(guān)重要，但玻璃幕墻的阻隔作用降低了自然通風(fēng)效率，導(dǎo)致室內(nèi)污染物難以排出，新鮮空氣補(bǔ)充不足。這種情況下，空調(diào)系統(tǒng)需同時(shí)承擔(dān)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度與空氣品質(zhì)的雙重任務(wù)，運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，能耗增加。比如人員密集的會(huì)議室，通風(fēng)不足會(huì)導(dǎo)致 CO?濃度上升，迫使空調(diào)系統(tǒng)提高送風(fēng)量以維持可接受的空氣品質(zhì)，進(jìn)而造成額外能源消耗。此外，玻璃幕墻的密閉特性還易導(dǎo)致室內(nèi)濕度調(diào)節(jié)失衡，潮濕季節(jié)室內(nèi)濕氣難以排出可能引發(fā)霉菌滋生，干燥季節(jié)室外濕氣補(bǔ)充不足會(huì)使空氣過于干燥，為緩解這些問題，往往需要增設(shè)濕度調(diào)節(jié)設(shè)備，進(jìn)一步增加建筑能耗。

  二、玻璃幕墻綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原則

  玻璃幕墻的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)需遵循一定原則，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、舒適、美觀與經(jīng)濟(jì)的平衡，為后續(xù)設(shè)計(jì)策略提供指導(dǎo)。

  節(jié)能性原則是核心，玻璃幕墻的熱工性能是關(guān)鍵考量因素，其傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)直接影響建筑能耗水平。傳熱系數(shù)越低，表明幕墻系統(tǒng)整體隔熱性能越好，能有效減少冬季室內(nèi)熱損失和夏季室外熱量傳入;遮陽系數(shù)越小，說明玻璃對(duì)太陽輻射的遮蔽能力越強(qiáng)，有助于降低空調(diào)制冷負(fù)荷。

  舒適性原則要求玻璃幕墻設(shè)計(jì)保證室內(nèi)具有優(yōu)質(zhì)的采光、良好的通風(fēng)和宜人的熱環(huán)境，為使用者打造舒適的室內(nèi)空間。充足且均勻的采光可減少人工照明需求，提升視覺舒適度和工作效率;合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)能及時(shí)排出室內(nèi)污濁空氣，引入新鮮空氣，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，避免因空氣不流通導(dǎo)致的悶熱和異味;在熱環(huán)境方面，玻璃幕墻應(yīng)能有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，避免過冷或過熱，比如通過設(shè)置可調(diào)節(jié)遮陽設(shè)施，根據(jù)不同季節(jié)和時(shí)段的太陽角度、光照強(qiáng)度，靈活控制進(jìn)入室內(nèi)的陽光量，保持室內(nèi)溫度穩(wěn)定。

  美觀性原則強(qiáng)調(diào)對(duì)玻璃幕墻的形態(tài)構(gòu)成、色彩搭配、紋理處理及透光性能等設(shè)計(jì)要素進(jìn)行系統(tǒng)性優(yōu)化。色彩設(shè)計(jì)可采用環(huán)境協(xié)調(diào)或?qū)Ρ葟?qiáng)化兩種策略，環(huán)境協(xié)調(diào)策略能實(shí)現(xiàn)與周邊環(huán)境的和諧共生，對(duì)比強(qiáng)化策略則可突顯建筑的標(biāo)志性特征。合理運(yùn)用紋理元素能增強(qiáng)幕墻立面的層次感與質(zhì)感表現(xiàn)，而透光率的梯度變化可創(chuàng)造獨(dú)特光影效果，在滿足節(jié)能要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)美學(xué)表達(dá)。

  經(jīng)濟(jì)性原則要求在滿足節(jié)能、舒適和美觀等要求的前提下，合理控制玻璃幕墻的造價(jià)，提高性價(jià)比。設(shè)計(jì)階段需對(duì)材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝進(jìn)行全面經(jīng)濟(jì)分析，材料選擇上，在保證性能基礎(chǔ)上對(duì)比不同供應(yīng)商和品牌價(jià)格，選擇性價(jià)比高的產(chǎn)品;幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免過度復(fù)雜和不必要裝飾，簡(jiǎn)化施工流程，降低施工難度和成本;同時(shí)，充分考慮維護(hù)成本，選擇耐用、易維護(hù)的材料和結(jié)構(gòu)，減少后期維護(hù)費(fèi)用。

  三、玻璃幕墻綠色節(jié)能的有效設(shè)計(jì)策略

  針對(duì)玻璃幕墻行業(yè)的能源消耗機(jī)理，結(jié)合綠色節(jié)能設(shè)計(jì)原則，可從玻璃材料選擇、幕墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及智能控制系統(tǒng)應(yīng)用等方面采取有效的設(shè)計(jì)策略。

  在玻璃材料選擇上，多種節(jié)能玻璃的應(yīng)用能有效降低玻璃幕墻能耗。低輻射玻璃(Low-E 玻璃)通過表面鍍覆的低輻射薄膜，可有效抑制室內(nèi)外熱傳遞，在寒冷地區(qū)，其低輻射膜對(duì)長(zhǎng)波紅外線的高反射特性，能大幅降低冬季室內(nèi)熱損失;在炎熱地區(qū)，可有效阻隔太陽輻射中的紅外成分，減少得熱量從而降低制冷能耗，實(shí)際工程應(yīng)用中，采用 Low-E 玻璃的建筑在采暖季和制冷季均能實(shí)現(xiàn)可觀節(jié)能效益。中空玻璃由兩片或多片玻璃組成，中間填充氬氣或氪氣等干燥氣體，因干燥氣體導(dǎo)熱系數(shù)低，能有效阻止熱量在玻璃間傳遞，常見的雙層中空玻璃傳熱系數(shù)較普通單片玻璃可降低約 40%，三層中空玻璃隔熱性能更優(yōu)越，傳熱系數(shù)能進(jìn)一步降低，例如在一些對(duì)節(jié)能要求較高的住宅項(xiàng)目中，采用三層中空玻璃的房間，冬季室內(nèi)溫度比使用普通單層玻璃高出 3~5℃，夏季能有效阻隔室外熱量，減少空調(diào)使用時(shí)間。吸熱玻璃能吸收部分太陽輻射，減少進(jìn)入室內(nèi)的熱量，其表面通常鍍有一層或多層金屬或金屬氧化物薄膜，可選擇性吸收太陽光譜中的紅外線和部分可見光，但吸熱玻璃遮陽效果相對(duì)有限，通常需與其他節(jié)能措施配合使用，比如在陽光充足但對(duì)采光要求不高的倉庫或設(shè)備間，使用吸熱玻璃并結(jié)合外部遮陽板或遮陽篷等設(shè)施，能達(dá)到更好節(jié)能效果。

  幕墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化對(duì)玻璃幕墻綠色節(jié)能至關(guān)重要，主要包括遮陽系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)。遮陽系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，水平遮陽適用于南向玻璃幕墻，尤其夏季太陽高度角較高時(shí)，能有效阻擋陽光直射，例如辦公樓南向窗戶上方設(shè)置水平遮陽板，可減少約 60% 的太陽直射光進(jìn)入室內(nèi)，降低室內(nèi)溫度;垂直遮陽系統(tǒng)在東西向玻璃幕墻上應(yīng)用效果良好，能有效阻擋低角度太陽輻射，如某酒店東西向客房安裝垂直遮陽設(shè)施后，下午室內(nèi)溫度可降低約 4℃，提高客人舒適度;綜合遮陽系統(tǒng)結(jié)合水平和垂直遮陽優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)更復(fù)雜太陽照射角度變化，提供更全面遮陽效果，在商場(chǎng)或展覽館等多功能建筑中，可根據(jù)不同區(qū)域和季節(jié)需求靈活調(diào)整;擋板遮陽系統(tǒng)通常應(yīng)用于高層建筑，能有效阻擋來自上方的陽光直射及周圍環(huán)境的反射光，為高層寫字樓頂部樓層室內(nèi)創(chuàng)造相對(duì)穩(wěn)定舒適的光環(huán)境。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，玻璃幕墻開啟扇的布置位置與面積需科學(xué)規(guī)劃，宜設(shè)置在有利于空氣對(duì)流的區(qū)域，如窗洞上部與下部或建筑轉(zhuǎn)角處，以 50m2 的辦公空間為例，開啟扇總面積不宜 < 2m2，確保充足新風(fēng)交換;雙層玻璃幕墻間的通風(fēng)道設(shè)計(jì)可有效利用風(fēng)壓與熱壓差實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，夏季室外熱空氣進(jìn)入通風(fēng)道后因熱壓作用上升，可帶走幕墻表面蓄積的熱量，冬季關(guān)閉通風(fēng)道可減少熱損失。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)會(huì)影響玻璃幕墻的氣密性能和熱工性能，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)構(gòu)造并選用高性能密封材料(如密封膠和密封條)，可有效降低空氣滲透率并改善熱傳遞特性，在豎向節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，采用多道密封膠結(jié)合彈性密封條形成連續(xù)密封層，能顯著抑制空氣滲透，某高層建筑案例中，三道密封膠配合彈性密封條的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造使空氣滲透量較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)降低 70%;橫向節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注玻璃與框架連接密封性，通過填充保溫材料可有效減少熱橋效應(yīng)，采用斷橋鋁合金框架并在接觸部位填充聚氨酯發(fā)泡材料等保溫措施，能降低節(jié)點(diǎn)整體傳熱系數(shù)。

  智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用能進(jìn)一步提升玻璃幕墻的綠色節(jié)能效果，主要包括光控系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)。光控系統(tǒng)通過安裝光傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外光照強(qiáng)度，自動(dòng)調(diào)節(jié)遮陽系統(tǒng)的角度和開合程度，以實(shí)現(xiàn)最佳遮陽效果。光傳感器可安裝于室內(nèi)不同位置及玻璃幕墻外表面，獲取全方位光照信息，當(dāng)室外光照強(qiáng)度過高時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整遮陽板角度減少陽光直射，當(dāng)室內(nèi)光照不足時(shí)，適當(dāng)打開遮陽設(shè)施增加采光，例如在一棟智能辦公大樓中，光控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)光照情況自動(dòng)調(diào)節(jié)遮陽，使室內(nèi)光照始終保持在舒適且節(jié)能的范圍內(nèi)，照明能耗可降低約 20%。溫控系統(tǒng)基于室內(nèi)外溫度實(shí)時(shí)變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)通過在室內(nèi)和室外安裝溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度數(shù)據(jù)，夏季當(dāng)室內(nèi)溫度超過設(shè)定值且室外溫度較低時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟通風(fēng)系統(tǒng)，引入室外冷空氣降溫;冬季當(dāng)室內(nèi)溫度過低且室外溫度適宜時(shí)，系統(tǒng)控制通風(fēng)系統(tǒng)引入部分室外空氣，減少采暖需求，實(shí)際工程應(yīng)用中，某商業(yè)綜合體采用該溫控系統(tǒng)后，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)可縮減約 25%，節(jié)能效果突出。

  四、總結(jié)

  玻璃幕墻行業(yè)在現(xiàn)代建筑中具有重要地位，但同時(shí)也存在不容忽視的能源消耗問題。通過對(duì)玻璃幕墻能源消耗機(jī)理的分析，明確了傳熱損失、太陽輻射動(dòng)態(tài)影響和通風(fēng)換氣損失是造成能耗過高的主要原因?；诠?jié)能性、舒適性、美觀性和經(jīng)濟(jì)性原則，從玻璃材料選擇、幕墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化到智能控制系統(tǒng)應(yīng)用等方面采取相應(yīng)設(shè)計(jì)策略，能夠有效降低玻璃幕墻能耗。采用 Low-E 玻璃、中空玻璃、吸熱玻璃等節(jié)能材料，結(jié)合遮陽系統(tǒng)與通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可顯著降低建筑能耗;引入光控與溫控智能系統(tǒng)，能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)節(jié)能調(diào)節(jié)。這些措施在保障建筑功能與美觀性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排與舒適度提升的雙重目標(biāo)，為推動(dòng)建筑行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供了有力支撐，也為 2025 年玻璃幕墻行業(yè)技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

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