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)計不僅要滿足建筑美學(xué)和建筑功能的要求，而且要更多地考慮熱工設(shè)計，充分體現(xiàn)當(dāng)前國際上流行的建筑設(shè)計三大原則：“開放與交流、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)計上做了詳細(xì)闡述，最后也對智能幕墻概念有提起。 

關(guān)鍵詞：玻璃幕墻；節(jié)能設(shè)計；雙層玻璃幕墻DSF；夾層設(shè)計；智能幕墻  

　　中圖分類號：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： 文章編號： 

　　1、玻璃幕墻在建筑發(fā)展史上日益暴露的問題分析 隨著玻璃幕墻大量的應(yīng)用和時間的推移，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耗能問題 自上世紀(jì)70年代能源危機(jī)后，世界各國越來越重視節(jié)能工作。同樣，能源問題目前也正困擾著中國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展，建設(shè)節(jié)約型社會已經(jīng)成為全社會關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計，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，在給建筑物帶來美觀亮麗的同時也大量的消耗著能源。 1.2光污染 光污染危害來源的主要對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。而如果人們長期受到玻璃幕墻的“白光污染”，人會深感精神壓抑，心情煩躁，除視力因長時間遭反射光刺激而下降外，還會誘發(fā)某些疾病。在國內(nèi)和國外，隨著玻璃幕墻在各大城市建設(shè)中大行其道，各地近年來接到市民對光污染的投訴也直線上升。 1.3安全隱患 據(jù)有關(guān)專家介紹，目前市面上很多用于黏結(jié)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠水會隨著時間推移老化，甚至失效。一般而言，廠家對硅膠、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)計年限也不超過25年。玻璃幕墻如果年久失修，會產(chǎn)生許多安全隱患，成為“空中定時炸彈”。 隨著2005年7月1日《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的實施，玻璃幕墻的耗能、安全隱患等問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“魚和熊掌不可兼得”呢？事實上，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題，使解決玻璃幕墻耗能的問題成為可能。 　 

　　2、雙層玻璃幕墻節(jié)能輔助設(shè)計 

　　與傳統(tǒng)玻璃幕墻相比，雙層玻璃幕墻（Double Skin Falade，以后簡稱DSF)獨(dú)特的夾層設(shè)計，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，為遮陽構(gòu)件提供了一個棲身之地，使之既能有效遮陽，又不破壞建筑外觀。此外，它還可以通過強(qiáng)化通風(fēng)降溫來降低建筑能耗，因而倍受建筑師的推崇。然而，采用DSF不僅會增加初投資，犧牲可觀的建筑面積，同時其維修費(fèi)用也高出一般幕墻。而且，不能簡單地認(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)類型的DSF都不能同時減少采暖和制冷負(fù)荷，只有根據(jù)具體情況把不同類型結(jié)合起來或改變系統(tǒng)設(shè)置，才可能比傳統(tǒng)的隔熱玻璃加外遮陽方案有實質(zhì)性進(jìn)步。例如，最突出的問題是如何合理地設(shè)計夾層的尺寸，因為其空間過小將直接影響DSF夏季和過渡季的通風(fēng)降溫效果，過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，目前還沒有令人滿意的整套方法可以指導(dǎo)選擇設(shè)計條件，預(yù)測運(yùn)行效果，并指導(dǎo)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計。 　 

　　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)勢能否發(fā)揮，還取決于建筑和幕墻的設(shè)計是否合理.目前世界上時雙層玻璃幕墻節(jié)能設(shè)計的研究進(jìn)展仍以基礎(chǔ)研究為主，相對于直接指導(dǎo)工程設(shè)計仍有距離該文在綜述國內(nèi)外理論和實驗研究現(xiàn)狀的基拙上，根據(jù)國內(nèi)目前該類建筑設(shè)計的合作方式和流程，提出根據(jù)方案設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計三個階段的不同任務(wù)采取相應(yīng)的輔助設(shè)計方法，強(qiáng)調(diào)應(yīng)加強(qiáng)對以往設(shè)計經(jīng)驗的總結(jié)，以指導(dǎo)建筑師在方案設(shè)計階段正確把握雙層玻璃幕墻和建筑設(shè)計的結(jié)合，實現(xiàn)有效節(jié)能。 　　 

　　傳熱過程研究主要包括理論和實驗兩方面的研究。其中理論研究又分為節(jié)點(diǎn)控制容積方法和計算流體動力學(xué)模擬法，實驗研究的目的則在于探討傳熱系數(shù)或者對流換熱系數(shù)的經(jīng)驗公式，。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)，夾層中的自然流動阻力系數(shù)不能采用手冊中給出的機(jī)械流動下的阻力系數(shù)玻璃表面對流換熱系數(shù)和整個窗戶的傳熱系數(shù)均隨著內(nèi)外層玻璃溫差呈線性變化，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。 　　 

　　目前國內(nèi)幕墻設(shè)計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完成施工圖設(shè)計，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)荷計算的基礎(chǔ)上做一些修改，由于沒有經(jīng)驗常常設(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)計過程中，如果建筑師對DSF沒有比較深人的了解，缺乏建筑節(jié)能整體設(shè)計策略，就不可能真正發(fā)揮出DSF的優(yōu)勢。相反，國內(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)計階段開始就把圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計有機(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)勢充分發(fā)揮出來。 　　 

　　可見，為了避免損失，國內(nèi)應(yīng)盡快探索能正確指導(dǎo)DSF實踐的理論和經(jīng)驗。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，然而國內(nèi)有能力開展這類計算、實驗研究的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)并不多，而且目前這些方法費(fèi)時費(fèi)力，尚不能滿足當(dāng)前方案設(shè)計階段的需要。所以，我們必須同時探索能夠更為直接地指導(dǎo)建筑設(shè)計的方法�？紤]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算研究更為直觀的設(shè)計依據(jù)，諸如一些方便查詢的手冊。其中不僅應(yīng)該比較系統(tǒng)地介紹DSF節(jié)能設(shè)計的基礎(chǔ)知識，還應(yīng)總結(jié)歸納已有的設(shè)計經(jīng)驗和科研成果，以圖表的形式直觀表達(dá)，使建筑師從一開始就可以根據(jù)項目所處地理位置、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判斷DSF的適用程度和合理的方案。此外，對以往相關(guān)作品的方案發(fā)展過程、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，做一些基本的分類和總結(jié)，還需要充分考慮到現(xiàn)有理論和實驗研究取得的成果，用正確的理論來分析經(jīng)驗事實才能得到可信結(jié)論。 　 

　　 針對DSF設(shè)計，建筑設(shè)計過程中的三個階段(方案設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計)應(yīng)該各自有不同的任務(wù)和相應(yīng)的輔助設(shè)計手段。在方案設(shè)計階段，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，同時利用粗糙的模型開展模擬計算以輔助淘汰和選擇方案;在初步設(shè)計階段，建筑的基本尺寸、結(jié)構(gòu)和空調(diào)形式有待確定，可以對既有的幾個方案與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，對于重要建筑還應(yīng)該進(jìn)行風(fēng)洞實驗和幕墻足尺實驗;最后在施工圖設(shè)計階段，主要任務(wù)是深人優(yōu)化選定的方案，推敲尺寸設(shè)計，完成空調(diào)系統(tǒng)容量設(shè)計和自動控制方案，可依靠CFD模擬計算優(yōu)化DSF尺寸和出入口設(shè)計，以能耗模擬軟件輔助空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。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，整個決策和設(shè)計過程有章可循。 

　　3、結(jié)束語 我國對建筑節(jié)能的重視迫切要求能夠有效輔助雙層玻璃幕墻設(shè)計的方法，而國外目前取得的研究成果操作起來對工程師的要求較高，且費(fèi)時費(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)幕墻越來越多的應(yīng)用到各個高層智能建筑上，同時，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�言之，智能玻璃幕墻是智能建筑的重要組成部分。