【正文】玻璃幕墻是一種美觀新穎的建筑墻體裝飾方式,它輕巧、具有較大的晶瑩的透射和反射性質,可以營造出明亮的室內光環境,并達到建筑內外空間交融的效果,因而成了各類建筑外立面設計的新寵。玻璃幕墻在建筑形式上顯示出強烈的表現力,極具魅力,受到業主、建筑師的青睞,已成為現代城市建筑的一種標志。作為現代建筑的象征,玻璃幕墻在國內得到了越來越廣泛的應用,但是,人們在使用過程中發現它也帶來了負面的影響,如光污染,建筑能耗高,溫室效應等,這些都與玻璃的選用有直接關系。
玻璃幕墻的優點
1、玻璃幕墻輕巧美觀
玻璃幕墻具有十分誘人的魅力,它使建筑物富有光澤,明凈晶瑩,因而成為現代建筑流行的表現技法;同時玻璃幕墻通常是用鋁合金或其他金屬軋成骨架,以玻璃及封閉的金屬空腹型桿件做成的房屋圍護墻,配以雙層中空玻璃形成的墻面,其自重僅約50kg/m2左右,大大的降低了建筑物的自重,可以稱得上是體重輕巧。
2、玻璃幕墻的遮陽節能
現代高層建筑的玻璃幕墻,通常采用鍍膜玻璃(或Low-E鍍膜玻璃)與鋼化玻璃組合、隔層充入干燥空氣的中空玻璃。當玻璃幕墻使用了此種中空玻璃后能對0.3-2.5um的太陽能輻射具有60%以上的透過率,白天來自室外輻射能量可大部分透過,但夜晚和陰雨天氣,來自室內物體的熱輻射約有50%以上被其反射回室內,僅有少于15%的熱輻射被其吸收后通過再輻射和對流交換散失,故可有效地阻止室內的熱量泄向室外。克服了原來玻璃表面換熱性強,熱透射率高的問題,達到了良好的遮陽節能效果。
目前常用建筑幕墻玻璃可選擇種類的例舉
下文主要從玻璃幕墻的節能性能、安全性能、光污染性能和外觀效果四個方面來選擇玻璃幕墻。
1)從建筑節能方面考慮幕墻玻璃的選用
建筑節能65%主要由建筑圍護系統承擔。玻璃幕墻可以減少傳統混凝土外墻大量的鋼筋、混凝土使用量,對減少高耗能建材的使用達到節約能源、資源有很大的幫助;但玻璃幕墻作為建筑外圍護結構,其保溫、隔熱性能均遠不及傳統墻體,是傳統墻體熱損失率的5~6倍。幕墻的能耗約占整個建筑能耗的40%左右,故幕墻節能在我國公共建筑設計節能中有極其重要的地位。
從控制得熱與傳熱來講,玻璃幕墻的節能重點在玻璃的選擇上。節能玻璃要具備兩個節能特性即保溫性和隔熱性。這兩個性能與可見光透射比和反射比有直接關系,從測試結果可以看出,目前能同時達到“保溫”和“隔熱”要求的就是低輻射(Low-E)中空玻璃和多中空玻璃以及Low-E真空玻璃及組合真空玻璃。太陽光的熱能主要是可見光能(短波熱)和不可見光能(長波熱,即紅外線)兩部分。可見光能占46%,紅外線占52%,另有2%為紫外線。Low-E鍍膜的獨特功能,是能讓可見光能透過而把不可見光反射回去,具有良好的阻隔熱輻射透過作用。所以,在夏天,它可放進可見光(陽光),同時把柏油馬路、建筑物等放出的強烈的不可見光能(紅外輻射熱)阻擋在外,使業主大大降低用于空調的投資和室內的空調費用。在冬天,它可放進可見光能,同時,把室內的不可見光能(紅外輻射熱)反射回室內,不使之通過玻璃向外散失,因此能極好地保持室內溫度,大大降低冬季室內的取暖費用,達到節能的目的。中空玻璃的隔熱能力來自于密封于玻璃之間的空氣層。因為空氣的熱阻性極好(空氣的導熱系數為0.028W/mk),是玻璃的1/27(玻璃的導熱系數0.77W/mk)。中空玻璃的傳熱系數K值與其空氣層的厚度密切相關,應適度控制中空玻璃空氣層的厚度。在空氣層的厚度小于13mm時空氣層厚度越大K值越小;在13mm左右時達到較低極限,此后K值隨空氣層厚度增加而增大,這是由于空氣層大于13mm后內部空氣形成閉環對流增大了熱量傳遞所致。所以中空玻璃空氣層厚度一般應選擇12mm為宜。若在中空玻璃中沖入氬氣(Ar)等惰性氣體抑制空氣的閉環對流其K值還可進一步降低。也可以采取增加空氣層層數的辦法,就是用雙層或多層中空玻璃,或在空氣層中夾透明薄膜,利用裝飾隔條將空氣層分隔成幾個獨立的區域以減少對流傳熱對玻璃隔熱性的影響。
2)從防止光污染方面考慮幕墻玻璃的選用
光污染是指過量的光輻射對人類生活和生產環境造成不良影響的現象。包括可見光、紅外線和紫外線造成的污染。伴隨玻璃幕墻的大量使用,它帶給我們的不僅是享受現代文明的自豪感,隨之而來閃爍的反射光也給周圍的居民帶來諸多不便。豪華寫字樓、大型商廈、星級酒店的外裝飾所采用的大面積玻璃幕墻形成強烈的反射光、聚集光,對人體產生異常影響。盛夏時節,玻璃幕墻反射的強光常常使室內溫度急劇升高,焦點溫度甚至可達70℃以,可引燃易燃物品,釀成火災。更加嚴重的是臨街玻璃幕墻的反射光還會影響車輛行駛和人們的正常通行。本來光潔的路面、清晰的交通信號燈,現在變得斑斑駁駁、光怪陸離,令人眼花繚亂,分不清哪里是真實的交通信號,嚴重影響駕駛員視線,成為事故隱患,甚至釀成交通事故。
為了防止玻璃幕墻反射光對周邊環境造成光污染,國家對于玻璃幕墻的面積比例以及可見光的反射率加以限定,在上海、杭州等地都有限制性要求。上海要求玻璃幕墻面積不大于墻面積的40%,且可見光線反射率不大于15%;杭州要求玻璃幕墻面積不大于60%,且反射率不大于16%,針對玻璃幕墻主要是玻璃反射光對外界造成的光污染,以及對外界的影響,解決玻璃幕墻光污染主要是控制玻璃的反射比,太陽光的直接反射比越大,室外太陽光獲得越多,同樣對于室外的光和熱環境會造成一定的影響和污染,在選用幕墻玻璃時該指標應盡量選擇反射比小的玻璃品種。對于室外的光和熱環境而言,反射比越小越好,從測試結果可以看出,各種玻璃的反射比由小到大依次為:涂膜玻璃,白玻,鍍膜玻璃,Low―E玻璃和貼膜玻璃。可見光的反射比較大的是貼膜玻璃,其次是鍍膜玻璃,反射比分別達到了48.68%和34.87%。自玻璃在施工中應用的不多,所以在選用中我們多采用Low-E玻璃和涂膜玻璃,或者采用兩者與普通白玻璃組合的中空玻璃或真空玻璃。這樣可以很好地降低玻璃幕墻在使用中對周邊環境的光反射污染,以達到國家規定的指標要求。
3)從安全與防火方面考慮幕墻玻璃的選用
目前高層建筑為了減輕自重,同時增強外立面的美觀,多采用玻璃幕墻,但是隨之而來的安全問題也越來越多,其中主要是幕墻玻璃破損墜落傷人事故,和幕墻玻璃防火問題。其中以玻璃破損墜落傷人較為常見,例如2007年北京某廣場多片玻璃自爆,飛出6~7m后砸傷3人,還砸壞城鐵車站的玻璃頂蓋。
為了更好地使用玻璃幕墻,在選用玻璃時選用安全玻璃,以前多采用鋼化玻璃。但是鋼化玻璃有一種不可避免的特性就是自爆,鋼化玻璃自爆在幕墻施工中是很常見的,安裝到高層的幕墻上的鋼化玻璃如果自爆就很危險。鋼化玻璃自爆的引起原因是玻璃中存在硫化鎳雜質,而硫化鎳來自于礦物原料――長石、白云石、石灰石什么的。超白玻璃基本不用礦物原料(石英砂除外),而用的是純度較高的化工原料,如氫氧化鋁、碳酸鈣、碳酸鎂等,完全杜絕了硫化鎳的存在,沒有了自爆的內因,所以不會發生鋼化自爆。超白玻璃又稱為低鐵玻璃,減少渣滓而減少自爆率10倍。就自爆率而言,超白玻只有萬分之三,遠遠低于鋼化玻璃的千分之三。因此,很好地在源頭上減少了玻璃爆裂的幾率。實踐表明玻璃幕墻可以采用半鋼化玻璃,這種玻璃有較高的強度同時不會自爆,這樣減少了玻璃自爆脫落的危險。根據建筑防火要求,玻璃幕墻要滿足防火要求,外墻要求耐火極限不小于1h,根據防火要求一般的玻璃是不能滿足的。防火玻璃應采用單片銫鉀玻璃,它有很好的耐火性能,它的耐火極限一般為1.0~2.5h,這種玻璃在高層建筑中多采用,達到了很好的防火效果。
半鋼化玻璃表面應力較低,不會出現自爆現象。由于熱增強,半鋼化玻璃的強度達到普通浮法玻璃的2倍,有較高的耐受溫度變化能力,也大大提高了抗沖擊性能,不容易因溫度突變或人為撞擊而破碎。即使意外破碎,其裂縫并不交叉,所形成的放射形裂縫直達邊緣,因邊緣有膠縫粘結或邊框夾持,玻璃碎片不容易掉落。
本人參與設計的案例浦江雙輝大廈,案例中:雖然解決了節能問題、光污染問題,安全問題。但是在可視區和層間區域使用了不同的玻璃,可視區采用的是三片玻璃組合成的中空夾膠玻璃,內側為單片玻璃,外側為雙片夾膠;層間區域使用了和可視區外片一致的雙片夾膠玻璃。所以建筑可能產生斑馬樓的不良外觀效果,但是不嚴重。整體效果是可以接受的。另外成本略高,對于重要高端商業項目可以接受。
4)從建筑外觀效果上來考慮幕墻玻璃的選用
在達到上述要求后,如果對建筑效果更有要求的,可以全樓采用超白中空夾膠玻璃,也是由三片玻璃組合而成,內側是單片玻璃,中間是空氣層,外側是雙片夾膠玻璃。
本人目前設計的世博地塊某央企總部項目就是如此,這是一種趨勢。全部統一玻璃可以爭強效果的統一感。在上述分析的各個指標中都有很好的表現。節能性能、安全性能、光污染性能。超白玻璃都可以運用,因為:玻璃層數多,超白玻璃可以增加通透感。超白玻璃是一種超透明堿石灰低鐵浮法玻璃,超白玻璃的透光率達到了98%以上,含鐵量低于100ppm,該玻璃與普通玻璃不同,呈現在眼前的不再是那種青綠色,超白玻璃同時具備優質浮法玻璃所具有的一切可加工性能,具有優越的物理、機械及光學性能,可像其它優質浮法玻璃一樣進行各種深加工。
展望和總結
立足于當前的時代背景之中,可持續發展仍然是當今世界重要的發展理念,建筑節能則是國家持續發展的大勢所趨,綠色生態建筑愈來愈受到人們廣泛的關注。玻璃慕墻雖然在誕生之初不可避免地存在能耗大的薄弱環節,如今經過改良的坡璃幕墻在可持續發展的大潮之中巳然嶄露頭角,表現出生態智能化趨勢,契合了可持續發展的理念。
城市需要更多符合節能環保、安全高效、美觀的大樓,其玻璃選擇很重要。可以符合自身需求,成本控制選擇相應的材料,但是規范要求的節能、安全是底線。自身品質要求的安全和美觀是可選擇的。在國家綠色建筑和節能環保的大環境下,做好這些工作是必要的,是一種大趨勢。