■包毅 窦铁波 杜继予建筑门窗幕墙是建筑外围护结构，是建筑的重要组成部分，也是建筑节能的关键部位，它的使用能耗占建筑围护结构能耗的50%，占建筑总能耗的25%采取一切必要的措施和有效的技术发展路线，降低建筑门窗幕墙在材料、建造和使用过程中的能耗，是促进建筑行业尽早达到“双碳”目标的重要路径之一，也是建筑门窗幕墙高质量发展的必经之路，我来为大家科普一下关于玻璃幕墙如何优化设计 建筑门窗幕墙减碳?以下内容希望对你有帮助!
玻璃幕墙如何优化设计 建筑门窗幕墙减碳
■包毅 窦铁波 杜继予
建筑门窗幕墙是建筑外围护结构，是建筑的重要组成部分，也是建筑节能的关键部位，它的使用能耗占建筑围护结构能耗的50%，占建筑总能耗的25%。采取一切必要的措施和有效的技术发展路线，降低建筑门窗幕墙在材料、建造和使用过程中的能耗，是促进建筑行业尽早达到“双碳”目标的重要路径之一，也是建筑门窗幕墙高质量发展的必经之路。
加强对人工复合新型材料的研发与应用
现有的建筑门窗幕墙材料，大部分以金属、玻璃和天然石材为主。这些材料的生产存在能耗高、破坏自然环境和过度消耗天然资源等诸多方面的不利影响，是阻碍“双碳”达标的因素之一。随着科学技术的发展，利废、低耗、轻质、高强的人工复合新型建材正在不断产生，应该加以研究并探讨应用。
仿真利废再生材料。天然石材是我国建筑室内外装修的主要材料，是建筑幕墙离不开的外墙材料之一。石材作为一种不可再生的天然资源，其大规模的开发已给我国自然环境的保护造成了重大影响。目前，采用新技术利用石材废弃物等制造高仿真板材来替代天然石材的产品正在不断出现。发泡人造石是其中的一种新型绿色环保建材，每平方米板材可添加40%～50%的石材废料，经采用特殊的发泡生产工艺等技术，使板材具有轻质高强高仿真的良好性能。其体积密度约1.90g/cm³，弯曲强度平均值达到28MPa以上，板材可制成通体的花岗岩、大理石、石灰石、洞石、砂岩、纯色陶板等系列产品，装饰效果自然流畅逼真，是替代天然石材和陶板的最佳产品。
免烧制品。免烧制品是在常温非烧结条件下，通过添加无机凝胶和其他增强材料，经压制或自然条件下养护成型的各类建筑材料，如超高性能混凝土板或构件（简称UHPC）、纤维水泥板或构件（简称GRC）。免烧制品的最大特点在于生产过程的低能耗，且没有烧制产品在烧制过程排放的废气严重污染环境，是节能减排的绿色产品。为了丰富免烧制品的表面装饰效果，可以在免烧制品表面施加由无机粉末和表面活性剂经化学反应固化形成且具有不同釉面装饰效果的免烧釉面，以满足建筑设计的不同表面的装饰效果。
复合材料。复合材料是通过性能和构造设计，将不同种类的材料，如金属、无机非金属或有机高分子材料等通过不同复合工艺混合或组合而成，既具有原材料的特性，又在原材料性能上有大幅提升的新型材料。复合材料按其组成分为金属与非金属复合材料、金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料，按其结构特点又可分为纤维增强复合材料和夹层复合材料两大类。这两种复合材料在建筑门窗幕墙中均有应用，如纤维增强水泥外墙板、铝塑复合板、铝蜂窝板、石材铝蜂窝复合板、金属保温复合板、铝木型材、塑钢型材、铝塑共挤型材、聚氨酯复合型材等。这些复合材料不仅在装饰外表面保持了原有材料的特点，同时能大幅度提高材料的保温和力学性能，降低材料用材和节约成本，适合于低能耗建筑门窗幕墙的选用并可节省或替代天然材料的使用。
开发满足超低能耗建筑要求的建筑门窗幕墙系统
建造超低能耗建筑是促进我国建筑行业尽早实现“双碳”目标的重要路径，应根据不同的地域、不同的气候条件，不同的建筑设计，依照低能耗、可再生能源利用和满足室内舒适环境等原则对未来适应超低能耗建筑要求的建筑门窗幕墙系统技术的发展加以研发和应用。
保温及隔热。北方地区超低能耗建筑的建筑门窗幕墙设计是以保温隔热作为节能的主要技术措施。目前高保温性能的门窗在我国已有较多的成熟产品，传热系数可达到1.0W/（㎡·K），为超低能耗或被动式建筑提供了必要的条件，而幕墙方面的保温隔热性能尚有较大的差距，通常在2.0W/（㎡·K）左右。门窗幕墙的保温性能，除了采用低传热系数的材料，尚需要不断研发新的有良好高气密性和保温隔热性构造系统的门窗幕墙，如减低门窗幕墙的框窗（窗墙）比是一个值得关注的技术措施。
遮阳与通风。与北方地区不同，南方地区低能耗门窗幕墙系统技术除了要有保温隔热性能外，更应该注重建筑遮阳和通风技术的研发。南方地区玻璃幕墙由于受到南方沿海地区强台风的影响，目前极少采用隔热铝型材作为玻璃幕墙的支承构件，保温性能主要依靠选择低传热系数的反射中空玻璃来实现，因而玻璃幕墙的传热系数一般都比较高，通常在3.0W/（㎡·K）左右。为此开展具有高抗风能力、低传热系数玻璃幕墙系统技术的研发，将玻璃幕墙的传热系数降至低能耗建筑和近零能耗建筑的要求2.0W/（㎡·K）以下，是目前南方地区玻璃幕墙节能的一个难点和重点。
南方地区玻璃幕墙节能的另一个重要环节是根据建筑立面的不同方位，设置室外水平或垂直的有效的连接可靠的遮阳构造，努力降低幕墙太阳得热系数（SHGC）来达到节能效果。同时，合理选配玻璃的遮阳系数或选用可致变调光玻璃（电或热致变）及设置室内遮阳帘等措施，均可有效降低建筑室内的空调能耗。
玻璃幕墙开启窗自然通风设计对南方地区室内温度、湿度和空气质量的调节有重要作用，能大大降低能耗，是被动式节能的有效措施。近年来，侧面开窗的通风技术在玻璃幕墙上有较多的应用，能够比较好地协调开启通风与立面效果的矛盾，同时大通风量通风器也在不断研发中，为玻璃幕墙自然通风技术带来新的发展方向。
绿色清洁能源。近年来，随着薄膜太阳能电池技术的发展，光电转换效率的迅速提高，制造工艺相对简单、能耗小、用料少、成本低、可透视、多颜色等优点，使其在不同种类的建筑幕墙，如玻璃幕墙、金属板幕墙、石材幕墙上都有可以应用的可行性，为光伏幕墙作为未来建筑开源自给清洁能源的主要来源创造了条件。除了光伏幕墙，利用太阳辐射热能设计光热幕墙，通过建筑内的能源输送和交换系统为建筑内部提供热水或循环可用的热气也可降低碳类能源的消耗。
智能与绿植生态。智能建筑在建筑节能和实现“双碳”目标中有着重大的作用，应用智能建筑系统对建筑主体内外环境进行监测和信息采集，包括建筑物室内外空气质量、温度、湿度、照度、风力、太阳入射角等，以智能自动控制的方式对建筑门窗幕墙中可调节的部位，如可启闭的窗扇、通风口、遮阳构件和可调光的玻璃等进行适时的调节，来达到改善室内环境和减少能耗的效果。
用绿色植物根植于建筑立面或预留的空间，以达到改善建筑环境、提高建筑节能、节地和美化建筑效果的绿植生态技术，在建筑设计上已得到初步的应用。在建筑幕墙上引入生态绿植技术，用绿植板块替代现有幕墙面板，将可极大地提高幕墙的热工性能，改变建筑周边环境的空气质量，为建筑带来四季变换的清新的视觉享受。
优化建筑门窗幕墙装配化技术
单元式幕墙和门窗系统化是建筑行业中最先迈进建筑装配化门槛的产品和技术。建筑门窗幕墙装配化包括了建筑门窗幕墙的设计、制造和现场装配式施工等主要环节，在实现“双碳”目标的进程中，我们尚需在原有的基础上，对各个环节进行优化和深化，使之更加节省人力资源的消耗，提高产品质量和施工效率。
单元式幕墙的标准化设计是节省设计人力资源的重要部分，单元式幕墙板块与主体结构的连接构造、板块间的相互插接构造、外遮阳或装饰构件与板块的连接构造、幕墙的收边及密封处理和幕墙的排水系统等，均可依据基本的建筑构造和环境作出标准化的模块设计，从而实现装配化设计，达到省时省力高效准确的效果。门窗幕墙加工制造方面，采用参数化设计将经装配化设计的门窗幕墙大样图直接转换成零件加工图，并与加工设备直接连接，大大提高加工效率，减少了大量零件加工图的制作。
在现场施工方面，孪生智能测量管理系统正在工程施工中逐步形成和应用，它基于空间点云智能分析技术、大数据处理技术和云计算技术的自动化、数字化测量管理系统，运用高精度的三维扫描技术、结合人工智能、软件算法、BIM技术，逆向形成工程现场的数字模型和数字化预拼装效果，呈现虚拟的真实工程现场与设计模型的实际误差，为门窗幕墙的深化设计，特别是多维复杂曲面幕墙的精准下料、拼装和安装提供可靠的数据依据，为整个施工流程进行数字化管理，有效实现设计施工过程中的纠偏，更好地实现BIM技术在设计和施工阶段的有效应用，提高工程质量和管理效率，减少材料浪费，降低成本，缩短工期。
目前，门窗幕墙施工人工操作和非标设备的使用比例很大，对施工质量和进度影响较大，为助力“双碳”目标的实现，施工设备的机械化、标准化、智能化尚有待进一步的提高和完善。
既有建筑门窗幕墙安全维护及节能改造技术
我国建筑门窗幕墙行业从20世纪80年代初开始起步，历经40年来的发展，现已积累了大量的既有建筑门窗幕墙。早期建筑门窗幕墙所采用的材料、设计和节能理念落后和缺失，导致既有建筑门窗幕墙中存在诸多的安全和节能问题。通过对既有建筑门窗幕墙实施全面的强化安全检查和维护维修来延长门窗幕墙的有效工作年限，采用新的节能材料和改造技术来减少既有建筑门窗幕墙的能耗，改善室内宜居环境，是助力既有建筑朝着“双碳”目标发展的主要技术途径。
我国早期的既有建筑门窗幕墙大多是单层热反射玻璃幕墙，基本上只起到一个隔离室内外空间的围护效果，节能效果较差，对其进行节能改造是实现“双碳”目标迫在眉睫的工作。玻璃微中空改造是在既有建筑门窗幕墙的玻璃上，使用干燥和密封技术，用一片低辐射玻璃与原有的玻璃一起在幕墙室内侧组合成中空玻璃的节能改造方法，可以大大提高原有门窗幕墙的节能性能和室内环境的舒适度。对于室内侧具有较大空间的玻璃幕墙，还可以应用内通风双层幕墙的系统原理，在单层玻璃幕墙的室内侧附加一层玻璃来提高幕墙的保温隔热功能，形成有效的节能和室内环境改善的效果。
（作者单位：深圳市新山幕墙技术咨询有限公司）
本文原载于《中国建材报》7月25日9版
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