第四节 幕墙工程节能技术
一、透明幕墙节能技术
透明幕墙的面板材料一般采用透明玻璃，其常规的结构形式一般包括四种，即明框玻璃幕墙（型钢骨架）、半隐框玻璃幕墙（铝合金型材骨架）、隐框玻璃幕墙（铝合金型材骨架）和无框玻璃幕墙（含全玻璃幕墙和点支式玻璃幕墙）。
透明幕墙和透明门窗在材料和构成上比较相似，透明门窗的节能技术大多数也适用于透明幕墙，如：
可采用中空玻璃、吸热玻璃、镀膜玻璃等，提高玻璃幕墙的保温隔热性能，降低遮阳系数；
采用隔热型材、隔热连接紧固件、隐框结构等措施，避免形成热桥；
提高幕墙的气密性，减少室内外空气对流传热；
设置遮阳系统等。
除此之外，由于幕墙具有外挂于结构最外层、连续设置、面积大等特点，还可以结合其他节能产品或特殊的构造形式形成新的节能技术体系，如下面的光电幕墙和呼吸式幕墙。
1．光电幕墙
光电幕墙用特殊的树脂将太阳能光电池粘贴在玻璃上，镶嵌于两片玻璃之间，通过电池可将光能转化成电能，如图2-27所示。太阳能光电幕墙集合了光伏发电技术和幕墙技术，是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一身的新型建材，特别是太阳能电池发电不会排放或产生二氧化碳等温室效应气体，也不会产生噪音，是一种洁净能源，与环境有很好的相容性。但因价格比较昂贵，光电幕墙现多用于标志性建筑的屋顶和外墙。光电幕墙的应用充分体现了建筑的智能化与人性化特点，代表着国际上建筑光伏一体化技术的最新发展方向。
图2-27 光电幕墙
光电幕墙的优点有：
新型实用——舒缓白天用电高峰期电力需求，解决电力紧张地区及无电少电地区供电情况。可原地发电、原地使用，减少电流运输过程的费用和能耗；同时避免了放置光电阵板的额外占用宝贵的建筑空间，与建筑结构合一，省去了单独为光电设备提供的支撑结构，也介于了昂贵的外装饰材料，减少建筑物的整体造价。
特殊效果——光电幕墙本身具有很强的装饰效果。玻璃中间采用各种光伏组件，色彩多样，使建筑具有丰富的艺术表现力。同时光电模板背面还可以衬以设计师喜欢的颜色，来适应不同的建筑风格。
节约能源——由于光电幕墙作为建筑外围护体系，并直接吸收太阳能，避免了墙面温度和屋顶温度过高，可以有效降低墙面及屋面温升，减轻空调负荷，降低空调能耗。
保护环境——光电幕墙通过太阳能进行发电，它不需燃料，不产生废气，无余热，无废渣，无噪音污染。
但光电幕墙也存在以下缺点：
外侧高透光率的玻璃价格昂贵，且现在大多依赖进口；
太阳能电池的价格也很昂贵，且转换效率很低，一般都在20%以下。
光伏发电需要阳光直射，阴天时候发挥不出作用，而实际上墙面每天日照时间一般不会很长，而且大部分时间都不是直射，这样一来，效率几乎达不到2%。以上问题还有待进一步研究解决。
2．呼吸式幕墙
呼吸式幕墙，又称双层幕墙、双层通风幕墙、热通道幕墙等，它由内、外两道幕墙组成，内外幕墙之间形成一个相对封闭的空间，空气可以从下部进风口进入，从上部排风口离开这一空间，这一空间经常处于空气流动状态，热量在这一空间流动。由于其中空气的流通或循环作用，使得内层幕墙的温度接近室内温度，有效减小了温差。呼吸式幕墙根据通风换气层结构的不同可分为封闭式内循环体系和敞开式外循环体系两种。
封闭式内循环体系呼吸式幕墙一般在冬季较为寒冷的地区使用。其外层原则上是完全封闭的，由断热型材与中空玻璃组成外层玻璃幕墙，其内层一般为单层玻璃组成的玻璃幕墙或可开启窗，以便对外层幕墙进行清洗。两层幕墙之间的通风换气层一般为100～200mm。通风换气层与吊顶部位设置的暖通系统抽风管相连，形成自下而上的强制性空气循环，室内空气通过内层玻璃下部的通风口进入换气层，使内侧幕墙玻璃温度达到或接近室内温度，从而形成优越的温度条件，达到节能效果。在通道内设置可调控的百叶窗或垂帘，可有效地调节日照遮阳，为室内创造更加舒适的环境。
敞开式外循环体系呼吸式幕墙与封闭式内循环体系呼吸式幕墙相反，其外层是单层玻璃与非断热型材组成的玻璃幕墙，内层是由中空玻璃与断热型材组成的幕墙。内外两层幕墙形成的通风换气层的两端装有进风和排风装置，通道内也可设置百叶等遮阳装置。冬季时，关闭通风层两端的进排风口，换气层中的空气在阳光的照射下温度升高，形成一个温室，有效地提高了内层玻璃的温度，减少建筑物的采暖费用。夏季时，打开换气层的进排风口，在阳光的照射下换气层空气温度升高自然上浮，形成自下而上的空气流，利用烟囱效应带走通道内的热量，降低内层玻璃表面的温度，减少制冷费用。另外，通过对进排风口的控制以及对内层幕墙结构的设计，达到由通风层向室内输送新鲜空气的目的，从而优化建筑通风质量，如图2-28所示。
图2-28 敞开式外循环体系呼吸式幕墙
呼吸式幕墙的优点有：
采用烟囱效应与温室效应的原理，从幕墙的功能上解决节能问题；
外层玻璃选用无色透明玻璃或低反射玻璃，可最大限度地减少玻璃反射带来的不良影响（“光污染”）；
由于换气层的作用，比单层幕墙节能，同时遮阳百叶置于换气层中，能有效地防止日晒又不影响立面效果；
双层幕墙的使用提高了整个幕墙的隔音效果；
无论天气好坏，无需开窗，换气层都可直接将自然空气传至室内，为室内提供新鲜空气，从而提高室内的舒适度，并有效地降低高层建筑单纯依赖暖通设备机械通风带来的弊病。
目前，呼吸式幕墙技术应用存在的难点问题主要有：
如何确定换气层的宽度（体积）使其保温节能与隔音降噪效果达到最佳，目前缺乏理论依据，只能依赖实验；
进出风口的设计也是呼吸式幕墙的一个重点。选用不当，一方面会造成换气层循环气流的短路，降低节能效果，另一方面进风口会带入大量的灰尘而影响建筑的外观效果，尤其是西北风沙较大的地区更应慎重；
由于换气层的烟囱效应会造成消防上的隐患，所以在通风换气层设计时应与大厦防火分区设计相结合；
成本问题也是呼吸式幕墙推广使用的一大障碍，呼吸式幕墙由于结构双层、技术含量高，较单层幕墙价格高，一次性投资会增加。
二、非透明幕墙节能技术
非透明幕墙是指不具备自然采光和视觉通透特性的建筑幕墙，主要是指非透明面板材料（金属板、石材等）组成的幕墙和玻璃幕墙有后置墙体或保温隔热层的幕墙。一般位于楼板（楼板梁）、柱、剪力墙等部位。《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2015）将此类幕墙作为建筑物的实墙体进行考虑，对其热工性能的要求与外墙相同。
非透明幕墙的节能可通过在幕墙板与主体结构之间的空气间层中设置保温层，或在幕墙板内部设置保温材料来实现，具体构造做法如下：
将保温层复合在主体结构的外表面上，类同于普通外墙外保温的做法，如图2-29所示。保温材料可采用半硬质矿（岩）棉板、泡沫玻璃保温板、复合硅酸盐硬质保温板。
图2-29 保温层复合在主体结构的外表面上
幕墙板内侧复合保温材料。幕墙的保温材料可与金属板、面板结合在一起。但应与主体结构外表面有50mm以上的空气层，因此空气层也应逐层封闭。保温材料可选用密度较小的无机保温板。
在幕墙与主体结构中间的空气层中设置保温材料。在水平和垂直方向有横向分隔的情况下，保温材料可钉挂在空气间层中，这种做法可使外墙中增加一个空气间层，提高墙体热阻，保温材料多为玻璃棉板。
在幕墙内部填充保温材料。以往常用的一些金属幕墙板（面板）基本上没有热阻，如在金属板内部夹入保温芯材，则可根据芯材的厚度获得相应的热阻。保温芯材可采用聚苯板（EPS或XPS）矿（岩）棉制品或玻璃棉制品。如芯材厚度较小，还可在面板内侧的不同部位补充设置保温材料。