玻璃幕墙建筑的遮阳采光与节能.doc

玻璃幕墙建筑的遮阳采光与节能
牛盛楠 王立雄 杨现国
　　1．前 言
　　20世纪，世界建筑科学技术突飞猛进，发达国家建筑围护结构的保温隔热性能和气密性大有提高，采暖、空调和遮阳的设备与技术日益进步，人们可以在越来越更为优裕和舒适的室内环境中生活与工作。从经典型建筑珍品到粗糙的乡土建筑，建筑遮阳无不得到充分重视,并以不同方式体现出来。
建筑主体节能最重要的方面是有效的建筑单体设计，主要包括隔热（窗、墙、屋顶）、遮阳、通风。合理的建筑物遮阳设计可以使空调系统的运行能耗降低约16%～29%。
　　2．玻璃幕墙的遮阳节能
　　2.1 玻璃幕墙遮阳的必要性
　　70年代能源危机后，发展了不同系统来增强玻璃幕墙的热性能。玻璃幕墙是公共建筑外围护结构的主导,是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是传统墙体失热损失的5～6倍，其能耗约占整个建筑能耗的40%左右，故玻璃幕墙的节能有极其重要的地位。
　　在国内，随着市场经济的发展，建筑节能是中国经济社会可持续发展的迫切需要，建设单位和设计单位的节能环保意识不断提高，对玻璃幕墙的节能要求也不断的提高。虽然玻璃幕墙建筑采用遮阳措施能达到理想的隔热节能效果，但在国内，现阶段各方对此重视不够。一栋设计不良的全为玻璃幕墙的建筑物，其全年空调耗电量可能是一般混凝土外墙大楼的4倍。而玻璃幕墙的使用寿命达50年之久，其节能效果当然远胜于短寿命的冷气机、冰箱、锅炉等。故玻璃幕墙建筑的节能比其他建筑产品节能更为重要,发展玻璃幕墙的遮阳技术也是建筑节约能源最有潜力的工具。
　　2.2 玻璃幕墙遮阳的研究
　　建筑外围护结构的节能设计，由开窗、方位、遮阳和隔热材料等因素环环相扣， 这些因素影响建筑物的耗能量。台湾的西拉雅研究室曾对台湾的办公建筑的外围护结构进行研究，对建筑外围护结构的各要素的耗能量进行分析，其分析结果如下：
　　从上表可以得出结论：
　　（1）外墙的开窗率是外墙节能的最重要因素，降低开窗面积率是节能最重要手段 ，但是降低开窗率也必须确保和顾及适当的自然采光，并免除心理的封闭感。但是对于追求通透效果的玻璃幕墙而言，只能采用降低开启窗面积并加强不透光地方的隔热设计来达到节能要求。
　　（2）外遮阳和玻璃遮蔽是外墙节能的第二重要因素，玻璃材质及外遮阳都影响遮蔽率的大小，但是装设遮阳板、遮阳百页等外遮阳远比改变玻璃材质的效果大。玻璃材质可选择高反射率的反射玻璃和吸热玻璃（反射率太大的反射玻璃会造成眩光污染的公害），所以要选择适当的反射玻璃。
　　（3）建筑方位因素是外墙节能设计的第三要素（占13.8%的比重）。大面积的玻璃幕墙应避免东照西晒，建筑的长向应朝南北向放置。
　　采用遮阳措施不仅是玻璃幕墙建筑节能设计的必要手段，而且也是标准较高的玻璃幕墙建筑在建筑设计上的必要手段。
　　2.3 遮阳的作用与效果
　　由于玻璃幕墙由玻璃和金属结构组成，而玻璃表面换热性强，热透射率高，故对室内热条件有极大的影响。在夏季，阳光透过玻璃射入室内，是造成室内过热的主要原因。特别在南方炎热地区，如果人体再受到阳光的直接照射，将会感到炎热难受。在玻璃幕墙上设置遮阳系统，可以最大限度减少阳光的直接照射，从而避免室内过热，是炎热地区建筑防热的主要措施之一。设置遮阳后，会有以下作用及效果：
　　2.3.1 遮阳对太阳辐射的作用
　　外围护结构的保温隔热性能受许多因素的影响，其中影响最大的指标就是遮阳系数。一般来说，遮阳系数受到材料本身特性和环境的控制。遮阳系数就是透过有遮阳措施的围护结构和没有遮阳措施的围护结构的太阳辐射热量的比值。遮阳系数愈小，透过外围护结构的太阳辐射热量愈小，防热效果愈好。由此可见，遮阳对遮挡太阳辐射热的效果是相当大的，玻璃幕墙建筑设置遮阳措施更是效果明显。
　　2.3.2 遮阳对室内温度作用
　　遮阳对防止室内温度上升有明显作用，在夏热地区试验观测表明,在闭窗的情况下，有无遮阳，室温差值较大。而且有遮阳时，房间温度波幅值较小，室温出现最大值的时间延迟，室内温度场均匀。因此，遮阳对空调房间可减少冷负荷，所以对空调建筑来说，遮阳更是节约电能的主要措施之一。
　　2.3.3 遮阳对采光的作用
　　从天然采光的观点来看，遮阳措施会阻挡直射阳光，防止眩光，使室内照度分布比较均匀，有助于视觉的正常工作。对周围环境来说，遮阳可分散玻璃幕墙的玻璃（尤其是镀膜玻璃）的反射光，避免了大面积玻璃反光造成光污染。但是，由于遮阳措施有挡光作用，从而会降低室内照度，在阴雨天更为不利。因此，在遮阳系统设计时要有充分的考虑，尽量满足室内天然采光的要求。侧面采光有可能导致房间内的亮度过高，有时会引起眩光。选择何种形式的玻璃需要兼顾采光和节能两个方面的要求。采用遮阳篷可以兼顾能效和采光。
　　2.3.4 遮阳对建筑外观的作用
　　一般人认为玻璃幕墙设计只能平板化，无法设计外遮阳等遮阳设施，但是由国外的许多案例我们可以发现金属玻璃幕墙能以轻巧的金属板设计成优美的遮阳形式并成为建筑造型有趣的一部份。遮阳系统在玻璃幕墙外观的玻璃墙体上形成光影效果，体现出现代建筑艺术美学效果。因此，在欧洲建筑界，已经把外遮阳系统作为一种活跃的立面元素，加以利用，甚至称之为双层立面形式。一层是建筑物本身的立面，另一层则是动态的遮阳状态的立面形式。这种具有“动感” 的建筑物形象不是因为建筑立面的时尚需要，而是现代技术解决人类对建筑节能和享受自然需求而产生的一种新的现代建筑形态。
　　2.3.5 遮阳对房间通风的影响
　　遮阳设施对房间通风有一定的阻挡作用，在开启窗通风的情况下，室内的风速会减弱22%～47%，具体视遮阳设施的构造情况而定；对玻璃表面上升的热空气有阻挡作用，不利散热，在遮阳的构造设计时应加以注意。
　　2.4 遮阳的形式及构造设计
　　遮阳具有防止太阳辐射、避免产生眩光、改善室内环境气候、及建筑外观上光影美学效果之功能，但也对室内的采光、通风带来不同层次的影响。遮阳系统本身而言，根据位置分为外部遮阳与内部遮阳，其中又可分为活动式遮阳及固定式遮阳。就遮阳形式来分，一般分为四种：水平遮阳、垂直遮阳、综合式遮阳和挡板式。
根据地区的气候特点和房间的使用要求，可以把遮阳作为永久性的或临时性的。永久性的就是在玻璃幕墙内外设置各种形式的遮阳板和遮阳帘，临时性的就是在玻璃的内外设置轻便的布帘，竹帘，软百页，帆布蓬等。在永久性的遮阳设施中，按其构件能否活动，有可分为固定式或活动式两种。活动式的遮阳可视一年中季节的变换，一天的时间变化和天空的阴晴情况，任意调节遮阳板的角度；在寒冷的季节，可以避免遮挡阳光，争取日照。
　　遮阳的效果除与遮阳形式有关外，还与构造设计有很大的关系，设计时要特别注意以下几点：
　　2.4.1 遮阳板面的组合与构造
　　在满足阻挡直线阳光的前提下，可以有不同板面组合的形式，应该选择对通风，采光，视野，构造和立面处理等要求更为有利的形式。为了使于热空气的散逸，并减少对通风，采光的影响，常将板面做成百页的或部分做成百页的，或中间层做成百页的。遮阳板可用铝板，轻金属或混泥土制做。
　　2.4.2 遮阳板的安装位置
　　遮阳板安装的位置对防热和通风的影响很大。例如将板面紧靠墙面布置时，受热表面加热而上升的热空气将受室外风压作用导入室内。这种情况对综合式遮阳更为严重，为了克服这个缺点，板面应该离开玻璃墙面一定的距离安装，以使大部分热空气沿着墙面排走，且应使遮阳板尽可能减少挡风，最好还能兼起导风入室作用。
　　2.4.3 材料与颜色
　　为了减轻自重，遮阳构件以采用轻质量为宜。遮阳构件经常暴露在室外，受日晒雨淋，容易损坏，因此要材料坚固耐久。如果遮阳室活动式的，又要求轻便灵活，以便调节或拆除。材料的外表面对太阳辐射热的吸收系数要小，设计时可根据上述的要求并结合实际情况来选择适宜的遮阳材料。
　　遮阳的构件的颜色对隔热效果也有影响。以安装在玻璃幕墙内侧的百叶帘为例，暗色、中间色和白色的遮阳系数分别为：86%、74%和62%。白色的比暗色的要减少24%。为了加强表面的反射,减少吸收,遮阳帘朝向阳光的一面,应为浅色发亮的颜色,而在背阳光的一面,应为较暗的无光泽颜色,以免引起眩光。
　　2.4.4 外遮阳和内遮阳
　　一般来讲，室外南向仰角45°的水平遮阳板，可轻易遮去68％的太阳辐射热。装在窗口内侧的布帘，软百页等遮阳设施，其所吸收的太阳辐射热，大部分散发给室内空气。装在外侧的遮阳板，吸收的辐射热，大部分散发给室外的空气，从而减轻了对室内温度的影响。因此采用外遮阳（遮阳板）是最好的建筑节能之道。
　　3．遮阳系统智能化设计
　　遮阳系统智能化的诸多优点被忽略，或仅仅作为楼宇的点缀而已。我们认为智能遮阳系统是建筑智能化系统不可或缺的一部分。遮阳系统为改善室内环境而设，如今一种新型的智能玻璃幕墙技术先后在德国、英国等西欧国家得到发展。
　　智能玻璃幕墙广义上包括玻璃幕墙、通风系统、空调系统环境检测系统、楼宇自动控制系统。其技术核心是一种有别与传统幕墙的特殊幕墙—热通道幕墙,它的最大特点是由内外两层幕墙之间形成一个通风换气层，由于此换气层中空气的流通或循环的作用,使内层幕墙的温度接近室内温度，减小温差因而它比传统的幕墙采暖时节约能源42%～52%，制冷时节约能源38%～60%。在空气腔中增加日光控制装置（如百叶、光反射板、热反射板等），可以同时满足建筑自然通风、自然采光的要求。另外由于双层幕墙的使用，整个幕墙的隔音效果得到了很大的提高。
　　4．结束语
　　合理的遮阳系统对玻璃幕墙建筑的艺术与技术的作用和效果，尤其是在建筑节能与智能化方面，都需要我们不断地去开发和研究。对国内外建筑遮阳技术的调研；对适用性遮阳构造方案的研究；对遮阳构造性能系数的研究；对适用遮阳系统节能软件的开发；对遮阳构造艺术性的评价将是我们以后的工作重点。
　　建筑遮阳不应该仅是一组组物理数字计算，只要合理的整合技术和艺术，就可以成为具有表现力的建筑立面要素，成为可呼吸的建筑表皮，更好的发挥其作用，来实现建筑节能。
浅谈单元式幕墙的吊装施工
北京江河幕墙股份有限公司 吴 荟

　　随着城市的建设与发展，楼宇越来越高，现已达数百米高，建筑造型越来越新，凹凸变形，内外倾斜，双曲墙面，三维屋顶，新材料种类越来越多玻璃、石材、陶瓷、复合板材品种繁多，单元式幕墙造型也越来越多。从材料上分有单元式玻璃幕，单元式石材幕，单元式金属板材幕，单元式复合材料浮雕幕，铜板幕，石材玻璃单元幕，有石材玻璃铝板幕，从单元体造型上分带玻璃翼单元式玻璃幕，带石材柱单元式玻璃幕，从墙面造型上分有垂直平面单元式幕墙，也有向内外凹凸或倾斜单元式幕墙，有平面成弧形曲面单元幕，也有立面成弧形单元幕，还有立面平面成双曲面单元幕等，从功能上讲不只是传统意义上的采光、维护的功能，目前又出现防辐射单元幕墙，节能单元幕墙，智能单元幕墙，电动开启单元幕墙，光电幕墙等。
　　由于单元式幕墙建筑大部分属高层，超高层，建筑造型新颖，堪称怪异，材料技术品种繁多，因此单元式幕墙技术含量越来越高，施工吊装难度越来越多，安全风险也越来越大的特点。
　　单元式幕墙是在工厂加工程度最高的一种类型幕墙，它具有工厂化生产，因而具有很高的质量和生产率，能最大限度的缩短工程工期，同时又可以做各种造形等特性，因此得到广泛的应用，有些人说，单元式幕墙只要工厂生产能满足要求，现场的安装不存在问题，因此很多幕墙公司很注重工厂加工的组织与管理，而对现场的安装施工比较轻视，但经过几年来的施工安装及管理中逐步意识到现场安装施工同样不可忽视，不做好吊装方案的编制选择，不认真加强施工现场组织管理，将会对工程质量安全和进度工期造成很大的影响。
　　下面就现场单元式幕墙吊装施工谈一谈几点看法及在今后的施工中应注意的一些事宜。
　　一、吊装方案编制和选择
　　技术方案是工程施工质量、安全的保障，“建筑施工，技术先行”。单元式幕墙由于建筑特点各不一样，其吊装方法不可能千篇一律，要搞好单元式幕墙施工，必须首先编制和钻研好施工吊装方案。不同的建筑有着不同的吊装方案，不同的部位有着不同的吊装方法。
　　1．方案编制和选择原则
吊装方案偏制选择原则“安全可靠，科学合理，经济实用”。
　　2．编制方法
　　（1）认真熟悉施工图了解工程特点难点。
　　（2）勘察施工现场了解工程施工环境。
　　（3）合理选择施工吊装机械设备。
　　（4）认真进行设备安全结构计算及施工措施安全计算。
　　（5）科学进行施工布置，保证施工段划分合理，施工顺序安排符合安装程序和工艺要求。
　　（6）方案措施应具有针对性，适用性，安全可靠性。
　　（7）方案编制必须针对工程特点、难点，将各种工况均应一一分析预测，详细分析预测各种工况下的利弊，对多个方案措施的应予科学保证，比较分析，择优选定，保证方案：科学合理，安全可靠，经济实用。
　　二、单元板块主要吊装方案及设备
　　1．环形轨道梁（配合电动葫芦）
　　方案及设备原理主要在建筑外围立面的起吊楼层，挑出型钢梁，在梁下安装工字钢单梁环形轨道，在轨道上吊挂电动葫芦，以解决单元板块垂直提升和水平移动，满足单元板块吊装施工。
　　方案适用范围：对于一个楼宇项目比较方正，高度不太高，主体结构四周道路不通，每个立面不能到达指定位置，如有这种情况可以采用此种方式。其优点就是，能解决单元板块在主体结构周围的场内运输问题，缺点成本较高，效率不是很高，灵活性较差。
　　2．钢索轨道式
　　此方案是对环形轨道梁的改进，主要是解决单元板块的垂直运输问题，即解决在垂直运输过程中单元板块的平衡、摆动，有效的防止单元板块在吊装过程中，单元板块突然坠落，缩小落地范围。从而提高施工过程中的安全性。此方案特别适用于超高层建筑的吊装。目前在中石油大厦工地被广泛采用，效果很好。
　　3．活动小吊车
　　方案及设备工程原理：材料采用槽钢、工字钢、角钢、自行加工的一种简易活动小吊车，原理近似于小吊车，主要由机座、卷扬机、配重、承重车轮及起重臂，拉杆定滑轮组成。用卷扬机作为起重机械，能提升重物满足单元板块吊装施工。特点构造简单，安全合理，使用方便灵活，可以移动吊装，拆装方便，可以重复使用，经济实用。缺点只能做升降起重不能做变辐吊装。
　　该方案及设备适用范围：一般小于3吨以下的单元板块垂直运输和板装安装。多数用于垂直墙面幕墙板块装吊。
　　4．卷扬机与定滑轮吊装
　　方案原理，用卷扬机做升降起重设备，定滑轮做起重钢索导向，使单元板块径过卷扬机和定滑轮，使其运吊至安装部位。方案特点：构造简单，设备轻，经济实用。
　　该方案适用范围对于一个那些楼的立面变化比较多，阴阳角较多的情况，楼的四周能形成回路，每个面的单元组件都能通过二次倒运可以到达指定位置，优点比轨道式效率高，缺点定向滑轮移动锚固较为麻烦。
　　5．固定悬臂吊
　　方案原理：由固定起重悬臂，小跑车、卷扬机、平衡臂配置及机身机座组成。起重升降由卷扬机承担；起重水平移动由悬臂上的小跑车做变幅起吊移动。
　　该固定悬臂吊特点，起重臂长可达20～50m，适合于高层，超高层建筑塔楼幕墙单元板块的垂直运输和材料转运。幕墙施工时多用于垂直运输。如悬臂设计成可旋转机身，该吊车便成为旋转悬臂吊，它可广泛适用于单元式幕墙板块安装和钢结构吊装施工及材料现场水平转移和垂直运输。但旋转悬臂吊必须安装在建筑屋顶上。
　　该方案起重量可达2～3吨，起重提升高度可达200～400m，安全可靠，操作简便。缺点，成本价格较高，但低于塔吊起重台班价，目前采用的较少。
　　6．手动葫芦，紧伐器
　　手动葫芦适用于单元板块安装时的升降调整。优点：使用方便省力，安全可靠。紧线器主要用于单元板块左右方向，板块竖缝的安装调整特点使用轻便安全实用。
　　7．其它设备
　　如塔吊，汽车吊等也有时做为施工现场临时选用的吊装设备之一。塔吊、汽车吊由于台班费高，一般工程均用于个别部位、抢工期时临时采用以及安全风险大的少量工程的单元板块吊装。
　　三、单元式幕墙吊装设计及生产加工
　　单元式幕墙由于造型多变，单元板块尺寸越来越大，重量越来越重，有的单元板块宽2m长5至6m，单元板块重达2.5～3吨，这给单元式幕墙吊装施工带来越来越多的安全风险。为了保证单元板块吊装质量安全，单元式幕墙在设计加工必须注意以下事宜：
　　1．设计考虑
　　设计必须考虑板块吊装施工安全，施工技术可行，板块吊装不变形，不掉落。因此，设计必须解决好以下工作。
　　（1）单元板块的整体结构的牢固，刚度保证不变形，又要考虑既安全又经济。
　　（2）正确确定单位板块吊装位置和吊装的安全强度和吊装板块的重心。
　　（3）便于施工安全方便施工质量能够保证。
　　（4）合理设计施工升降机及塔吊位置后浇带，沉降缝、抗震缝部位的单元板块的收边收口满足施工工艺要求和质量要求。
　　（5）单元板块编号必须符合施工段划分，施工顺序的安排，施工工艺要求目前为施工统计，大家普遍采用单元体立面图编号标识。有很多公司只是每个面按顺序编号标识或有一个面相同的型号的单元组件为一个编号，这样不能充分的调整，特别是多个面同时施工时，此种做法的缺点最为突出，因此建议整栋项目相同规格的单元组件编号相同这样可以大大提高单元组件的互换性，提高工作效率。
　　（6）单元板块互换性，单元板块的安装是相互对插按顺序依次安装，不能在非收口位置进行空缺后补，因此就要求单元板块吊装的连续性，如果在安装过程中出现损坏或其他的原因，单元板块无法安装时，如果我们设计的单元板块具有很高的互换性，就大大减少因某一个单元板块的原因从而影响整个面或整个层的安装，因此此项工作必须要从刚设计时就抓起，单元板块的分格尺寸要尽量少，要具有很强的互换性，这样会使在现场施工时具有很强的连续性。
　　2．加工生产
　　一般为将单元板块水平放在一个安装平台上，其玻璃石材均在水平面上进行施工，当板块吊装时，常出现玻璃、石材下坠，造成单元板块松动变形，漏水。为此，单元板块加工时应在工艺上考虑并消除板块吊装变形，做好板块加工预控变形控制。加工时必须保证板块吊点，吊耳焊缝强度安全可靠，万无一失。吊点吊耳必须在工厂加工设置严禁现场临时增设，或找简便方法应付吊装。
　　四、单元式幕墙吊装与现场施工
　　1．单元式幕墙的收口位置的预留
　　在单元式幕墙的施工安装时，应该对现场的实际情况进行充分的了解，主要是室外电梯的位置、塔吊的位置、变形缝（沉降缝）阴阳角等。同时，单元式幕墙与构件式幕墙的交接部位等。对他们的搭拆时间，施工的先后顺序必须清楚。
　　单元式幕墙吊装主要是一种公母料的对接，对最前一块单元板块的安装必须考虑它的安装方案，目前业内主要有两种方案，一是收口单元式采用特殊设计，不采用对接方式，因此种方式成本较高（增加模具）。二加一收口方式是目前广泛被采用的施工方法，即收口部位预留至少三块单元板块的位置，收口时两单元组件平推进入空位，再从上而下插最后一单元组件，然后再调整三个单元组件的缝隙，对于收口位置的选择，我们一般会选择在室外用施工电梯处、搭吊处、单元式与构件式幕墙相接处，因此施工前对施工现场的环境与布置应该进行充分的了解。
　　2．合理施工段的划分
　　（1）对于一个项目具有很方正，高度较高，主体结构造型没有很大的变化的项目，最好采用，分几段（如2～15，16～30等）同时再每一个面为一个批次。
　　（2）对于一个项目，立面变化复杂，高度不高，应按每一个面进行分批。每个批次最好为低于500个单元板块以下，这样不但有利于各种材料的组织，同时可以减少资金的占用率，加快资金的周转。
　　3．重视样板层安装
　　一个单元板块的设计到安装过程中，会有这样那样的问题，例如，转接件与挂件的调整范围，公母料的配合，胶条的密封与否，组装工艺的难度等等，都能通过做首样板来发现，在大面积施工时将问题解决掉，对样板要进行各部门的总结，组织在一起进行商讨，提出改进办法，朝向更容易加工、运输、安装的方面进行改进。
　　单元式幕墙的安装施工是一个比较讲究科学组织管理的过程，如果现场组织的不合理，将会造成很大的被动，想安装时单元板块生产不出来，而生产出来的单元板块又是安装不上等等。因此作为一个项目的管理者，应该从设计就开始进行统筹规划，对设计分格、节点进行指导，对现场的各种分项工程的进度，平面布置都应充分的详细了解，对公司内部的组织安排要提出合理的要求，避免过多的积压与供应不及时的现象发生，同时积极的与业主、总包进行沟通，征求他们的意见，做好批次的划分，使安装的过程连续、平稳、高效。
　　五、单元式幕墙吊装施工安全管理
　　幕墙施工的安装是临边、高空作业，本身就十分的危险，单元式幕墙的吊装就是危险中的危险，因此我们做好各种吊装方案的同时必须做好安全防护措施，这是我们做好吊装方案的最为重要的工作。必须引起我们这些施工管理者的高度重视。
　　以下几项工作是我们必须认真落实并严格执行的：
　　一是认真偏制和选择好安全、可靠的吊装方案。
　　二是做好吊装设备，结构安全计算及施工措施安全计算。
　　三是建立健全安全施工保障体系及管理制度，严格执行安全技术法规。
　　四是做好安装后，拆除安全技术交底。
　　五是起重司、指挥员（信号员）必须经过正规的培训并且是持证上岗。
　　六是设备安装后，必须经过空载、承载、超载、净载和动载试运行试验，及冲击试验，经试验合格签认后，方可使用。
　　七是设备必须设在专人定期和不定期维护修理和管理。
　　对于单元式幕墙的施工，我们不但要重视加工厂的组织安排，同样也要重视现场的施工组织与管理，只有加工厂的加工与现场的安装这两项工作配合好、公司内部各部门的协作组织有序、统一的协调安排，才能使单元式幕墙的施工按计划保质、保量的按期完成。因此我们不能忽视任何一方面的工作，否则，现场的施工不会顺利地进行，整个工程的进度和质量都不会达到预期的效果。
曲面玻璃幕墙建设新法——冷弯成形法
美国纽约Front Inc. 高级幕墙顾问 孙立雄

　　众所周知，但凡遇到曲面玻璃幕墙，设计师一般都会考虑两种方法去实现曲面：玻璃热弯法和折线拟合法。
　　玻璃热弯法，就是把玻璃在工厂高温弯成组成曲面所需的形状，同时铝或钢龙骨也拉弯成相应弧形。其优点是幕墙曲面整体外形流畅美观，不足之处是玻璃的热弯处理使得造价增加不少，尤其当玻璃是中空、夹胶或中空夹胶玻璃时。如果曲面复杂又不规则，更会使得成本和难度大幅增加。例如巴黎的Publicis Drugstore（图1），其复杂而又不规则的玻璃幕墙曲面使得每一片弧形玻璃板块都需要制作一个热弯模具，成本和难度都较高。
　　折线拟合法，就是用平板玻璃来拟合幕墙曲面，成本不高但对于某些工程曲面效果不理想，棱角分明，不能实现建筑师的意图。如果是双曲面幕墙，有时还需将板块划分成三角形。
　　除上述两种方法外，还有一种新的方法，笔者称之为冷弯安装法，就是利用平板玻璃本身具备一定弹性可弯曲的特点，让工厂加工好的平玻璃板块在工地现场安装时人工合理压弯安装就位，通过多块平板玻璃的压弯扭曲变形而达到拟合幕墙曲面的效果。安装完成的板块内部，包括玻璃和型材都存在容许的内应力。该方法形成的曲面效果介于热弯法和折线拟合法之间。
　　由建筑大师Frank Gehry设计、位于纽约曼哈顿的InterActiveCorp大楼就是开拓和尝试这种方法的典范（见图2～4）。10层楼高的IAC大楼象迎风翻滚的船帆屹立在Hudson河边，其复杂的曲面幕墙加上玻璃上浮云般极具特
　　色的彩釉图案，使得该大楼十分引人注目。Frank Gehry以钛和不锈钢板设计复杂联合体建筑而闻名，但在该工程的建设的过程中，却没有料到利用玻璃实现曲面有这么大的难度。2541块不同的玻璃需要2541个不同的模具进行高温热弯，这在人工昂贵的美国是难以想像的，足以让建筑师不得不考虑改变方案。然而经过探索，幕墙承建商Permasteelisa最后采用了这个简单的方法：利用玻璃的弹性薄板可弯曲的特性，在自然状态下将弯曲玻璃到不至于破裂的程度。通过验证，最后将4.26m左右高的6+12A+6+2.28PVB+6mm的玻璃单元式板块弯曲了100mm。这个数字看起来好像很小，但已经能够满足该建筑曲面的要求了。在设计过程中，设计师采用CATIA三维软件精确模拟所有板块和连接点，在施工时准确定位所有连接点，使得玻璃板块可以互相冷弯插接。现在该工程幕墙已经完工，整体效果也还不错。虽然有玻璃破裂，但并非由该玻璃冷弯方案造成，因此只要精心设计和施工，同样可以实现建筑师的构想。
　　这一方法并非意味着野蛮施工，而是需要更加精心的设计、计算和策划。当幕墙采用单元式系统时，连接支座的位置精度将十分重要，当板块三点就位后再弯曲第一点就位，达到曲面拟合。如果采用框架式幕墙时，龙骨可预先在工厂拉弯，安装完龙骨后再现场弯曲玻璃板块就位。
　　总而言之，玻璃冷弯方法为建设曲面幕墙采用四边形拟合开拓了新的思路，虽然幕墙建完后的效果比热弯玻璃组合的效果逊色些，但比平玻璃折线拟合的效果要好不少，也使得某些板块可以不需要分割成三角形。在减少玻璃热弯的成本的同时，该方法对设计的要求会有所增加，设计时，务必计算确认玻璃和型材的因曲翘而产生的内应力加上外部荷载仍在安全允许范围内，切勿盲目使用，以免留下安全隐患或造成事故。
　　每个曲面工程都有其特色，需具体工程具体分析，选择适合于该工程的建设方法，本文只是提供一个新的思路供大家参考。
真 空 玻 璃 双 层 幕 墙
建设部幕墙门窗标准化技术委员会专家组长

中国建筑装饰协会幕墙工程委员会专家组专家
　　【摘 要】本文探讨了真空玻璃双层幕墙的结构、特点，强度、刚度及热通道的热阻，估算了真空玻璃双层幕墙传热系数比传统的中空玻璃双层幕墙降低约40%，提升了双层幕墙性能，而成本与传统的中空玻璃双层幕墙相近，是我国首次研发的性价比优异的新型节能双层幕墙。
　　【关键词】真空玻璃双层幕墙 热通道的热阻 内层幕墙强度 刚度

　　前 言
　　建设部副部长仇保兴在“加强住宅技术创新，建设高品质住宅研讨会”上的讲话中强调：“建设高品质建筑和住宅要自主创新与引进消化吸收再创新相结合”。中国的建筑技术，有着悠久的历史和传统，也出现过令国人骄傲的建筑大师。我国许多高精尖技术可以在国际上引以为豪，而在并不复杂的住宅基础技术领域，拥有完全自主知识产权的却不多。所以，要鼓励自主创新，拥有完全知识产权。当然，狭隘的闭关自守也是不可取的，要两者很好结合，在充分吸收和消化国外先进技术的基础上进行再创新，依靠自己的力量、技术和资源，开发出具有自主知识产权、适宜广泛推广应用的建筑技术、材料及其部品。
　　建设部仇保兴副部长在《中国建筑节能与模式创新》报告中有这样论述：“建筑综合症，迫使发达国家不约而同地选择绿色建筑，而当前人们对绿色建筑存在认识误区。”“绿色建筑不是昂贵的建筑，不是形式呆板的建筑，不仅仅是有绿化的建筑，也不等于高科技建筑，它的本质是气候适应性建筑，”“南方地区外遮阳、通风和严格控制单层玻璃幕墙和大型落地窗面积应成为节能基本手段。”
　　上海市建设交通委副主任孙建平不久前表示，经过多年的试点和推进，上海建筑节能工作从无到有，从试点到全面推开，实现了“三大突破”。“在加强领导的同时，上海市还从政策、资金和技术等方面入手，着力抓好建筑节能工作。在政策上，对利用节能产品和技术的建筑工程实行政策倾斜。 比如对于达到节能标准的双层呼吸式玻璃幕墙的新型建筑结构设计，允许突破该市关于玻璃幕墙建筑在内环线以内不得建造的规定；对于采用外墙外保温系统的建筑，其增加的外墙面积不记入容积率和建筑密度计算范围。”
　　学习上述领导讲话，结合目前我国幕墙行业发展现况，作为一名幕墙技术工作者，既受到鼓舞，也深感忧虑：双层幕墙1998年引入我国，目前己建50多座，有成功案例,但令人满意的工程不多，究其原因在于盲目设计、简单照搬国外寒带国家的一些技术，施工质量不高，没有抓住双层幕墙是“气候适应性”外围护结构的本质，结合中国气候特点研究和自主创新很不够。双层幕墙的发展不能照搬国外或国外某公司的结构，而要学习、消化国外的技术，结合中国地理、气候、环境，根据我国开发适应我国“寒冷、严寒、夏热冬冷、夏热冬暖气候”的特点，四个地区的节能、舒适、经济的性价比优异的双层幕墙，这是双层幕墙健康发展的当务之急。
　　在本人发表《双层幕墙的发展在中国! 漫谈双层幕墙的几个热点》后，兹特撰写了《真空玻璃双层幕墙》一文，以期性价比优异的新型节能幕墙作为开发适应我国国情和气候的双层幕墙的一种尝试。
　　双层幕墙有其长处：双层幕墙不仅仅起到划分空间的作用，同时也是建筑内外能量交换的媒介。建筑立面的双层幕墙结构在建筑与周围生态环境之间建立一个缓冲区域，既可以在一定程度上防止各种极端气候条件变化的影响，又可以促进使用者所需要的各种微气候调节手段的效果，为建筑系统提供良好的微气候环境，尽量满足使用者的各种生物舒适要求。双层幕墙设计和节能概念的结合最终体现在结构的保温、遮阳、隔热、舒适设计以及太阳能利用上，在注重能量动态平衡的同时追求内部空间的舒适性。把生态节能，太阳能利用，人的舒适度等功能有机地结合，使双层幕墙设计因生态功能而精彩。双层幕墙与单层幕墙相比,除了节能这一性能之外,有些性能是单层幕墙不能达到或很难达到的,例如:高层建筑的自然通风;高性能隔声;室内舒适度等,双层幕墙是智能幕墙的基础。建筑物选用双层幕墙要因时、因地、因需要、因经济等诸因素综合而定。双层幕墙作为新型外围护结构,还在成熟和发展之中。
　　双层结构幕墙在欧洲应用较多，研究比较细，各国及各公司都有自己的优点和特点，例如：德国对外循环体系的双层结构幕墙的应用和经验较多，意大利和英国对外循环体系的双层结构幕墙的应用和经验较多，法国对双层结构幕墙应用於旧楼改造和经验较多，即使在德国各公司，例如旭格、加特纳、维可纳等公司都各自有优点和特点。中国的地理、环境、条件、国情等和国外及欧洲有很大不同，我国大部分地区冬寒夏热，与世界同纬度地区相比，一月份平均气温，我国东北地区约低14℃，黄河中下游地区约低10℃，长江以南地区约低8℃，东南沿海约低5℃。而七月份的平均气温，我国绝大多数地区却要比世界同纬度地区高出1.3～2.5℃。加之，热天我国整个东部地区湿度都较高，使人更感难受。不仅如此，冷和热的时间相当漫长，以北京为例，日平均气温低于10℃的冬季，一年平均有158天；高于22℃的夏季，一年平均有98天；冬季和夏季的时间加起来，一共长达8个半月。双层幕墙既要适合我国气候特点、不能照搬国外或国外某公司的结构，而要学习、消化国外的技术,结合中国地理、气候、环境，根据我国气候特点，开发适应我国“寒冷、严寒、夏热冬冷、夏热冬暖”四个地区的节能、舒适、经济的性价比优异的双层幕墙，真空玻璃双层幕墙就是其中一例。
　　真空玻璃与普通玻璃和中空玻璃相比有着种种优势，但因技术性等问题，如今世界上仅日本和中国拥有生产线。据悉韩国、法国、丹麦等国也在研制真空玻璃，但目前尚未达到工业化生产水平。我国成为世界上第二个拥有真空玻璃生产产业化技术的国家。把真空玻璃技术和双层幕墙结构有机地结合，结合中国国情和气候特点开发的真空玻璃双层幕墙是我国具有自主知识产杈的性价比优异的双层幕墙。
　　一、什么是真空玻璃双层幕墙
　　真空玻璃双层幕墙就是把原有外循环体系的双层幕墙的内层幕墙的中空玻璃幕墙改成真空玻璃的一种新型的双层幕墙。如图1：
　　外层为单片钢化玻璃，内层是目前已商品化生产的标准真空玻璃：4mm Low-E白玻+0.15m真空层+4mm白玻，代号为（4L+0.15V+4）。
　　二、为什么要开发真空玻璃双层幕墙
　　1．真空玻璃热工性能明显优于中空玻璃
　　由于真空玻璃和中空玻璃的传热机理不同（见图2），真空玻璃比中空玻璃传热系数低，（见表1）。双层幕墙的内层幕墙的采用真空玻璃，可明显降低双层幕墙的传热系数，提高双层幕墙的热工小真空玻璃性能，进一步提高双层幕墙的节能效果和建筑物室内的热舒适度，增强隔声效果，整体提升双层幕墙的的综合性能。真空玻璃在保温、隔热、隔声、防结露、抗风压等方面都有着优异的表现，特别是在保温、隔热方面，约8mm厚的真空玻璃可相当于0.81m厚重砂浆砌红砖墙的保温隔热效果。
　　2．夏季双层幕墙热通道的烟囱效应
　　必须使双层幕墙热通道的温度高於空外温度，对内层玻璃书一幕墙的热工性能提出了更严格要求，内层为中空玻璃的双层幕墙往往在夏季的节能性和舒适性很难述达到要求。真空玻璃无空气对流及导热，双层幕墙的内层幕墙的采用真空玻璃将缓解这一难题，改善双层幕墙这一弱点。
　　3．真空玻璃用于内墙可以直接采用标准真空玻璃
　　即由浮法玻璃或半钢化玻璃制成的标准真空玻璃，而无需在真空玻璃内、外两侧套钢化玻璃的中空真空的组合真空玻璃。真空玻璃置入了吸气剂，用南玻提供的辐射率为0.11的离线硬膜镀膜玻璃与一片白玻制成的标准真空玻璃（4 L +0.15V+4）,经国家建筑工程质量监督检验中心测试,K值为0.9 Wm-2K-1，与理论计算值0.86 Wm-2K-1相符；用此标准真空玻璃与一片5mm钢玻合中空制成组合真空玻璃（4 L +0.15V+4+12 A +5），K值可达到0.74 Wm-2K-1，都达到国外所谓超级玻璃（Super Windows）水平。这将使真空玻璃的使用价格与中空玻璃相当，提高双层幕墙的性价比。
　　4．真空玻璃封边采用无机钎料
　　在封边过程中经过450℃以上的高温烘烤，其密封寿命一般比中空玻璃胶料封边长，真空玻璃使用寿命现已能达到20年以上，这也将明显提高双层幕墙全寿命周期的性能比。（见图3）
　　三、双层幕墙热通道辐射导热系数、空气导热系数估算
　　1．双层幕墙热通道辐射导热系数hr按下式估算
　　式中：σ——斯蒂芬-波尔兹曼常数， ε1和ε2——两表面在平均绝对温度Tm下的校正发射率。
　　2．双层幕墙热通道的气体导热系数hg由下式估算
　　式中：u—努塞尔准数
　　s ——气体层的厚度，m ，
λ——气体导热率，W/（m.K），
　　3．塞尔准数Nu由下式给出
　　式中：u—努塞尔准数
　　A——常数；
　　Gr——格拉晓夫准数；
　　Pr——普朗特准数；
　　n ——幂指数。
　　对于：垂直空间，其中A=0.035,n=0.38；
　　如果Nu<1,则将Nu取为1。
　　4．格拉晓夫准数由下式计算
　　5．普朗特准数由下式计算
　　式中：△T ——双层幕墙热通道前后玻璃表面的温度差，/（㎏.K），c =1.008×103J/（㎏.K）；
　　Tm ——气体平均温度，K，。
　　6．冬季为例估算
　　（1）基本的参考值：
　　ε1和ε2——热通道外、内玻璃两表面在平均绝对温度Tm 下的校正发射率。ε1=0.837，ε2=0.114
　　Tm ——气体平均温度，K，冬季Tm =276 K，夏季Tm =302 K。
　　斯蒂芬-波尔兹曼常数σ=5.67×10-8
　　热通道宽（气体厚度）S=0.6m
　　玻璃表面温度差 △T＝6K；
　　（2）气体特性：
　　A 导热率[W/（m•K）] λ=2.336×10-2
　　B 密度ρ（kg/m3）；ρ=1.326
　　C 动态黏度μ[kg（m•s）] μ=1.661×10-5
　　D 比热c[J/ （kg•K）] C=1.008×105
　　下表为《玻璃应用技术规程（JGJ133-2003）》表D.0.3
　　（3）努塞尔准数Nu的计算：垂直空间，其中A=0.035，n=0.38；Nu= = ＝0.035×<1 W/（㎡.K），取1 W/（㎡.K）
　　（4）热通道气体导热系数hg计算：
　　=1×
　　 =0.04W/（㎡.K）
　　（5）热通道的辐射导热系数hr计算：
　　式中：ε1和ε2——热通道外、内玻璃两表面在平均绝