有关幕墙设计在建筑设计论文

、建筑节能在整个节能工作中占有极其重要的地位。我们知道建筑能耗在社会整个能源消耗中占到30%以上，建筑节能工作的好坏直接影响到整个节能工作特别是现有的许多大型公共建筑，数量特别巨大，能耗特别严重。目前，中国每年竣工的各类建筑的建筑面积约为20亿平方米，其中公共建筑约为4亿平方米。年初，建设部、国家发展改革委员会、财政部、监察部、审计署联合发布《关于加强大型公共建筑工程建设管理的若干意见》，要求新建大型公共建筑必须严格执行《公共建筑节能设计标准》和有关的建筑节能强制性标准，建设单位要按照相应的建筑节能标准委托工程项目的规划设计，项目建成后应经建筑能效专项测评，凡达不到工程建设节能强制性标准的，有关部门不得办理竣工验收备案手续。当今，绝大多数公共建筑有一个共性，就是采暖能耗、空调能耗特别高。在公共建筑全年能耗中，大约60%消耗于采暖和空调，而其中的20～50%由外围护结构传热所消耗。在围护结构方面，由于此类建筑大多数都要求具有良好的自然采光，因而，玻璃门窗设计得尺寸很大，窗墙比很高，或干脆设计成玻璃幕墙结构。玻璃与其优良的透光性能和特殊的质感在建筑上的运用是其它材料无法替代的。长久以来，由于玻璃材料本身的特性造成了玻璃自身的保温隔热性能差，不能满足现代建筑所要求的节能和舒适的要求。特别是那些大面积采用玻璃幕墙的大型公共建筑，过去，由于使用了不节能的普通钢化玻璃或普通中空玻璃制作幕墙，该部分建筑的能耗特别高，而且冬冷夏热很不舒适。随着玻璃深加工技术的发展，各种各样的节能玻璃象雨后春笋一样蓬勃发展。真空玻璃的出现超越了以往所有的节能玻璃品种，标志着真空玻璃节能时代即将到来。二、真空玻璃的基本结构真空玻璃是一种保温、隔声性能非常突出的高新技术产品真空玻璃是由两块平板玻璃，中间由微小支撑物将其隔开，玻璃四周用玻璃钎焊料封边，通过抽气口抽真空，然后封接抽气口保持真空层的一种结构。为了长久保持真空度，延长真空玻璃寿命，新立基公司生产的真空玻璃在真空腔内还放置了吸气剂。微小支撑物是外径，厚度 mm的金属环，由于体积微小，对人的视觉和玻璃的光学性能几乎没有影响。真空玻璃的保温原理和结构与保温瓶极为相似，建筑上使用真空玻璃就好象把建筑罩在一个巨大的保温瓶中，保温节能效果可想而知。三、真空玻璃的保温性能Low-E中空玻璃是目前市场上运用较为普遍、节能效果也很好的玻璃品种中空玻璃利用了空气导热系数低的特点。从传热学上讲空气虽然导热系数较小，但毕竟是要进行热传导，其它气体包括惰性气体也一样。中空玻璃由于存在着较大的空气传导热量，使得使用Low-E玻璃降低辐射热的最终保温隔热效果大为降低。只有真空状态才能消除热传导，使玻璃的综合传热性能优势充分发挥出来。常规真空玻璃产品系列中的真空玻璃保温。最好的Low-E中空玻璃和充氩气的Low-E中空玻璃的保温。通过对比真空玻璃和中空玻璃不难得出下述结论：1、真空玻璃热导随着所用原片的有效发射率的降低而迅速降低，中空玻璃热导降低的并不明显。2、如果Low-E玻璃发射率做得很低，比如以下，辐射热导到了几乎可以忽略的地步，此时再降低Low-E玻璃发射率对中空玻璃来讲意义已经不大，但真空玻璃传热系数可以做到，而充空气的中空玻璃传热系数只能做到，充氩气的中空玻璃传热系数只能做到 W/、就传热系数K值而言，真空玻璃K值只有充空气中空玻璃的三分之一，充氩气中空玻璃的二分之一，在不考虑太阳光辐射的情况下，比如，夜晚，真空玻璃比充空气的中空玻璃节能近70%，比充氩气的中空玻璃节能50%.4、在辐射热导可以忽略的情况下，真空玻璃热导的主要来源是支撑物热导，随着科学技术的进步，有望进一步降低该数值，比如在玻璃强度提高的情况下，减小支撑物直径或增大支撑物的间距都有望大幅度减小热导；充空气（或氩气）的中空玻璃热导的主要来源是气体对流传热和气体导热，为（或） W/，该数值不可能再有下降。从发展的观点来看，在保温性能上真空玻璃将超越中空玻璃（或充氩气的中空玻璃）更多。5、由于真空玻璃的厚度通常只有中空玻璃厚度的一半，因此，真空玻璃的表观导热系数更显著地小于中空玻璃的表观导热系数。真空玻璃可以使用三块玻璃制成双真空层的真空玻璃，热阻增加一倍，热导降低一倍，而厚度在单真空层真空玻璃厚度的基础上只增加4mm，比中空玻璃还是薄。可以说在保温性能上，现阶段真空玻璃已经大大超越了中空玻璃，将来会超越得更多。四、真空玻璃的光学性能和隔热常规真空玻璃由两片玻璃组成，真空间隔层对太阳光谱是通透的，间隔层支撑物很小新立基公司所用支撑物为环形金属片，外径只有，高度约，即使按圆柱形考虑，每平方米约1600个支撑物对辐射的遮挡面积只有：1600×π×（m2），约占玻璃总面积的万分之三，故支撑物对辐射的遮挡作用可以忽略。我们知道，建筑上的传热除了要考虑温差因素引起的传热外，还要考虑太阳辐射因素。太阳辐射透过玻璃的能量与玻璃光学特性有直接关系。最重要的就是要考虑得热系数SHGC（太阳能总透射比）。严寒地区冬季寒冷，夏季凉爽，应多考虑冬季阳光的射入，以减少取暖热耗，选用得热系数大的真空玻璃对节能更为有利；夏热冬暖地区，夏季阳光强烈，气候炎热，冬季温暖，应多考虑遮阳，减少阳光的射入以节约制冷能耗，选用得热系数小的真空玻璃更为合理。五、真空玻璃工程实例1.天恒大厦工程天恒大厦2005年6月落成，位于北京东直门立交桥东南角，地上22层，地下4层，建筑高度89米，总建筑面积57000平方米，是一座具有5A智能系统的高级写字楼。 天恒大厦北侧有一面横隐框竖明框玻璃幕墙，西北角是一面横明框竖隐框，向内与垂直面倾斜15°的三角形玻璃幕墙。幕墙设计和施工单位是江苏省建伟幕墙装饰工程有限公司，两面幕墙所用玻璃全部是新立基公司提供的真空玻璃。玻璃最大尺寸为1985×1161mm（矩形），其西北角幕墙由于是三角形立面，所用玻璃很大部分是异形（梯形和三角形）。两面玻璃幕墙总面积约7000平方米，共用去真空玻璃3365块，合4848平方米。另外，大厦各种窗户所用玻璃也全部是新立基公司提供的真空玻璃。窗面积约2500平方米，用真空玻璃共用去1636块，合1540平方米。天恒大厦玻璃的传热系数（K值）和空气计权隔声量经国家建筑工程质量监督中心检测，A结构真空玻璃K值=，B结构真空玻璃K值= w/结构真空玻璃空气计权隔声量Rw=36dB.天恒大厦幕墙玻璃采用FB双面复合中空的做法，除了能够使K值在NL真空玻璃的基础上进一步提高外，主要考虑了幕墙抗风压和人身安全方面的要求。与室内外空气接触的玻璃采用两块6 mm钢化玻璃，有效地承受了正负风荷载，室内钢化玻璃还有效防止了人的身体对玻璃的冲击可能引起的伤害并保护了玻璃的真空部分。2.清华大学超低能耗示范楼工程清华大学超低能耗示范楼落成于2005年3月，是北京市科委重点科研和“奥运科技专项”项目。该项目还是国家“十五”科技攻关项目“绿色建筑关键技术研究”的技术集成平台，用于展示和实验各种低能耗、生态化、人性化的建筑形式及先进的技术产品。超低能耗示范楼座落于清华大学校园东区，总建筑面积 2930m2，地下一层，地上四层。新立基公司的真空玻璃产品用于南立面幕墙玻璃和西面、北面的门窗玻璃。该工程幕墙部分共使用真空玻璃72块，合计74m2，最大玻璃尺寸为1982×1200mm；门窗部分共使用真空玻璃92块，合计50m2，最大玻璃尺寸为1356×964mm.幕墙设计施工单位是深圳市方大装饰工程有限公司，门窗制造和安装单位是日本YKKAP公司。玻璃结构见图3幕墙玻璃K值= w/，门窗玻璃由于在中空层玻璃上用一块低辐射镀膜玻璃代替了普通钢化玻璃，使得K值= w/.幕墙玻璃考虑到面积较大和承受正负风荷载的影响，内外两面均为钢化玻璃。门窗面积较小，除室内考虑人身可能的冲击使用5mm钢化玻璃外，朝向室外的玻璃未使用钢化玻璃。由于该幕墙为隐框幕墙，玻璃面积大，玻璃的自重和风压等荷载较大。六、节能效果试验和分析1、真空玻璃节能试验2003年冬季，在建筑科学院的协助下，进行了真空玻璃冬季节能效果试验。结果表明真空玻璃与中空玻璃相比有非常明显的节能效果。该试验所用真空玻璃为新立基公司的产品，当时常规真空玻璃的K值为，复合真空玻璃的K值为试验是在北京市马家堡选用的两个同样户型、面积、朝向，同一层相邻的两户新建单元房501、502室中进行。该户型的南向房间建筑面积，北向房间为.外墙为240mm，砖墙加60mm厚聚苯夹心石膏板保温。实验过程是502户的南北钢窗保持原样，仅把501户南北钢窗拆下，换成塑钢窗。这就形成501塑钢窗与502单玻钢窗（南向），双玻窗（北向）的对比试验。试验期间塑钢窗按需更换，分别为中空玻璃（N4+A9+N4），常规真空玻璃（N3+V+L4 ）、复合真空玻璃（N3+V+L4+A9+N3）。试验的测量元件采用热流计和铜—康铜热电偶测温元件。测量元件布置在窗玻璃、窗框、阳台门肚板和房间的各内外墙上，通过BXSCC-1型便携式数据采集和处理系统，每小时检测一次。试验从2002年12月11日开始采集，至2003年元月9日为止，共取得22昼夜实测数据。试验期间，南向阳台门窗户全部打开，使试验窗直接面临室外气候。房间房门关闭，室内供暖没有控制。试验遇到北京多年未遇寒冷天气，连续几天下雪阴天，曾测量到日平均气温℃。日最低气温达℃的严寒天气。针对上述气候状况，采用南向有阳光，北向无阳光和阴天三种工况来统计试验结果。试验大部分时间室外的平均气温低于节能规范，即北京地区采暖期间室外日平均气温为℃。2、天恒大厦节能效果分析以天恒大厦为例，假设该大厦分别采用白玻、普通中空玻璃、热反射玻璃、热反射中空玻璃、Low-E中空玻璃、标准真空玻璃组合双中空六种情况，进行耗能比较。并对真空玻璃节能经济效益作估算。以国内某玻璃企业生产的白玻、普通中空玻璃、热反射玻璃、热反射中空玻璃、Low-E中空玻璃和新立基公司为天恒大厦生产的真空玻璃参数为根据进行计算。公务员之家结论（1）从全年节能来分析，复合真空玻璃比其它玻璃节能，最低的达28%，最高可达72%.（2）北京属于寒冷地区，冬季复合真空充分发挥了节能优势。但夏天节能却不如热反射中空玻璃，其原因是真空玻璃的遮蔽系数较高，但降低其遮蔽系数又会影响室内采光和冬季太阳辐射进热。遮蔽系数应取合适值。从全年节能来看复合真空比热反射中空节能36%.（3）与其它各种玻璃比较，采用复合真空，可节能、省电、节省电费开支，最低62万元/年，最高424万元/年，经济效益十分明显。同时由于节能，可节省发电燃煤，减少环境污染，保护地球，造福人类。（4）由于节省能源费用，对于单片玻璃，使用真空玻璃当年即可收回投资，即使对于Low-E中空2年内也可基本收回多付出的投资成本。七、结束语天恒和清华工程分别落成于2005年9月和2005年3月，为两个工程提供的真空玻璃的生产时间是在2004年下半年。事实上，新立基公司真空玻璃的生产技术在这两年里又有了新的发展，产品质量也有了很大的提高。第一，Low-E玻璃作为生产真空玻璃的原片，质量有了很大提高。南方玻璃集团和皇明太阳能有限公司的离线硬膜Low-E玻璃的辐射率都做到了以下，这为大幅度降低真空玻璃的传热系数，提高真空玻璃的保温性能作出了重要贡献。以上两个工程NL真空玻璃部分的传热系数为左右，而目前NL真空玻璃的传热系数已经可以做到，LL真空玻璃的传热系数已经可以做到.第二，研制成功了具有国内专利的夹层真空玻璃，使得真空玻璃又多了一个安全玻璃品种。第三，真空腔内置入了吸气剂，使得真空玻璃寿命得到延长。第四，开发出新一代真空玻璃快速热阻测定仪，使得真空玻璃性能得到更好的检验，质量得到了更有效的保证。我们相信，真空玻璃事业在我国还只是刚刚起步，未来一定有巨大的成长空间。

建筑是用能大户，建筑节能是发展建筑业的需要。一、节能住宅的概念随着能源危机的出现，越来越多的开发商开始重视节能住宅。节能住宅需要通过对建筑的合理设计、合理选材，最大限度的把室内自然温度控制在人体舒适温度范围内，从而为居住者提供健康、舒适、环保的居住空间，降低建筑物的运行能耗。北京锋尚在国内率先整合了欧洲先进的技术系统为一体，建造的高舒适度、低能耗住宅，达到了发达国家的居住标准。其核心技术概括为八大子系统：第一，混凝土采暖制冷系统。该系统是将聚丁烯（PB）盘管预埋在钢筋混凝土中，夏季管中送20℃、冬季送28℃的水，能使室内温度保持在20℃-26℃的合适范围内。第二，健康新风系统。通过统一空气净化和冷热处理后新风经“下送上回”进入室内，无须开窗即可保持新鲜空气不断更换。第三，外墙系统。外墙采用欧洲标准加厚外保温方式，能有效阻挡冷热辐射和雨雪侵蚀。外饰面采用干挂砖墙面，干挂砖幕墙与保温板之间有一个流动空气层，可以保持保温板的干燥。第四，外窗系统。窗采用德国SCHUCO断热铝合金窗和LOW-E低辐射中空玻璃。第五，屋面及地下系统。对屋面及地下墙体的特殊处理，保证了顶层和一层与标准层舒适度的均好性。第六，防噪音系统。通过外墙系统、ALULUX卷帘、楼板处理、同层后排水系统，防止来自室外、楼上、下水道的噪音。第七，垃圾处理系统。垃圾处理系统有中央吸尘、食物垃圾处理和可回收分类垃圾周转箱三部分组成。第八，水处理系统。小区设中水处理系统，将社区生活用水处理用于浇灌绿地、冲洗和补充人工湖水。二、国外节能已成风尚：在国外，建筑师采用多种形式和方法来节能：（1）、资源回收利用： 日本1997年建成了一栋实验型“健康住宅”。除了整个住宅尽可能选对人体无害的建筑材料外,墙体还被设计成双重结构,每个房间建有通风口,整个房屋系统的空气采用全热交换器和除湿机进行循环。全热交换器能够有效地回收热量并加以再次利用,其过滤器可有效地收集空气中细小的尘埃,从而能够抑制霉菌等过敏生物繁殖。这种资源的回收利用，不仅变废为宝，而且减少了环境污源，节约了能源。（2）、新能源开发利用：德国建筑师塞多·特霍尔斯建造了一座能跟踪阳光的太阳房屋。房屋被安装在一个圆盘底座上,由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮。房屋底座在环形轨道上以每分钟转动3cm的速度随太阳旋转。当太阳落山以后,该房屋便反向转动,回到起点位置。它跟踪太阳所消耗的电力仅为房屋太阳能发电功率的1%,而所吸收的太阳能则相当于一般不能转动的太阳能房屋的2倍。三、中国建筑能耗基本情况我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4，居耗能首位。近年来我国建筑业得到了快速的发展，需要大量的建造和运行使用能源，尤其是建筑的采暖和空调耗能。据统计，1994年全国仅住宅建筑能耗在基本上不供热水的情况下为×108t标准煤，占当年全社会能源消耗总量×109t标准煤的。目前每年城镇建筑仅采暖一项需要耗能×108t标准煤，占全国能源消费总量的左右，占采暖区全社会能源消费的20%以上，在一些严寒地区，城镇建筑能耗高达当地社会能源消费的50%左右。与此同时，由于建筑供暖燃用大量煤炭等矿物能源，使周围的自然与生态环境不断恶化。在能源的利用过程中，化石类燃料燃烧时排放到大气的污染物中，99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO2、78%的CO2、60%的粉尘和43%的碳化氢是化石类燃料燃烧时产生的，其中煤燃烧产生的占大多数。燃煤产生的大气污染物中SO2占87%、氮氧化物占67%，CO2占71%，烟尘占60%。由于我国是主要以煤而不是以油、气等优质能源作为主要能源消耗的国家，每年由于燃烧矿物燃料向地球大气排放的二氧化碳仅次于美国居世界第二，预计到2020年，中国将取代美国成为世界二氧化碳排放第一大国。因此，中国对于全球气候变暖承担着重大的责任，而作为耗能大户的建筑，其节能也就成为关系国计民生的重大问题。四、住宅设计最基本的节能意识：新疆冬季严寒漫长，因此，住宅建筑设计中，主要空间朝向南，或向南偏东，或向南偏西，历来被认为是合理的设计，这是最基本的节能意识在住宅建筑设计中的应用。在我国的大部分冬冷夏热地区住宅的总体规划和单体设计中，为住宅的主要空间争取良好朝向，满足冬季的日照要求，充分利用天然能源，无疑是最基本的改善住宅室内热环境的设计，是最基本的五、节能设计思路（一）建造内保温复合节能墙体复合节能墙体通常由绝热材料与传统墙体材料或某些新型墙体材料复合而成。如果绝热材料复合在建筑物外墙的内侧，则称为内保温复合墙体。1．墙体结构层：系指混凝土现浇或预制品的外墙，内浇外砌或砖混结构的外砖墙。以及诸如承重多孔砖外墙等其他承重外墙。2．空气层：空气在0℃时导热系数为0024VV／(m·k)。在25℃±5℃时为00256W/(m·k)，即使在200℃的情况下仍有00：384 W／(m·k)。由此可见，空气也是一种优良的保温材料。因此，在建筑物中常用材料围成的空气隔离层，不但可以保温隔热。而且具有切断液态水份的毛细渗透、防止保温材料受潮的功能，因为一般外侧墙有吸水能力，而其内表面常因温度低而出现的冷凝水。可被结构材料吸入且不断向室外转移和散发。3．保温隔热层：这是节能墙体的主要功能部分，常用绝热材料可分为有机、无机 金属等三大类。出于导热系数、抗压强度、蒸汽渗透率、燃烧性能等方面的考虑。此处选用挤塑型聚苯板(XPS)为保温材料。玻璃幕墙是指由支承结构体系与玻璃组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构。有单层和双层玻璃的墙体。反光绝缘玻璃厚6毫米，墙面自重约40kg／㎡，有轻巧美观、不易污染、节约能源等优点。幕墙外层玻璃的里侧涂有彩色的金属镀膜，从外观上看整片外墙犹如一面镜子，将天空和周围环境的景色映入其中，光线变化时，影像色彩斑斓、变化无穷。在光线的反射下，室内不受强光照射，视觉柔和。中国1983年首次在北京长城饭店工程中采用。去过美国纽约的人大凡会被其繁华的都市风貌所折服，那高耸入云的摩天大楼蔚为壮观，而其通体的玻璃幕墙映衬出空明的蓝天和飘舞的白云，更为之增添了绚丽的色彩。那么，玻璃幕墙是怎么做成的呢？玻璃幕墙是指作为建筑外墙装潢的镜面玻璃，它是在浮法玻璃组成中添加微量的Fe、Ni、Co、Se等，并经钢化制成颜色透明板状玻璃，它可吸收红外线，减少进入室内的太阳辐射，降低室内温度。它既能像镜子一样反射光线，又能像玻璃一样透过光线。现代化高层建筑的玻璃幕墙还采用了由镜面玻璃与普通玻璃组合，隔层充入干燥空气的中空玻璃。中空玻璃有两层和三层之分，两层中空玻璃由两层玻璃加密封框架，形成一个夹层空间；三层玻璃则是由三层玻璃构成两个夹层空间。中空玻璃具有隔音、隔热、防结霜、防潮、抗风压强度大等优点。据测量，当室外温度为－10℃时，单层玻璃窗前的温度为－2℃，而使用三层中空玻璃的室内温度为13℃。而在夏天，双层中空玻璃可以挡住90%的太阳辐射热。阳光依然可以透过玻璃幕墙，但晒在身上大多不会感到炎热。使用中空玻璃幕墙的房间可以做到冬暖夏凉，极大地改善了生活环境。[编辑本段]分类与构成1. 明框玻璃幕墙明框玻璃幕墙是金属框架构件显露在外表面的玻璃幕墙。它以特殊断面的铝合金型材为框架，玻璃面板全嵌入型材的凹槽内。其特点在于铝合金型材本身兼有骨架结构和固定玻璃的双重作用。2. 隐框玻璃幕墙隐框玻璃幕墙的金属框隐蔽在玻璃的背面，室外看不见金属框。隐框玻璃幕墙又可分为全隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙两种，半隐框玻璃幕墙可以是横明竖隐，也可以是竖明横隐注。隐框玻璃幕墙的构造特点是：玻璃在铝框外侧，用硅酮结构密封胶把玻璃与铝框粘结。幕墙的荷载主要靠密封胶承受。3.点支式玻璃幕墙点支式玻璃幕墙是近年来新出现的一种支承方式。但一经出现，在城市发展很快。下面对这种较新型的支承方式作一介绍：1.点式玻璃幕墙的分类按照支承结构的不同方式，点式玻璃幕墙在形式上可分为以下几种:(1)金属支承结构点式玻璃幕墙这是目前采用最多的一种形式，它是用金属材料做支承结构体系，通过金属连接件和紧固件将面玻璃牢固地固定在它上面，十分安全可靠。充分利用金属结构的灵活多变以满足建筑造型的需要，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃的整个结构体系。玻璃的晶莹剔透和金属结构的坚固结实，“美”与“力”的体现。增强了“虚”、“实”对比的效果。(2)全玻璃结构点式玻璃幕墙通过金属连接件及紧固件将玻璃支承结构(玻璃肋)与面玻璃连成整体，成为建筑围护结构。施工简便造价低，玻璃面和肋构成开阔的视野，使人赏心悦目，建筑物室内、外空间达到最大程度的视觉交融。(3)拉杆(索)结构点式玻璃幕墙采用不锈钢拉杆或用与玻璃分缝相对应拉索做成幕墙的支承结构。玻璃通过金属连接件与其固定。在建筑中充分运械加工的精度，使构件均为受拉杆件，因此，施工时要加以预应力，这种柔接可降低震动时玻璃的破损率。2.建筑点式玻璃幕墙的主要组成部分(1)支承体系 支承体系是将面玻璃所受的各种荷载直接传递到建筑主构上。因此，它是主要受力构件，一般是根据承受的荷载大小和建筑造型来结构形式和材料，如玻璃肋、不锈钢立柱、铝型材柱或加上适当的防腐、防面处理的钢析架、钢立柱及不锈钢拉杆(索)等。(2)金属连接件金属连接件包括固定件(俗称爪座和爪子)和扣件。固定件通常用不锈普通钢铸造而成，而扣件则是不锈钢机加工件。考虑到金属相容性，爪座必须采用与支承体系相同的材质，或使用机械固定。金属连接件是建筑点式技术的精华所在。它把面玻璃固定在支承结构上不仅产生玻璃孔边缘附加应力，而且能够允许少量的位移来调节由于建筑安装带来的施工误差，同时还有减震措施以提高抗震能力，因此设计时考虑的因素是多方面的。(3)金属连接件还产生显著的装饰效果，因此它除满足功能上的要求之外，还要有优美的造型设计和精细的加工制造，起“画龙点睛”的作用。3.玻璃(1)建筑点式玻璃幕墙所用的玻璃，由于钻孔而导致孔边玻璃强度降低约30%，因此建筑点式玻璃幕墙必须采用强度较高的钢化玻璃(钢化玻璃的抗冲击强度是浮法玻璃的3-5倍，抗弯强度是浮法玻璃的2-5倍)注，钢化玻璃另一个重要特性是使用安全，在遇到较大外力而破坏时产生无锐角的细小碎块(俗称”玻璃雨”)，不易伤人。当地处北方的建筑物或对保温隔热有较高要求的建筑物，往往采用中空玻璃，它是在两片玻璃之间有一干燥的空气层或惰性气体层，中空玻璃能大幅度提高保温隔热性能的原因是玻璃的传热系数K值为()，而空气的K值为()注，惰性气体就更低了。由于人口的增加，工业的发展，生活水平的提高，能源的消耗也就急剧增加，能源危机迫在眉睫。因此，各行各业提出了节能的要求，节约二次能源--电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则：1. 满足建筑物的功能即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。2.考虑实际经济效益节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。3.节省无谓消耗的能量节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。建筑电气节能的途径1.减少变压器的有功功率损耗变压器的有功功率损耗如下式表示：△Pb＝Po＋Pkβ2其中：△Pb--变压器有功损耗（KW）；Po--变压器的空载损耗（KW）；Pk--变压器的有载损耗（KW）；β--变压器的负载率。Po部分为空载损耗又称铁损，它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成，是固定不变的部分，大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。所以，变压器应选用节能型的，如S9、SL9及SC8等型油浸变压器或干式变压器，它们都是采用优质冷轧取向矽钢片，由于"取向"处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，以减少铁芯的涡流损耗；45°全斜接缝结构，使接缝密合性好，以减少漏磁损耗。Pk是传输功率的损耗，即变压器的线损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，即负载率β的平方成正比。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。从Pkβ2用微分求它的极值，在β＝50％处每千瓦的负载，变压器的能耗最小。因此，在80年代中期设计的民用建筑，变压器的负载率绝大部分在50％左右，在实际使用中有一半变压器没有投入运行，这种做法有的设计人员一直沿袭至今。但是，这仅是为了节能，而没有考虑经济价值。举下例可看出其不可取的程度。SC3－2000KVA的变压器，当β＝50％时相对于β＝85％时可节能为P＝16．01×（0．852－0．52）＝7．56KW，按商场最高用电小时计：每天12小时，365天全营业，则总节约电能：W＝7．56×12×365＝33113KW•h。按营业性电价每度0．78元计，则每年节约：33113×0．78＝25828元。按每千瓦的初装费投资：2000KVA变压器应是大型民用建筑，必然双电源进线，则初装费每KVA为2240元，每年节能省下的电费只能提供（25828／2240＝11．53）11．53KVA的初装费。还有988．5KVA的初装费，加上由于加大变压器容量而多付的变压器价格，由于变压器增加而使出线开关柜、母联柜增加引起的设备购置费，安装上述设备使土建面积增加而引起的土建费用，这是笔相当可观的投资，还没有计及折旧维护等费用。由此可见，取变压器负载率为50％是得不偿失的。事实上50％负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此也不是最节能的措施。计及初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的容量，变压器的负载率应在75％～85％为宜。这样也可以做到物尽其用，因为变压器绝缘的使用年限满负荷计为20年，20年后可能有更好的变压器问世，这样就可以有机会更换新的设备，才能使该建筑总趋技术领先地位。为减小变压器损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器。例如需要装机容量为2000KVA，可选2台1000KVA，不选4台500KVA。因为选用前者可节能：△P＝4×（1．6＋4．44）－2×（2．45＋7．45）＝4．36KW（全按β＝100％计，同等条件，SC3变压器）。在变压器选择中，能掌握好上述三点原则，即满足了节约能源，又经济合理的原则。减少线路上的能量损耗由于线路上存在电阻，有电流流过时，就会产生有功功率损耗。其公式如下：△P＝3IΦ2R×10－3（KW）式中：IΦ--相电流（A）R--线路电阻（Ω）例如，在L＝100m的VV－3×50＋2×25的电缆上传输60KW，cosφ＝0．8的电能，其有功损耗量，可由以下步骤求得：IΦ＝60×103／（×380×0．8）＝113．6A芯线温度70℃的50mm2铜芯线每公里电阻R0＝0．44，则R＝0．1×0．44＝0．044（Ω）△P＝3×113．62×0．044×10－3＝1．704KW从以上可看到，线路上的功率损耗相当于每6m的线路上安一个100W的灯泡。在一个工程中，线路左右上下纵横交错，小工程线路全长不下万米，大工程更是不计其数，所以线路上的总有功损耗是相当可观的，减少线路上的能耗必须引起设计重视。线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。线路电阻R＝P×L／s，即线路电阻与电导P成正比，与线路截面S成反比，与线路长度L成正比，因此减少线路的损耗应从以下几方面入手。应选用电导率较小的材质做导线。铜芯最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。因此，在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中采用铝芯导线。减小导线长度。首先，线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；其次，低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；第三，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离，当建筑物每层平面在10000m2左右时，至少要设两个变配电所，以减少干线的长度；第四，在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井，而且由低压配电室提供给每个竖井的干线，不至于产生支线沿着干线倒送的现象。亦即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送，尽可能减少回头输送电能的支线。增大导线截面。首先，对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面，再加大一级导线截面，所增加的费用为M，由于节约能耗而减少的年运行费用为m，则M／m为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于70mm2，线路长度超过100m的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。其次，利用某些季节性负荷的线路，这些用户不用时，可提供给常期用户作供电线路使用，以减少线路和电阻。例如，将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负荷，集中在一起，采用同一干线供电，既可便于用一个火警命令切除非消防用电，又可在春秋两季空调不用时，使同样大的干线截面传输较小的电流，从而减小了线路损耗，这就相当于充分利用了季节负荷的线路。在设计中，认真落实上述三条措施，就可减少线路上的能量损耗，达到了线路节能的目的。提高系统的功率因数提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，以达到节能的目的。为什么常提到负荷平稳的电动机可采用就地补偿，因为负荷变动时电机端电压也变化，使电容器没有放完电又充电，这时电容器会产生无功浪涌电流，使电机易产生过电压而损坏。因此，断续负载，如电梯、自动扶梯、自动步行道等不应在电动机端加装补偿电容器；另外，如星三角起动的异步电动机也不能在电动机端加装补偿电容器，因为它起动过程中有开路闭路瞬时转换，使电容器在放电瞬间又充电，也会使电机过电压而损坏。在民用建筑中应改变电容器集中安装的做法，对容量超过10KW的风机、水泵、传送带等电动机端设置就地补偿装置，空调主机及冷冻泵等常在其附近设专用变配电所，可以集中补偿，但若供电距离超过20m时也最好采用就地补偿。电动机就地补偿装置的接线有二种方式，一是并接在热元件的一次线后，热元件的整定电流应按补偿后的电机工作电流计，这种接线适合新安装的电机；另一种是装补偿电容器在接触器主接点之后，热元件一次线圈之前，热元件的整定电流就不计补偿的影响，这适合于进行改造的电机接线，这样做可使电容器与电动机一起投切。处理好上述三部分，即减少自然无功、无功补偿及补偿装置的安装地点，就可以实现合理的选择无功补偿方式而达到节能的目的。照明部分的节能因为照明用量大而面广，因此，照明节能的潜力很大，应从下列几方面着手：采用高效光源。白炽灯过去用得最广泛，因为它便宜，安装维护简单，它致命的弱点是发光率太低，因此目前常被各种发光率高，光色好，显色性能优异的新光源取代。表1列出了各种光源每W的光通量�Lm�。从表中可以看出低压钠灯和高压钠灯的发光率最高，但由于色温低，光色偏暖，显色指数在40～60之间，颜色失真度大，只能在路灯或广场照明用，其中显色指数在60的高显色性钠灯可与汞灯组成混合灯，用于工厂及体育馆照明，这也是量大面广的照明部分；发光率很高的金属卤化物灯，三基色荧光灯及稀土金属荧光灯，由于色温范围广，自3200K～4000K，光色选择性好，显色指数又高，可达80～95，颜色失真度小，尤其金属卤化物灯对人的皮肤显色性特别好，因此除用作商场、展厅的照明外，还广泛用在车站的候车室、码头的候船室、航空港的候机楼以及舞台的灯光照明等；一般荧光灯及稀土金属荧光灯可用在写字楼、住宅的照明；荧光高压汞灯、自整流高压汞灯、钠灯及三者组合的混光灯常用于生产厂房的照明。尽量不用或少用白炽灯，只有在局部艺术照明或防止高频光谱照射的古董字画照明中才使用，虽然它光色好，显色指数最高，但达不到节能的目的。建筑物尽量利用自然采光，靠近室外部分的建筑面积，应将门窗开大，采用透光率较好的玻璃门窗，以达到充分利用自然光的目的。凡是可以利用自然光的这部分的照明，可采用按照度标准检测现场照度，进行灯光自动调节。对气体放电灯，采用灯光无级自动调节，即调节灯丝从而达到调光的目的。但其代价太高，每套36W的灯管需要增加2000元～3000元的投资，而节省下来的电能，其电价是有限的，因为这仅在白天日照强时（一般在上午10时到下午3～4点钟 这段时间内）可减少一点人工照明，每支灯充其量节能25％，每天按12小时计，每年按365天计，则节省运行费用：m＝36×0．25×12×365×0．78×10－3＝30．7元所以增加控制的投资需要2000～3000／30．7＝65～97年才能回收，这是没有实用意义的。在工作照明中采用这种调光方案是不可取的。它只适宜用于特殊条件下，如气象台、导航站等小面积控制室，要求室内的照度与室外自然光自然协调的环境，才可采用这种调光设备。另外，这种调光设备用于稀土金属荧光灯，其频闪效应使人眼不易接受。对于可以充分利用自然光而且需要调光的场合，可采用分组分片自动开停的控制方案，虽然会有突变过程，但不会影响视力，也不会影响人的情绪，是可取的方式。对长期需要开停，但又要按人流的多少自动调整照度的场合，在增加投资不多的情况下，对荧光灯可利用调压的方式，固定几级调节，如北京地铁采用澳大利亚的调光设备就是如此。荧光灯采用调电压调光，其节能效果并不显著。因为，气体放电灯的发光是靠离子在高电压下产生碰撞，达到一定能级而使荧光粉发光，因此光通量并不与电压成正比，电压下降10％，光通量差不多下降30％～40％，电压下降30％，灯会全熄。因此，气体放电灯采用调压方式调光，在实际工程中也很少采用。照明节能中，除了满足照度、光色、显色指数外，应采用高效光源及高效灯具，对能利用自然光部分的灯具或可变照度的照明采用成组分片的自动控制开停方式，可达到照明节能的效果。电动机在运行过程中的节能在建筑电气中的电动机都是与暖通、水道、建筑等工种的设备配套的，由设备制造厂商统一供应的。因此，其节能措施只能贯彻在运行过程中，除了上述的用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，还应减少电机轻载和空载运行。因为，在这种情况下，电机的效率是很低的，消耗的电能并不与负载的下降成正比。采用变频调速器，使其在负载下降时，采用变频的方式，自动调节转速，使其与负载的变化相适应。采用这种方式，可提高电机在轻载时的效率，达到节能的目的。但是，这种设备的价格仍偏高，因此在应用中受到一定的限制。另一种节能方式是采用软起动器，软起动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕，则全压投入运行。此设备也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈，利用反馈信息控制可控硅导通角，以达到速度随负载的变化而变化。它可用在电动机容量较大，又需要频繁起动的设备，以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。因为它从起动到运行，其电流变化不超过三倍，可保证电网电压的波动在所要求的范围内。但它是采用可控硅调压，正弦波未导通部分的电能全部消耗在可控硅上，不会返回电网。因此，它要求散热、通风措施完善。其价格比变频器便宜，在水泵系统中的大容量电动机的控制设备中可以应用。民用建筑的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。

【摘 要】合理、高效地利用太阳能是绿色建筑能源来源的最佳选择。太阳能光伏玻璃幕墙是传统玻璃幕墙与太阳能电池光电转换技术相结合，既能保证建筑物幕墙安全性能，也能够利用太阳能源，具有隔热、隔音、安全、环保的功能，成为目前利用太阳能的光伏发电工程中重要产品之一，具有广阔的应用价值和发展前景。 【关键词】太阳能；光伏玻璃幕墙；绿色建筑；光伏发电 随着人口的增加、经济的发展，传统的石化能源逐渐减少，并造成环境污染和生态恶化现象，于是人们开始寻找新能源。与风电、水电、核电相比，太阳能具有源源不断、范围广泛、洁净的特点，成为绿色建筑能源来源的最佳选择。而太阳能光伏技术具有不消耗矿物燃料、使用安全、没有污染等优点，成为利用太阳能的主要发展方向。其中，光伏玻璃幕墙技术将太阳能光伏产品集成在建筑上，形成光伏建筑一体化，广泛应用于绿色建筑。 1 光伏玻璃幕墙原理 光伏玻璃幕墙是在两片玻璃之间利用特殊树脂粘贴太阳能光伏电池，通过电池将太阳光能量转化为电能。通俗地讲，光伏玻璃幕墙就是能够发电的玻璃幕墙，主要包括光伏电池组件、蓄电池、控制器、逆变器等几个重要部分。 光伏电池原理 光伏电池能够通过光电效应直接把光能转化成电能，是光伏玻璃幕墙的重要组成部分。阳光照射到电池表面，电池内部的硅材料吸收一部分光子的能量，硅原子内部的电子发生跃迁，在p-n结两侧聚集形成电位差。接通外部电路，就会产生电流，形成光伏发电。 光伏电池组件 光伏电池是光伏发电系统的关键元件。主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅三种类型，其中非晶硅光伏电池正成为光伏电池发展的方向和主流。 一是单晶硅光伏电池，利用高纯的单晶硅棒作为原料切成薄片，经过加工制成单体片，按照需要进行组合构成光伏电池板，多块光伏电池板构成光伏电池阵列，转换效率在15%左右，具有技术成熟、转换率较高、产量较大的特点。 二是多晶硅光伏电池，利用浇筑的硅块切割而成。转换效率在12%左右，具有生产过程简单、价格较低、寿命较短的特点。 三是非晶硅光伏电池，即薄膜式光伏电池，是由一层极薄硅片汽化到载体上而制成。具有重量轻、工艺简单、耗能少、弱光发电、转换效率较低的特点。 蓄电池 光伏电池在不同的季节、气候、太阳照射角度等因素影响下，会产生大小不均的电流，当生产的电能超过使用量时，蓄电池可以把多余的电能储存起来，在电池生产电能不能满足使用量时释放电能，起到平衡系统供电的作用。 控制器与逆变器 光伏电池产生的电能是直流电，需要通过控制器将直流电能转换成符合蓄电池要求的充电电流和电压，达到存储电能的目的。另外，如果是并网运行，控制器还将控制蓄电池提供给控制器所需电能。光伏电池产生的电能是直流电，为了实现并网运行，需要利用逆变器将直流电能转变成交流电源。 2 光伏玻璃幕墙结构 光伏玻璃幕墙包括内外两片钢化玻璃，中间是PVB胶片复合薄膜式光伏电池片组成复合层，电池片之间由导线串、并联汇集到引线端，将电流引出，形成光伏玻璃幕墙单元。多个光伏玻璃幕墙单元构成光伏玻璃幕墙，把各个光伏玻璃幕墙单元的电流通过集电器进行汇总，最终组成了光伏玻璃幕墙发电系统。幕墙外部采用超白玻璃，幕墙内部采用热反射镀膜玻璃，光伏太阳能电池片呈百叶状态安装在内外玻璃之间。 3 光伏玻璃幕墙的角度 光伏玻璃幕墙的角度问题涉及二个方面：一是幕墙的朝向，通过实验和分析，在冬天太阳初升的位置大概是正南偏东南30度，日落的时候在西南偏30度，在此范围内光伏玻璃幕墙的转换效率不会有太多的差别，在此范围内都可以设置光伏玻璃幕墙；二是光伏太阳能电池片的角度，通过实验和分析，结合本地纬度和上下叶片的遮挡情况，可以确定最佳的倾斜角度是45度左右。 4 光伏玻璃幕墙特点 不影响建筑物美观 建筑是凝固的艺术，光伏玻璃幕墙的使用不应该影响到影响建筑物的外观效果。因此，光伏玻璃幕墙的设计、施工中将线盒、旁路二极管、连接线等隐藏在幕墙结构中，这样做的好处是防止风吹、雨淋、日晒，既延长了器件的寿命，又没有影响建筑物的外观。太阳能电池片的表面可以制成蓝色、绿色、黄色、黑色等多种颜色，可以很好地配合建筑幕墙的颜色，保证了建筑的绿色和美观。 不影响建筑物采光 光线是建筑艺术的灵魂，光伏玻璃幕墙采用光面超白钢化玻璃和热反射镀膜玻璃双层玻璃，中间是倾斜排列的太阳能电池片，幕墙的采光度是由太阳能电池片的排列间隙来控制，完全能够满足建筑物的采光需要。 不影响建筑物安全 光伏玻璃幕墙不仅需要满足光伏发电的需要，还要满足幕墙风压变形性能、雨水渗漏性能、空气渗透性能，以及建筑物安全性能。针对这些需要，在不同地区、不同的建筑高度、不同的安装方式，都需要不同力学性能的光伏玻璃幕墙。要依照国家建筑规范和幕墙规范，经过科学计算出钢化玻璃的厚度，组件中间的PVB胶片有良好的粘结性、韧性、弹性，具有一定的吸能作用和粘结作用。当玻璃破损时，碎片会被粘附在胶片上，不会散落，减少了伤人的可能性，进一步提高了幕墙的安全性能。 安装方便 玻璃幕墙的设计和安装技术都比较成熟，使光伏玻璃幕墙的安装同样方便、快捷。构件式幕墙是当前采用最多的结构形式，工艺成熟，主体结构适应能力强，施工手段灵活；单元式幕墙，是工业化加工成型，质量有保证，人工费用低，施工周期短，能够带来较大的经济效益；双层通风幕墙，能够换气通风、隔声隔热、有效解决了电池组件的散热问题，延长了电池组件的寿命，降低了组件向室内散发的热量。 绿色环保 光伏玻璃幕墙兼顾光伏发电与普通幕墙两种功能，不需要额外占用建筑面积，节省了光伏系统的支撑结构。不仅具有阻燃、隔热、消音等节能作用，还具有不消耗石化能源、水资源，无污染，没有温室气体排放，降低光污染的绿色环保特性。 5 小结 太阳能是分布最广泛的可再生能源资源，具有广阔地发展前景。光伏玻璃幕墙技术应用于绿色建筑，可以使光伏玻璃幕墙与建筑物完美、和谐地结合在一起，能够智能化地生产能量，同时具有隔音、隔热、安全、装饰、和谐环境的功能，成为当今太阳能利用与建筑行业相结合的发展趋势，具有广阔的应用价值和发展前景。 参考文献 [1]何韶瑶,初袆君,李水生等.太阳能光伏玻璃幕墙技术研究及应用实践[J].建筑学报,2009,(2):102-103. [2]岳畏畏,张会娟.太阳能光伏发电在绿色建筑中的有效利用[J].建筑节能,2012,(1):34-37. [3]白铂,周传辉,邹方波等.太阳能光伏玻璃幕墙技术与应用简介[J].科技创业月刊,2011,24(17):135-136. [4]梁月明.论光伏发电与建筑一体化应用[J].城市建设,2010,(33):223-224. [5]梁锐,张群,刘加平.结合太阳能应用技术的绿色建筑设计[J].陕西建筑,2010,(6):4-7. [6]谢空,白梅,邓康.太阳能与建筑一体化设计体会[J].工业建筑,2008,(2):114-118. [7]李水生,何韶瑶,张敬农.太阳能光伏电池在建筑幕墙上的应用研究[J].华中建筑,2009,(1):115-117.