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一、引言
我國(guó)首部公共建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)一《公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，引起了業(yè)內(nèi)人十的普遍關(guān)注。建筑節(jié)能新標(biāo)準(zhǔn)〔下稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn))，對(duì)節(jié)能玻璃的應(yīng)用提出了明確要求，同時(shí)對(duì)“超大采光"、“外飄窗"等不節(jié)能設(shè)計(jì)也提出了限值。《標(biāo)準(zhǔn)》4.2.4條強(qiáng)制性條文為:“建筑每個(gè)朝向的窗(包括透明幕墻)墻面積比均不應(yīng)大于0.70。當(dāng)窗〔包括透明幕墻)墻面積比小于0.40時(shí)，玻璃〔或其他透明材料)的可見(jiàn)光透射比不應(yīng)小于0.4。當(dāng)不能滿足本條文的規(guī)定時(shí)，必須按本標(biāo)準(zhǔn)第4.3節(jié)的規(guī)定進(jìn)行權(quán)衡判斷。’《標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布之后，根據(jù)這一規(guī)定“叫停玻璃幕墻"的消息不脛而走。執(zhí)行《標(biāo)準(zhǔn)》是否就不能發(fā)展通透幕墻?如何正確的理解和執(zhí)行《標(biāo)準(zhǔn)》，是建筑幕墻行業(yè)急切的實(shí)際問(wèn)題。汪光燾部長(zhǎng)在《建設(shè)節(jié)約型社會(huì)必須抓好建筑“四節(jié)"》一文中指出:“節(jié)能，不僅要重視建設(shè)時(shí)的節(jié)能，更重要的是長(zhǎng)期使用時(shí)的總能耗下降。重點(diǎn)要研究建筑使用過(guò)程中的能源結(jié)構(gòu)和供應(yīng)方式，提高能源利用效率，研究建筑節(jié)能不能局限于建筑單體的墻體與門(mén)窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱問(wèn)題。我們鼓勵(lì)發(fā)展節(jié)能省地型住宅和公共建筑，必須繼續(xù)深入研究與思考節(jié)能省地型住宅和公共建筑的內(nèi)涵。"學(xué)習(xí)汪光燾部長(zhǎng)以上論述，本文探討看法如下。
窗墻面積比是指不同朝向外墻面上的窗及陽(yáng)臺(tái)門(mén)的透明部分的總面積與所在朝向建筑的外墻面的總面積(包括該朝向上的窗及陽(yáng)臺(tái)門(mén)的透明部分的總面積)之比。窗墻面積比的確定要綜合考慮多方面的因素，其中主要的是不同地區(qū)冬、夏日照情況(日照時(shí)間長(zhǎng)短、太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度、陽(yáng)光人射角大小)，季風(fēng)影響、室外空氣溫度、室內(nèi)采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及外窗開(kāi)窗面積與建筑能耗等因素。一般普通窗和傳統(tǒng)幕墻(包括陽(yáng)臺(tái)門(mén)的透明部分)的保溫隔熱性能比外墻差很多，窗墻面積比越大，采暖和空調(diào)能耗也越大。因此，從降低建筑能耗的角度出發(fā)，限制窗墻而積比是必要的。
標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)該是僵化的條文。節(jié)能是一個(gè)方向，應(yīng)該就一個(gè)建筑、甚至一個(gè)區(qū)域來(lái)平衡。標(biāo)準(zhǔn)定要具備系統(tǒng)學(xué)的思想。我們對(duì)能源的評(píng)判是一個(gè)綜合的系統(tǒng)思想，任何一個(gè)建筑，應(yīng)該從系統(tǒng)學(xué)的角度去研究我們的文化、環(huán)境和氣候。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能是對(duì)于建筑周邊的自然環(huán)境，如光線、溫度、風(fēng)壓、氣候狀況等充分分析和了解的基礎(chǔ)上，針對(duì)建筑本身的朝向、高度、室內(nèi)功能等特點(diǎn)，通過(guò)有效系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)室內(nèi)環(huán)境起到適應(yīng)和調(diào)整的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程需要綜合多種因素考慮，需要處理多種關(guān)系，諸如隔熱和得熱、采光和遮陽(yáng)、通風(fēng)和熱交換的關(guān)系，處理好氣密性、水密性和傳熱、隔聲的關(guān)系等等。這個(gè)過(guò)程不應(yīng)僅僅依據(jù)于單一的狀態(tài)指標(biāo)，如K值就能夠說(shuō)明和解決的。也不是簡(jiǎn)單的將一些技術(shù)累加或附加就能夠?qū)崿F(xiàn)的，《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)幕墻的保溫隔熱性能的要求是按窗墻面積比的增加而不斷提高的，當(dāng)窗墻面積比例較大時(shí)，對(duì)幕墻的保溫隔熱性能的要求比目前實(shí)際應(yīng)用的一般普通窗和傳統(tǒng)幕墻要高，這會(huì)造成門(mén)窗幕墻造價(jià)有所升高，但這是既要使建筑物通透、美觀、豪華，又要保證節(jié)約采暖空調(diào)系統(tǒng)消耗的能源所必須付出的代價(jià)。處理好二者關(guān)系的方法是，應(yīng)根據(jù)幕墻大小的不同，對(duì)幕墻保溫隔熱性能的要求也不一樣。例如，如果整個(gè)建筑外墻都采用透明幕墻的話，則要求高性能節(jié)能玻璃幕墻。這和《標(biāo)準(zhǔn)》4.2.4條強(qiáng)制性條文說(shuō)明內(nèi)容是一致的:近年來(lái)公共建筑的窗墻面積比有越來(lái)越大的趨勢(shì)，這是由于人們希望公共建筑更加通透明亮，建筑立面更加美觀，建筑形態(tài)更為豐富?！稑?biāo)準(zhǔn)》把窗墻面積比的上限定為0.7已經(jīng)是充分考慮了這種趨勢(shì)。某個(gè)立面即使是采用全玻璃幕墻，扣除掉各層樓板以及樓板下面梁的面積(樓板和梁與幕墻之間的間隙必須放置保溫隔熱材料)，窗墻比一般不會(huì)再超過(guò)0.7。當(dāng)建筑師追求通透、大而積使用透明幕墻時(shí)，要根據(jù)建筑所處的氣候區(qū)和窗墻比選擇玻璃(或其他透明材料)，使幕墻的傳熱系數(shù)和玻璃(或其他透明材料)的遮陽(yáng)系數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)第4.2.2條的的規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)允許采用“面積加權(quán)"的原則，使某朝向整個(gè)玻璃(或其他透明材料)幕墻的熱工性能達(dá)到第4.2.2條的幾個(gè)表中的要求，例如某賓館大廳的玻璃幕墻沒(méi)有達(dá)到要求，可以通過(guò)提高該朝向墻面卜玻璃(或其他透明材料)熱工性能的方法，使該朝向整個(gè)墻面的玻璃(或其他透明材料)幕墻達(dá)標(biāo)，真察玻璃幕墻、雙層真空玻璃幕墻就是既能達(dá)標(biāo)、又能通透的高性能節(jié)能玻璃幕墻。
二、真空玻璃
真空玻璃是將兩片平板玻璃四周密閉起來(lái)，將其間隙抽成真空并密封排氣孔，兩片玻璃之問(wèn)的間隙為0.1-0.2mm，真空玻璃的兩片一般至少有一片是低輻射玻璃，這樣就將通過(guò)真玻璃的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射方式散失的熱降到低，其工作原理與玻璃保溫瓶的保溫隔熱原理相同。真空玻璃是玻璃下藝與材料科學(xué)、真空技術(shù)、物理測(cè)量技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化及建筑科學(xué)等多種學(xué)科、多種技術(shù)、多種工藝協(xié)作配合的碩果。
1893年，英國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家占姆士·杜瓦發(fā)明了保溫瓶。人們?yōu)榱思o(jì)念他，把保溫瓶又稱(chēng)作杜瓦瓶。從此后，長(zhǎng)于幻想的科學(xué)家就有一個(gè)夢(mèng)想，什么時(shí)候能將保溫瓶技術(shù)應(yīng)用到建筑玻璃窗上?要實(shí)現(xiàn)從杜瓦瓶到真空平板玻璃的飛躍，三大難題擺在人們面前。
1、與杜瓦瓶不同，真空平板玻璃是一個(gè)小容積、大表而積而又狹窄扁平的玻璃真空腔體，但又要快速抽真空以使殘余氣體降到可以對(duì)熱傳導(dǎo)忽略不計(jì)的程度，并長(zhǎng)期保待其真空度;
2、與杜瓦瓶圓柱體容易抗壓不同，平板真空玻璃只有使用支撐物來(lái)承受10000千克/平方米的壓力，該支撐物使真空玻璃產(chǎn)品滿足建筑玻璃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所要求的強(qiáng)度和壽命，這就必須對(duì)支撐物的物理化學(xué)性能以及幾何形狀、幾何分布做出精心設(shè)計(jì);
3、比杜瓦瓶更難的是，真空玻璃是門(mén)窗用透明材料，在抽氣口、支撐物的設(shè)計(jì)和選料上，要不影響透明和美觀。
1913年世界*個(gè)平板真空玻璃發(fā)布?？茖W(xué)家們相繼進(jìn)行了大量的探索，誕生了一批。20世紀(jì)80年代起，世界對(duì)真空玻璃的研發(fā)逐漸活躍起來(lái)，其中有兩個(gè)團(tuán)體值得一提。一個(gè)是美國(guó)克羅拉多太陽(yáng)能研究所由D.K.Benson教授領(lǐng)導(dǎo)的真空玻璃研究組，經(jīng)過(guò)1985-1991年的實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)立了許多值得讓后人借鑒的技術(shù)理論、思路和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，另一個(gè)是悉尼大學(xué)應(yīng)用物理系R.E.Collins教授1989一1994年領(lǐng)導(dǎo)的研究組，進(jìn)一步改進(jìn)工藝，1989年試制出樣品，1993年研制出*塊1米x1米的實(shí)用真空玻璃，并申請(qǐng)了4項(xiàng)，北京大學(xué)物理系原教授唐健正也是參與者之一。人類(lèi)在發(fā)明杜瓦瓶之后整整100年，終于又發(fā)明了真空平板玻璃。英國(guó)、希臘和日本等國(guó)的科學(xué)家也做了大量的類(lèi)似研究。