建筑自誕生之日起，就以某種特定的形式呈現(xiàn)在人類的面前。在構成建筑的諸多要素中，建筑表皮給人的印象最為直接和深刻。建筑表皮是包裹著建筑內部使用空間的物質元素，是分隔室內外的介質，也是塑造建筑表情和風格的關鍵。建筑表皮的具體做法和最終形式反映了不同時期、不同地域、不同國家、不同文化下的建筑水平和審美傾向。在當代建筑設計中，建筑表皮材料種類繁多，組合方式多種多樣，尤其是現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，導致建筑材料的使用方法越來越巧妙，一些傳統(tǒng)的建筑表皮材料也獲得了新生，從而創(chuàng)造出前所未有的建筑形式。

建筑幕墻是建筑外圍護表皮的形式之一。建筑幕墻從20世紀70年代末期進入我國，迄今為止已經有30多年的歷史。在這短暫的30多年里，中國發(fā)展成了世界第一幕墻生產大國和使用大國，幕墻的年產量和總擁有量均為世界之最，在幕墻產品的質量和檔次上也有了很大的提升，幕墻技術也有了極大的提高，建筑幕墻近些年來在我國的發(fā)展形勢有目共睹。

建筑幕墻按照其面板材料可以分為：玻璃幕墻、金屬板幕墻、石材幕墻和人造板幕墻等。

用金屬板材作為建筑外表皮是當代建筑的一個重要特點。利用金屬材料平滑、冷峻的質地，建筑師們打造出一個個具有未來派風格的建筑。金屬板材的種類比較多，如鋁板、不銹鋼板、銅片、鈦鋅板等。另外，不同的加工方法也會讓同樣的材料有不同的效果，如整片的鋁板和穿孔鋁板的效果就截然不同。美國著名建筑師弗蘭克·蓋里在西班牙的古根海姆藝術博物館的表皮上覆蓋了銀光閃閃的鈦合金板；紐約洛杉磯的迪斯尼音樂廳的表皮則是銀色的不銹鋼板。

石材是建筑最早使用的材料之一，具有相對良好的耐久性能。世界上許多古老的建筑都是以石材作為主要的建筑材料，石材在如今的建筑環(huán)境中依然被普遍使用。天然石材結構均勻，質地堅硬，耐磨損，顏色美觀，外觀色澤可保持百年以上。正因其具有得天獨厚的物理特性加上它美麗的花紋，使得它成為建筑的上好材料，是眾多建筑師和開發(fā)商比較喜歡使用的裝飾材料。除通常采用的花崗巖、大理石，洞石、砂巖、火山石等天然石材外，越來越多的人造板材也應用在建筑外墻上。譬如陶板、瓷板、微晶石板等。

建筑設計的需求促進幕墻技術的進步，也帶動了相關面板材料研制創(chuàng)新，新型材料的出現(xiàn)也進而推動了建筑幕墻的發(fā)展和創(chuàng)新。位于廣州天河區(qū)珠江新城CBD中心地段的廣州東塔-周大福金融中心正是由于建筑師的大膽設想，使得我國傳統(tǒng)冰紋工藝的釉面陶板有了技術上的突破，并被首次應用在530米高的建筑外墻上，成為目前全球最高的陶板項目。

不同種類的幕墻，因使用場合的不同有著不同的功能。建筑玻璃幕墻作為建筑的外圍護結構之一，起到遮風擋雨、保溫隔熱、隔聲降噪的功能。它不僅體現(xiàn)建筑學、美學、結構設計的最佳結合，而且把玻璃的多種功能也完美體現(xiàn)出來。隨著科學技術的發(fā)展，高層、超高層建筑不斷涌現(xiàn)，為了減輕主體結構的荷載，建筑幕墻成為建筑外圍護結構的首選。

由于建筑效果和采光的要求，玻璃幕墻無疑是在建筑外表皮中應用最多的形式。而通常對玻璃的運用，是發(fā)揮其澄凈、透明的特點，將室外的景物一覽無遺，創(chuàng)造室內外的交流的外圍護體系。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，現(xiàn)在的玻璃可以是透明的，也可以是半透明或不透明的。而且，新技術、優(yōu)良的絕緣性能和荷載潛力已經改變了我們對玻璃的認知。借助于科學技術的發(fā)展和設計師的巧妙構思，玻璃由傳統(tǒng)的窗戶和幕墻轉變?yōu)轱L姿綽約、千變萬化的建筑外表皮，在發(fā)揮其建筑外圍護功能的同時表現(xiàn)其瑰麗的裝飾效果。

建筑幕墻同傳統(tǒng)的墻體相比較，重量減輕了很多，但是能耗非常大，因此建筑的窗戶和幕墻仍是建筑圍護結構節(jié)能最薄弱的環(huán)節(jié)。在我國的能耗結構中，建筑能耗占到總能耗的40%以上，而通過門窗流失的能耗占到了建筑能耗51%，我國目前已將節(jié)能門窗納入節(jié)能減排戰(zhàn)略，制定節(jié)能門窗的標準，其中空玻璃間隔條的作用至關重要。隨著節(jié)能要求的提高，越來越多的節(jié)能材料和技術將應用在建筑外表皮上。

1.1 中空玻璃的應用

在中空玻璃出現(xiàn)之前，房屋多使用雙層窗，后來又采用雙層玻璃，直到1865年美國人發(fā)明了中空玻璃。隨著技術的進步而不斷改進，目前的中空玻璃是用兩片（或三片）玻璃，使用高強度高氣密性復合粘結劑，將玻璃片與內含干燥劑的鋁合金框架粘結，制成的高效能隔音隔熱玻璃。中空玻璃因兩層玻璃之間有一個空腔，減少了熱的傳導，起到了保溫作用，因此也叫保溫玻璃，是一種良好的隔熱、隔聲、美觀適用、并可降低建筑物自重的建筑材料，中空玻璃多種性能優(yōu)越于普通雙層玻璃而一直被采用。中空玻璃要減少氣體傳熱，還可用大分子量的氣體（如惰性氣體：氬、氪、氙）來代替空氣，以提高保溫隔熱性能。

1.2 Low-E玻璃的應用

Low-E是英文Low Emissivity的簡稱，為低輻射鍍膜玻璃，是相對熱反射玻璃而言的一種節(jié)能玻璃。

隨著對建筑物性能要求的不斷提高，人們在選擇建筑物的玻璃門窗時，除了考慮其美學和外觀特征外，更注重其熱量控制、制冷成本和內部陽光投射舒適平衡等問題。這就使得鍍膜玻璃家族中的新貴——Low-E玻璃脫穎而出，成為人們關注的焦點。

Low-E具有優(yōu)異的熱性能。外門窗玻璃的熱損失是建筑物能耗的主要部分，占建筑物能耗的50%以上。有關研究資料表明，玻璃內表面的傳熱以輻射為主，占58%，這意味著要從改變玻璃的性能來減少熱能的損失，最有效的方法是抑制其內表面的輻射。普通浮法玻璃的輻射率高達0.84，離線單銀Low-E玻璃的E值可以達到0.06，這種低輻射膜系對遠紅外熱輻射的反射率很高，能將80%以上的遠紅外熱輻射反射回去，從而避免了由于自身溫度提高產生的二次熱傳遞，所以Low-E玻璃具有很低的傳熱系數，具有良好的阻隔熱輻射透過的作用。用Low-E玻璃制造建筑物門窗，夏季可大大降低因輻射而造成的室外熱能向室內的傳遞，冬季也可以減少室內熱量項室外傳遞而增加制暖能耗，達到理想的節(jié)能效果。

Low-E玻璃目前分兩種：在線Low-E玻璃和離線Low-E玻璃。在線LOW-E玻璃品種單一，離線Low-E玻璃品種多樣，根據不同氣候特點可以制作高、中、低多種透過率產品，并且顏色上有銀灰、淺灰、淺藍和無色透明等，用著色玻璃還可制作綠色等其他多種顏色。

Low-E玻璃又分為單銀Low-E玻璃、雙銀Low-E玻璃和三銀Low-E玻璃。任何鍍膜玻璃在限制太陽熱輻射透過的同時都會不同程度地限制可見光的透過。雙銀Low-E玻璃比單銀Low－E玻璃能夠阻擋更多的太陽熱輻射熱能。換句話說，在透光率相同情況下，雙銀Low-E具有更低的遮陽系數Sc，能更大限度地將太陽光過濾成冷光源。

雙銀Low-E玻璃傳熱系數較單銀Low-E更低，能進一步提高外窗的保溫性能，真正達到冬暖夏涼。簡單來說，由于雙銀Low-E玻璃大大減少了室內外環(huán)境透過玻璃進行的熱量交換，因此當空調進行制暖或者制冷時，在室內溫度達到了設定溫度后，空調就能夠更長時間的處于待機狀態(tài)，從而節(jié)省耗電量。

▲  中空玻璃透過的太陽光能量分配

雙銀Low-E玻璃的優(yōu)勢：

1）在相同玻璃組合下，雙銀Low-E玻璃比單銀LOW-E具有更低的輻射率和更低的傳熱系數（U值）。

2）雙銀Low-E玻璃具有更低的遮陽系數即Sc值。

3）在遮陽系數（Sc值）相同的情況下，可見光透過率比單銀Low-E更高?？傊?，雙銀Low-E玻璃突出地強調了玻璃對太陽熱輻射的遮蔽效果，將玻璃的高透光性與太陽熱輻射的低透過性巧妙地結合在一起，成功地解決了高透光與低U值、Sc值的雙重優(yōu)勢并存的難題，因此具有更好的節(jié)能效果，這是其它任何玻璃無法具備的優(yōu)勢。

目前在建筑幕墻上普遍采用的均是Low-E中空玻璃。雖然鋁間隔條的應用使中空玻璃的現(xiàn)代生產成為可能，但其也具有一個不可回避的缺點，那就是隔熱性能不好，間隔條隔熱性能差是中空玻璃失效和內表面結露或者霉變的一個重要的原因。因為鋁間隔條的導熱性能強，使中空玻璃內表面溫度低于中空玻璃中央部分的溫度，這樣不僅造成了屋內夏天的冷負荷增大，冬天的熱損失增大，而且會在窗前形成小范圍的空氣對流，降低室內的舒適度，在嚴重的時候會形成玻璃內表面結露，而長時間的結露會造成中空玻璃失效。

1.3 呼吸式幕墻

呼吸式幕墻由內外兩層玻璃幕墻組成，與傳統(tǒng)幕墻相比，它的最大特點是由內外兩層幕墻之間形成一個通風換氣層，由于此換氣層中空氣的流通或循環(huán)的作用，使內層幕墻的溫度接近室內溫度，減小溫差因而它比傳統(tǒng)的幕墻采暖時節(jié)約能源42%-52%；制冷時節(jié)約能源38%-60%。另外由于雙層幕墻的使用，整個幕墻的隔音效果得到了很大的提高。呼吸式幕墻分為外循環(huán)式和內循環(huán)式兩種，目前國內應用較多的是外循環(huán)式幕墻。

我國第一座超低能耗示范樓于2005年在清華大學落成并對社會開放。該樓位于清華校園東區(qū)，其南立面即采用了雙層呼吸式幕墻，而且內層幕墻采用了真空玻璃復合中空結構的高性能玻璃幕墻。冬季晚上的耗熱比單片白玻璃減少了83%，比普通中空玻璃減少了70%c，比離線Low-E中空玻璃減少了37%。由此可見高性能真空玻璃熱工性能之優(yōu)異，節(jié)能效果之明顯。

▲  北京清華大學超低能耗示范樓

▲  呼吸式幕墻工作原理

2.1 中空玻璃暖邊技術

從2015年開始部分地區(qū)全面執(zhí)行居住建筑節(jié)能75%、公共建筑節(jié)能65%的設計標準。從節(jié)能角度來講，整個建筑的能量損失中約50%是從門窗上損失，對于整幢建筑來說，門窗的面積占建筑面積的比例超過20%，玻璃在門窗中約占70%以上，因此，增強門窗的保溫隔熱性能，減少門窗的能耗， 是改善室內熱環(huán)境和提高建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)，而其中通過玻璃減少的能量損失越來越被重視。因此要減少建筑門窗的能耗，開發(fā)新型的中空玻璃邊部間隔密封材料是關鍵，間隔系統(tǒng)的性能直接決定中空玻璃的節(jié)能和使用壽命。

為了解決中空玻璃邊部的熱損失問題，暖邊間隔條應運而生。何謂暖邊呢？簡而言之，就是暖邊間隔條使中空玻璃里面形成了斷橋。暖邊中空玻璃是相對于傳統(tǒng)鋁間隔條中空玻璃而言，在ISO10077中有明確的定義叫熱改進間隔條，標準中規(guī)定導熱因子 ∑(d×λ)＜0.007W/K。通常來說，采用非金屬材料或非金屬與薄的金屬復合而成的間隔條，基本能夠滿足標準的規(guī)定，因此可以稱為暖邊中空玻璃間隔條；而鋁合金間隔系統(tǒng)的計算結果是0.1120W/K，遠遠大于0.007W/K，所以定義為冷邊系統(tǒng)。

暖邊技術看得見的優(yōu)勢就是防結露，相對于傳統(tǒng)的鋁合金間隔條的中空玻璃，采用暖邊間隔條的中空玻璃有更好的防結露和保溫隔熱功能。目前普遍應用的中空玻璃暖邊系統(tǒng)基本有兩種：一種為低導熱系數的金屬框與密封膠組成的剛性間隔，如泰諾風的GTI不銹鋼暖邊間隔條系統(tǒng)；另一類是以高分子材料為主制成的非剛性間隔條，如熱塑性隔條密封系統(tǒng)（TPS）。

結露不僅發(fā)生在嚴寒地區(qū)。結露的原理：濕度，飽和，露點。滿足了這三點要素，在南方地區(qū)同樣會出現(xiàn)結露的現(xiàn)象。譬如2017年冬季江浙滬地區(qū)出現(xiàn)的極端低溫，很多住宅的窗戶都出現(xiàn)了結露。

▲  普通中空玻璃結露現(xiàn)象

防止玻璃邊緣結露的有效的手段就是提高玻璃內表面溫度。在建筑節(jié)能設計中，最初采用的是普通中空玻璃，其后是Low-E中空玻璃，現(xiàn)在則是暖邊技術的發(fā)展。較高檔的建筑玻璃構件都采用了Low-E中空玻璃內充惰性氣體并配上暖邊技術的方法提高熱工性能，這在發(fā)達國家很普遍。但是在國內推廣難度比較大，主要原因是造價問題。

對中空玻璃而言，暖邊技術已成為一個工業(yè)詞匯。在經歷了幾十年的發(fā)展之后，中空玻璃的結構都基本相似，但隨著材料科學的發(fā)展，玻璃的物理化學性能得到很大的改進，鍍膜玻璃以及各種高分子材料的組合應用，使得中空玻璃的隔熱性能產生很大的變化，能滿足各種不同場合的需要。發(fā)達國家都能根據具體的使用要求設計出各種類型的中空玻璃，并不斷開發(fā)出暖邊間隔物的新品種。我國建設部也已把中空玻璃列為推廣應用的建材節(jié)能產品之一，這使我國中空玻璃的研制和生產面臨著良好的發(fā)展機遇。

中空玻璃的隔熱能力主要來自密封著的空氣層，在溫度為20時，空氣的導熱系數為0.026W/ m?K，而普通透明玻璃板的導熱系數為0.76W/ m?K。在中空玻璃的邊部，由于密封系統(tǒng)與玻璃板緊密接觸，所以是多層平壁之間的傳導傳熱。間隔條材質的導熱系數對熱阻的影響極大，最初使用的鋁質隔條導熱系數大，熱阻小。純鋁的導熱系數為202W/m?K，鋁合金的導熱系數一般也在130~ 150W/m?K。所以，邊部的熱阻遠遠小于中間部分。

采用導熱系數較低的材料替代傳統(tǒng)的鋁質間隔條，能使內層玻璃周邊溫度比過去高，避免內層玻璃邊緣處的結露。由于不銹鋼的導熱系數大大低于鋁，用不銹鋼材料替代鋁質間隔條，它們的導熱系數之比為1:11，所以，可改善中空玻璃邊部熱阻過小的狀況。泰諾風公司的TGI暖邊間隔條就是鋁間隔條的替代產品，由高強度聚丙烯(PP)與不銹鋼薄層(SS)采用熱塑擠壓工藝共擠而成。

鋁間隔條和不銹鋼間隔條均屬于以低導熱系數的金屬框與密封膠組成的剛性間隔，還有一種是以高分子材料為主制成的非剛性間隔條。由于高分子材料導熱系數小，所以采用熱固性材料做間隔條得到很大發(fā)展。

熱塑性間隔條TPS是一種新型的中空玻璃暖邊系統(tǒng)，它是以特殊丁基膠為輔料，填入分子篩的熱塑性隔條?？梢酝昝廊〈鷤鹘y(tǒng)中空鋁條。TPS是一項非常成熟的產品，也是目前全世界節(jié)能效果最好的中空玻璃暖變系統(tǒng)。熱塑性暖邊間隔條熱傳導值只有0.168W/m2?K，是鋁間隔條的1/950，是不銹鋼間隔條的1/85。用熱塑性暖邊間隔條制作的中空玻璃與槽鋁式中空玻璃相比，其邊緣溫度較高，大大提高了中空玻璃的抗冷凝性，是目前最先進的綠色節(jié)能中空玻璃系統(tǒng)。

2.2 真空玻璃的應用

真空玻璃是將兩片平板玻璃四周密閉起來，將其間隙抽成真空并將排氣孔密封，兩片玻璃之間的間隙為0.1-0.2mm，真空玻璃的兩片玻璃一般至少有一片是低輻射玻璃，這樣就將通過真空玻璃的傳導、對流和輻射方式散失的熱降到最低。真空玻璃還有一個更好的功能就是隔音，由于真空層無法傳導噪音，所以真空玻璃可以隔絕百分之九十的噪音。

標準真空玻璃（4+0.3V+4mm）的K值為0.48W/m2?K，比中空玻璃低得多，而且還兼有下列優(yōu)點：

1）由于熱阻高，防結露結霜性能更好

2）由于間隔是真空，因而隔聲性能好，不存在中空玻璃存在的內結霧結露問題，不存在中空玻璃運到高原低氣壓地區(qū)的脹裂問題

3）由于兩片玻璃形成剛性連結，抗風壓強度高于同等厚度玻璃構成的中空玻璃。比如，4mm玻璃構成的真空玻璃，抗風壓強度高于8mm厚玻璃，是兩片4mm 玻璃構成的中空玻璃的一倍半以上

《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2015的頒布實施引起了業(yè)內的普遍關注，建筑節(jié)能新標準對節(jié)能玻璃的應用提出了明確要求?，F(xiàn)代建筑的窗墻面積比越來越大，人們希望公共建筑更加通透明亮，建筑立面更加美觀、形態(tài)更為豐富。如果整幢建筑都采用透明幕墻的話，就需要采用高性能的節(jié)能幕墻。真空玻璃幕墻或者雙層真空玻璃幕墻就是既能夠達到節(jié)能標準，又能滿足通透明亮的高性能節(jié)能玻璃幕墻。

坐落于北京市東城區(qū)東直門立交橋東北角的天恒大廈是世界首座整棟真空玻璃高節(jié)能甲級寫字樓，總建筑面積57238萬平方米，地下4層，地上22層，大樓采用半隱框真空玻璃幕墻，7000平方米，采用真空玻璃鋁合金斷熱窗2500多平方米。

▲  北京天恒大廈

該樓真空玻璃采用真空組合中空的結構，經國家建筑工程質量檢驗中心檢測，其傳熱系數K=1.2W/m2K，達到和超過國標保溫窗最高級10級標準；該真空玻璃的計權隔聲量Rw=36分貝，達到國標隔聲4級的標準。大廈整體運用真空玻璃，單項成本僅提高10%-15%。

2.3 多功能幕墻

除了節(jié)能產品的應用以外，各種新型材料也以幕墻為載體，應用在建筑上。為建筑增添了新的功能。

2.3.1光伏幕墻：光伏建筑一體化(BIPV)技術即將太陽能發(fā)電(光伏)產品集成到建筑上的技術。BIPV即Building Integrated Photovoltaic，其不但具有外圍護結構的功能，同時又能產生電能供建筑使用。將光伏電池元器件（如單晶硅或多晶硅）嵌入兩塊玻璃和透明度高的樹脂中制作成幕墻玻璃板塊，實際上就是太陽能光伏幕墻玻璃。光伏幕墻充分體現(xiàn)了建筑的節(jié)能化與人性化特點。

目前，中國最大的太陽能光電系統(tǒng)安裝在無錫尚能研發(fā)樓及康樂中心光伏玻璃幕墻上?？偯娣e23235㎡，它是集發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一體的新型建筑幕墻，代表著國際上建筑光伏一體化的最新發(fā)展方向。

▲  無錫尚能研發(fā)樓

2.3.2 LED媒體幕墻：現(xiàn)代化都市社會中， LED媒體幕墻已經成為城市藝術的重要展現(xiàn)窗口，它們每天都在展示著城市的各種藝術與廣告信息，并為現(xiàn)代城市創(chuàng)建了科學與藝術結合的新型城市景觀。

LED媒體慕墻是一種基干LED材料顯示技術、多媒體技術和外墻形象的藝術設計創(chuàng)意視角，加上聲音和圖像等設計元素，構成一個新的幕墻藝術形式。它們的大多數表現(xiàn)形式是通過玻璃幕墻LED顯示屏屏等動態(tài)屏幕顯示動態(tài)的視頻及圖片內容，帶給人們與以往不同的體驗。近年來，隨著世界經濟的提高，城市的發(fā)展，現(xiàn)代城市中媒體幕墻藝術形式越來越受到市民歡迎。

越來越多的先進多媒體設備和先進技術出現(xiàn)，通過LED媒體建筑幕墻轉化為美化城市環(huán)境、提高城市藝術氛圍、塑造城市空間藝術的工具，給人們帶來了一種新穎的視覺形式。比如上海浦東震旦大廈、花旗銀行的巨形LED屏幕不僅給人們帶來視覺享受，同時也產生了巨大的經濟收益。

▲  上海浦東—震旦大廈、花旗銀行LED

由澳大利亞COX建筑設計事務所作為外方設計公司，并由Philip Cox本人擔當主設計師的長春國際金融中心項目，創(chuàng)造性地提出了文化建筑的概念，在主樓立面幕墻上，利用LED將書法家舒同的書法作品展示在建筑立面上，實現(xiàn)了文化與建筑的有機結合。

▲  長春國際金融中心

該項目由于窗墻比比較大，玻璃幕墻的傳熱系數限值為1.8W/m2?K。玻璃幕墻構造設計采用22mmPA66GF25隔熱條，夾膠中空玻璃并采用暖邊中空玻璃間隔條，玻璃幕墻整體傳熱系數達到1.78W/m2?K，滿足了規(guī)范要求。   

以上，講述了建筑表皮的新技術應用及發(fā)展趨勢之“玻璃幕墻材料的應用現(xiàn)狀”和“新技術在玻璃幕墻上的應用”兩個主題內容。