第一部分 建筑幕墙
一、建筑幕墙行业的发展历程
1958年著名建筑师密斯·凡·德·罗和菲利普·约翰逊合作设计，建筑设计了第一个全玻璃幕墙建筑。该建筑位于美国纽约市的西格拉姆大厦，高158，米40层，使用了琥珀色着色玻璃，用铜合金做门窗型材。因玻璃幕墙造型简洁、豪华、现代感强，具有很好的装饰效果，当时引起了很大的轰动。特别是用幕墙代替了墙体，自重轻，相当于砖砌体墙体的1/12，混凝土墙体 的1/10;施工周期大大缩短，仅用一般建筑墙体施工周期1/3时间;所以，一时间建筑幕墙在全世界范围内发迅猛展，形成一种流行建筑风格。这个建筑被后人誉为20世纪建筑的丰碑。
1981年，我国第一个大型建筑幕墙工程——北京长城饭店开工。大楼的建筑设计由美国设计师完成，幕墙工程由比利时沙马贝尔门窗公司设计，幕墙面积2.3万平方米，由北京门窗公司(当时北京钢窗厂)组装。 当时中国没有相关的幕墙材料，全部的铝型材、 磁控溅射镀膜玻璃、门窗配件等材料都是用集装箱直接从国外进口，国内只负责组装和安装。这个工程从此拉开了我国建筑幕墙生产的序幕。
二、建筑幕墙行业的总规模
目前中国是全世界最大的建筑幕墙制造和使用国家，近些年建筑幕墙年的年竣工面积约1亿平方米，产值约1500亿元人民币。幕墙产业的发展也带动建筑施工向轻型、快捷、节能方向发展。同时也带动了建筑玻璃、铝型材、建筑密封胶、门窗五金配件、加工设备等10多个相关产业的综合发展。
我们行业企业的规模迅速增长，住建部颁发建筑幕墙专项企业资质，一级幕墙资质企业300家，二级幕墙资质企业1120家，铝门窗企业约6500家，建筑铝型材生产企业，约750家，建筑玻璃生产企业约300家，建筑密封胶企业约200家。
近年来，我国建筑幕墙行业发展很快，总产值从2003年的364亿元增长到2012年的996亿元，10年增长近两倍。门窗的发展情况和幕墙大致相仿，幕墙的总产值从低于门窗产值发展到高于门窗。
三、我国建筑幕墙的基本分类和代表性工程
建筑幕墙以结构分类有：框架式幕墙、单元式幕墙、双层幕墙、索结构幕墙、玻璃采光顶、屋面幕墙、网索幕墙、陶板幕墙、膜结构幕墙、金属板幕墙、金属遮阳板。按饰面分类有：玻璃幕墙、铝板幕墙、石材幕墙、人造板幕墙等。
1.单元式玻璃幕墙
其中单元式玻璃幕墙是近15年来世界最流行的幕墙施工技术，德国等外发达国家最先使用，我国最先使用的是在上海浦东新区的部分高层建筑，单元式幕墙把铝型材、玻璃、配件全部在工厂里预先组装好，成为幕墙单元板块，板块运到工地，在建筑工地将幕墙单元板块一片片安装到大楼。
(单元式幕墙板块)
(北京央视大楼)
单元式幕墙是把在工厂里组装好的幕墙单元板块直接安装在土建工程或钢结构工程的金属预埋件上，现在单元式幕墙是主流，采用积木式垒积。单元式幕墙有以下技术特点：
1. 单元板块在工厂内组装，制造精度高，生产效率高;
2. 减少了恶劣环境下现场施工难度，减少了现场施工工人;
3. 施工进度加快，缩短施工周期;
4. 超高层建筑施工方便。
2.点驳接式玻璃幕墙
点驳接式玻璃幕墙采用轻金属框架结构和金属索机构，利用金属驳接爪，把玻璃固定在金属框架上。点驳接玻璃幕墙结构通透，视觉效果好，近些年主要使用在大型公共建筑中。机场、博物馆、展览馆、酒店大堂。点驳接玻璃幕墙的缺点是节能效果差，不利于现代建筑节能。点驳接工程的玻璃可以做成曲面，以适应现代建筑的复杂设计构造和曲面特殊要求。
工程名称：保利大厦
幕墙面积：7500 平方米
幕墙类型：点驳接式幕墙
幕墙特点：中心单索幕墙
施工单位：沈阳远大铝业公司
工程名称：广州新白云机场
幕墙面积：15700 平方米
幕墙类型：点驳接式幕墙
幕墙特点：点驳接幕墙、拉索幕墙、网索幕墙。
施工单位：深圳三鑫幕墙公司、中山盛兴幕墙公司
1994年9月，上海大剧院工程开始施工，建筑设计由法国夏邦杰及华东建筑设计研究院，我国第一个点驳接玻璃幕墙工程。设计师通过透明的玻璃、充足的光线、流畅的线条，朴实有力的造型将剧院设计为 “开放的宫殿”， 当时造价每平方米12000元。
(上海大剧院)
1998年3月28日，我国第一个大型点驳接玻璃幕墙工程——北京植物园展览温室动工兴建，珠海晶艺玻璃幕墙公司设计施工。建筑设计有北京建筑设计研究院设计，获全国第十届优秀程设计金奖。当时缺少施工技术，建造难度极大。由于当时钢结构技术不成熟，误差较大，工程所使用的三维曲面玻璃从工厂完成空运到施工现场，多次无法配合安装，耗费了大量的人力物力。
(北京植物园展览温室)
北京天文馆新馆是点驳幕墙的良好展现，设计者将北京天文馆新馆当成一个表现相对论、弦体理论等现代天体物理学抽象理论的舞台，新馆也因此成了浩瀚宇宙的缩影，具有神秘而深邃的气质。从北侧西直门外大街看去，新馆就像是一个通体透明的玻璃盒子，北侧立面是一面30米高的玻璃幕墙，幕墙在靠近老馆穹顶的部分柔缓地弯曲，这一设计理念来自相对论中关于大质量物体的引力可以使其周围空间弯曲的理论。而入口大门处的幕墙弯曲成双曲面洞口，仿佛是多维时空之间穿梭的捷径———“虫洞”。玻璃幕墙里面4个形状不规则的玻璃桶体扭曲着挣脱玻璃盒子的束缚伸出屋面，仿佛在随风摇曳，这独特的建筑形象的灵感源自量子物理学中的弦体理论。
玻璃工程分成三个主要部分：北立面幕墙以及采光顶、马鞍形玻璃通道、四个空间钢结构玻璃旋体。在四个玻璃旋体内部分别布置多功能厅、动感影剧院、天文观测台等功能建筑。马鞍形玻璃通道贯穿整个建筑，将北立面的玻璃幕墙和南立面的石材幕墙连接。用玻璃与钢结构的有机结合体现了过去与未来、艺术与自然的和谐统一。四个各具特色空间玻璃旋体的共同特点是在竖向坐标的一系列圆心随着高度的变化，在空间不断飘移，每一层玻璃水平分割线的圆心坐标位置各不一样，最大相差3670mm,并由半径不断变化的圆弧在空间组合形成空间弧面。空间玻璃旋体钢结构的设计、施工难点在于结构空间组合的任意性。共计320根体形各异的钢管需要进行空间三维加工,其中主管为φ159×6mm，次管为120×60×5mm矩形管，结构与玻璃板面是通过不锈钢爪件连接，安装精度要求极高。在6200个玻璃安装点上，每个点的尺寸误差都必须控制在±2mm之内。
玻璃采光顶也可以做成马鞍形，高装技术难度高。
(玻璃采光顶)
3.陶土板幕墙技术
近年新兴起人造板幕墙技术，应用较多的便是陶土板。幕墙干挂陶瓷板是采用天然陶土材料挤压成型后经高温1260度炉窑烧。挤压工艺突出了陶瓷板结构，重量轻、色彩丰富、表面的特殊质感给建筑设计师提供了很大的选择余地和创造空间。陶土板特性，天然瓷土、陶土，石英沙，烧就而成。低吸水率，高强度15mm板的强度应力900N。陶瓷板的釉面板Hydrotect涂层中的二氧化钛，具有自洁功能。陶土板幕墙主要用于幕墙外装饰板材，主要用于建筑高度低于100米的建筑外墙板。
陶土板幕墙板块
(陶土板幕墙)
(陶土板幕墙)
4. 膜结构幕墙
国家游泳中心(水立方)
国家游泳中心(水立方)就是这种迷墙技术应用的典型案例。这个项目的建筑设计由中国建筑工程总公司、澳大力亚PTW公司、澳大利亚ARPU公司联合完成，建筑幕墙由沈阳远大幕墙公司、德国FOILTEC公司联合设计施工。该建筑特点是屋盖、外墙和隔墙内外表面采用ETFE薄膜(0.2毫米)充气气枕镶嵌在铝合金框格中，每一个气枕配一个气泵，气体不足时会自动充气，保持饱满。外观犹似水分子结构、生物细胞或化学晶体，感觉象水泡沫在闪光，造成一种神秘感。膜结构技术存在争议，水立方之后很少有应用。
三、超高层建筑上的幕墙应用技术
近年来我国超高层建筑非常之多，应该是全世界超高层建筑发展最快的一个国家。下面介绍今年来比较精典的超高层建筑的幕墙应用。
1.深圳平安金融中心
深圳平安金融中心目前土建刚开始施工，建筑高度660米，建筑顶端约有100米的塔尖，建筑高度是世界第四位。建筑幕墙面积17500平方米，采用单位式幕墙。该工程由沈阳远大工程公司施工。
2. 广州东塔
广州的东塔，建筑高度530米，建筑幕墙面积12000平方米，全单位式幕墙，特点是由47000块陶土板做成的陶土板幕墙，也是目前世界上应用在500米以上最高的超高层陶土板幕墙，十分有特色。
3. 深圳京基金融中心
深圳京基金融中心目前已经基本完工了。建筑高度441米，建筑幕墙面积9000平方米，采用单位式幕墙。该工程由沈阳远大工程公司施工。
4.东方之门
东方之门建筑高度300米，由于江苏地区要求强制外遮阳，所以全部大楼都使用了外遮阳系统。由全国最大的工装的幕墙装饰企业金螳螂装饰公司施工。
5.广东西塔
广东西塔是全世界目前最大的隐框幕墙，也是全世界的最高的隐框幕墙。广州西塔幕墙非常庞大，最大的板块约6米左右。如此巨大的板块完全用结构密封胶来粘贴确实让人有些疑虑，而且幕墙建筑高度达432米，已经也超出了102规范的使用范畴，同时也出过了硅酮结构密封胶的国家标准的使用范围。所以对该工程由建设部标准定额司特别召开了一个标准行政许可会。对超出标准规定的隐框玻璃幕墙使用的硅酮结构密封胶进行了一个专门的研究，同时做了大量的实验。最后使用“广州白云”高强度密封胶制做全隐框幕墙，目前的使用非常良好。幕墙工程由深圳金粤幕墙公司施工。
6. 上海中心大厦
上海中心大厦是目前为止使用楼层最高的中国建筑，建筑高度632米，121层，采用单位式幕墙，建筑幕墙面积12500平方米。该建筑非常奇特的，20300多块玻璃板块，每块都不相同，它的特色的不仅是高度，它一共分成了9个区，每个区都是独立生活区，最底下作为商业区，从第二区一直到第六区全部作为写字楼，七、八区作为酒店，九区为观光区，设有空中走廊，可以鸟瞰上海，并设有一些餐厅。由三家企业合作施工。
第二部分：建筑幕墙的节能
我国的建筑节能主要分为四个区域，一类是北方地区以保温为核心的节能，相对比较完善;一类是夏热冬暖地区的建筑节能，再一类是夏热冬冷地区，夏热冬暖节能的标准和体系的发展比保温地区稍慢。目前，夏热冬暖地区主要发展遮阳系统。江苏地区去年提出将门窗的外遮阳作为强制标准的要求，新建建筑都必须有外遮阳，但是现在也是刚刚在开始不久，对整个的遮阳系统的完善还需要一个过程。
一、门窗幕墙的遮阳系统
在我国夏热冬暖地区地区的主要节能措施是夏季的门窗遮阳技术;建筑构件主要为窗口式遮阳系统(以外凸式建筑构件为主);外置幕墙、门窗遮阳系统;门窗玻璃遮阳系统分为外置、中置、内置遮阳系统;利用后期绿色植物处理的遮阳方式。遮阳对于室内温度的影响非常大。
1.外置式遮阳系统
幕墙、门窗外遮阳系统分为以下四种：
(1)外置百叶窗(木质、铝合金、钢制);
(2)外置遮阳卷帘(铝合金、钢制、PVC);
(3)建筑幕墙大型遮阳装置(铝合金遮阳棚、自动翻转、垂直翼片);
(4)遮阳棚。
较为常见的外遮阳装置有卷帘窗、外遮阳帘、遮阳板。
(百叶窗)
(卷帘)
(遮阳棚)
2.中置式遮阳系统
中置式遮阳系统分为以下三种：
(1)低辐射Low-E玻璃(镀膜放置在第2面或第3面上);
(2)中置式遮阳卷帘(中空玻璃中置);
(3)双层幕墙。
(低辐射Low-E玻璃)
(中置百叶窗)
(双层低幅射幕墙)
3.内置式遮阳系统
门窗内置遮阳系统分为以下两种：
(1)室内遮阳帘装置
(2)内置遮阳百叶(中空玻璃中置)。
三种遮阳方式，效果依次为外置、中置、内置，外置遮阳阻挡阳光进入室内为86%，内置为65%。但总体上遮阳系统效果明显，能有效保护室内温度。
二、铝合金门窗的保温技术
我国建筑节能政策总体目标要求到2020年，我国的住宅和公共建筑建造和使用的能源消耗要接近或达到现阶段中等发达国家的水平。在2010年，全国城镇新建建筑实现节能50%，即有建筑节能改造逐步开展，大城市完成改造面积25%，中等城市完成15%，小城市完成10%。到2015年，城镇新建建筑执行不低于65%的建筑节能标准，城镇新建建筑95%达到建筑节能强制性标准的要求。鼓励北京等四个直辖市和有条件的地区率先实施节能75%的标准。
2011年，北京市住建委发布了《北京市“十二五”时期民用建筑节能规划》规定要求建筑外窗、阳台门的平均传热系数达到1.5～2.0W/m²· K，北京市将率先实施75%的居住建筑节能设计标准，到2015年，北京市市建筑节能与绿色建筑工作将保持国内领先水平，达到国际先进水平。
(冬季房间散失的热量)
(夏季进入房间的热量)
由于建筑能耗50%是从门窗流失，所以建筑节能门窗是关键，门窗质量将在很大程度上决定了建筑的气密性能、水密性能、隔声性能、保温性能、抗风压性能、采光性能。在中国建筑设计应该首先考虑门窗节能，中国分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬暖地区、夏热冬冷地区，门窗的设计和使用要遵从所属区域气温要求。其次要考虑雨水分布，如海南雨水分布较多，西北雨水较少，门窗设计必须针对其特性。
1.建筑门窗节能的主要途径
建筑门窗节能的主要途径在于使用高质量原材料，如多腔型材、隔热型材，中空玻璃、Low-E玻璃、真空玻璃，优质五金件、密封材料和等压原理设计，其次是门窗遮阳系统。铝合金门窗节能主要通过采用穿条式隔热铝材、浇注式隔热铝材等优质型材及铝木复、铝塑复合等复合材料，再配以中空玻璃、真空玻璃和遮阳百叶来实现。
2.铝合金型材的节能技术应用
铝合金型材由两种不同的工艺形成两种型材。(1)穿条式铝合金型材，先将铝型材滚齿，再将PA断热条穿条，最后铝型材压合。(2)浇注式铝合金型材，先加工铝型材，再灌注聚亚胺脂，最后切断铝桥。
铝型材在断变化，英国早年铝型材K值在3.6，而到了2010年达到了1.8，德国早年U值在3.5，现在可以达到1.6。
铝木复合门窗分为木包铝和铝包木两种，通过尼龙卡件将铝材和木材结合在一起的新型门窗。铝包木以木材为主，将薄的木片胶合成为集成材，尺寸稳定性更高，而且可胶合成大尺寸的窗框料。木包铝则以铝为主。
(铝包木窗)
(木包铝窗)
(铝塑复合窗)
3. 建筑玻璃的节能技术应用
建筑玻璃演变和技术发展极为迅速，近年已出现多种节能玻璃。
(1)吸热玻璃，是在玻璃本体内掺入金属离子使其对太阳能有选择地吸收，吸热玻璃的节能是通过太阳光透过玻璃时将光能转化为热能而被玻璃吸收，从而减少太阳能进入室内。
(2)镀膜玻璃，磁控溅射镀膜玻璃在建筑上应用主要是热反射玻璃，在玻璃表面镀上金属薄膜使其具有一定的反射效果，能将太阳能反射回大气中而达到阻挡太阳能进入室内使太阳能不在室内转化为热能的目的。太阳能进入室内的量少，但是玻璃的可见光透过率会随着反射率的升高而降低，影响采光效果，太高的玻璃反射率也可能出现光污染问题。
(3)中空玻璃，中空玻璃由于在两片玻璃之间形成了被限制了流动的空气层，从而减少了玻璃的对流和传导传热，因此它具有了较好的隔热能力。中空玻璃使用两种胶密封施工工艺，丁基热溶胶和聚硫胶或硅酮密封胶，使用装分子筛的金属间隔条，或热熔密封间隔条，能有效的提高隔热性。注入不同惰性气体后，隔热性能将有不同程度的提高。
(4)低辐射镀膜玻璃Low-E玻璃，这种玻璃是一种对波长范围4.5μm～25μm的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃。低辐射镀膜玻璃还可以复合阳光控制功能。冬季，它对室内物体散发的热辐射，像热反射镜一样，将部分辐射热反射回室内。夏季，它可以阻止室外热辐射进入室内，Low-E玻璃的可见光反射率一般在11%以下，与普通白玻相近，低于普通阳光控制镀膜玻璃的可见光反射率，可避免造成反射光污染。
(5)真空玻璃，真空玻璃是目前节能效果最好的玻璃，基于保温瓶原理，将两片平板玻璃四周密封起来，将其间隙抽成真空并密封排气口。两片平板玻璃之间的间隙为0.1-0.2mm。真空层内有规则排列直径0.5mm的细小支撑物，并放有吸气剂,真空度优于0.1Pa。真空玻传热系数K值0.9--0.7W/㎡K。隔热性能是普通中空玻璃的2—3倍。隔声性能Rw≥35dB，特殊隔声组合真空玻璃可达到Rw≥45dB。由于真空层有效地阻隔了声音的传递，特别是对于穿透性较强的中低频率，效果更佳。
(6)玻璃贴膜技术，最早的玻璃贴膜技术应用在汽车玻璃贴膜，建筑玻璃贴膜常用的玻璃贴膜技术可见光透过率87%，隔热率30%，遮蔽系数0.92，可见光反射率7%，太阳能吸收率35%，广泛应用于既有建筑节能改造。
3.门窗密封材料的节能技术应用
门窗密封是衡量门窗质量的一个重要指标，不仅直接关系到门窗的气密性和水密性，对门窗的热传导指标也有着重要影响。
