建筑自诞生之日起，就以某种特定的形式呈现在人类的面前。在构成建筑的诸多要素中，建筑表皮给人的印象最为直接和深刻。建筑表皮是包裹着建筑内部使用空间的物质元素，是分隔室内外的介质，也是塑造建筑表情和风格的关键。建筑表皮的具体做法和最终形式反映了不同时期、不同地域、不同国家、不同文化下的建筑水平和审美倾向。在当代建筑设计中，建筑表皮材料种类繁多，组合方式多种多样，尤其是现代科学技术的发展，导致建筑材料的使用方法越来越巧妙，一些传统的建筑表皮材料也获得了新生，从而创造出前所未有的建筑形式。

建筑幕墙是建筑外围护表皮的形式之一。建筑幕墙从20世纪70年代末期进入我国，迄今为止已经有30多年的历史。在这短暂的30多年里，中国发展成了世界第一幕墙生产大国和使用大国，幕墙的年产量和总拥有量均为世界之最，在幕墙产品的质量和档次上也有了很大的提升，幕墙技术也有了极大的提高，建筑幕墙近些年来在我国的发展形势有目共睹。

建筑幕墙按照其面板材料可以分为：玻璃幕墙、金属板幕墙、石材幕墙和人造板幕墙等。

用金属板材作为建筑外表皮是当代建筑的一个重要特点。利用金属材料平滑、冷峻的质地，建筑师们打造出一个个具有未来派风格的建筑。金属板材的种类比较多，如铝板、不锈钢板、铜片、钛锌板等。另外，不同的加工方法也会让同样的材料有不同的效果，如整片的铝板和穿孔铝板的效果就截然不同。美国著名建筑师弗兰克·盖里在西班牙的古根海姆艺术博物馆的表皮上覆盖了银光闪闪的钛合金板；纽约洛杉矶的迪斯尼音乐厅的表皮则是银色的不锈钢板。

石材是建筑最早使用的材料之一，具有相对良好的耐久性能。世界上许多古老的建筑都是以石材作为主要的建筑材料，石材在如今的建筑环境中依然被普遍使用。天然石材结构均匀，质地坚硬，耐磨损，颜色美观，外观色泽可保持百年以上。正因其具有得天独厚的物理特性加上它美丽的花纹，使得它成为建筑的上好材料，是众多建筑师和开发商比较喜欢使用的装饰材料。除通常采用的花岗岩、大理石，洞石、砂岩、火山石等天然石材外，越来越多的人造板材也应用在建筑外墙上。譬如陶板、瓷板、微晶石板等。

建筑设计的需求促进幕墙技术的进步，也带动了相关面板材料研制创新，新型材料的出现也进而推动了建筑幕墙的发展和创新。位于广州天河区珠江新城CBD中心地段的广州东塔-周大福金融中心正是由于建筑师的大胆设想，使得我国传统冰纹工艺的釉面陶板有了技术上的突破，并被首次应用在530米高的建筑外墙上，成为目前全球最高的陶板项目。

不同种类的幕墙，因使用场合的不同有着不同的功能。建筑玻璃幕墙作为建筑的外围护结构之一，起到遮风挡雨、保温隔热、隔声降噪的功能。它不仅体现建筑学、美学、结构设计的最佳结合，而且把玻璃的多种功能也完美体现出来。随着科学技术的发展，高层、超高层建筑不断涌现，为了减轻主体结构的荷载，建筑幕墙成为建筑外围护结构的首选。

由于建筑效果和采光的要求，玻璃幕墙无疑是在建筑外表皮中应用最多的形式。而通常对玻璃的运用，是发挥其澄净、透明的特点，将室外的景物一览无遗，创造室内外的交流的外围护体系。随着工业技术的发展，现在的玻璃可以是透明的，也可以是半透明或不透明的。而且，新技术、优良的绝缘性能和荷载潜力已经改变了我们对玻璃的认知。借助于科学技术的发展和设计师的巧妙构思，玻璃由传统的窗户和幕墙转变为风姿绰约、千变万化的建筑外表皮，在发挥其建筑外围护功能的同时表现其瑰丽的装饰效果。

建筑幕墙同传统的墙体相比较，重量减轻了很多，但是能耗非常大，因此建筑的窗户和幕墙仍是建筑围护结构节能最薄弱的环节。在我国的能耗结构中，建筑能耗占到总能耗的40%以上，而通过门窗流失的能耗占到了建筑能耗51%，我国目前已将节能门窗纳入节能减排战略，制定节能门窗的标准，其中空玻璃间隔条的作用至关重要。随着节能要求的提高，越来越多的节能材料和技术将应用在建筑外表皮上。

1.1 中空玻璃的应用

在中空玻璃出现之前，房屋多使用双层窗，后来又采用双层玻璃，直到1865年美国人发明了中空玻璃。随着技术的进步而不断改进，目前的中空玻璃是用两片（或三片）玻璃，使用高强度高气密性复合粘结剂，将玻璃片与内含干燥剂的铝合金框架粘结，制成的高效能隔音隔热玻璃。中空玻璃因两层玻璃之间有一个空腔，减少了热的传导，起到了保温作用，因此也叫保温玻璃，是一种良好的隔热、隔声、美观适用、并可降低建筑物自重的建筑材料，中空玻璃多种性能优越于普通双层玻璃而一直被采用。中空玻璃要减少气体传热，还可用大分子量的气体（如惰性气体：氩、氪、氙）来代替空气，以提高保温隔热性能。

1.2 Low-E玻璃的应用

Low-E是英文Low Emissivity的简称，为低辐射镀膜玻璃，是相对热反射玻璃而言的一种节能玻璃。

随着对建筑物性能要求的不断提高，人们在选择建筑物的玻璃门窗时，除了考虑其美学和外观特征外，更注重其热量控制、制冷成本和内部阳光投射舒适平衡等问题。这就使得镀膜玻璃家族中的新贵——Low-E玻璃脱颖而出，成为人们关注的焦点。

Low-E具有优异的热性能。外门窗玻璃的热损失是建筑物能耗的主要部分，占建筑物能耗的50%以上。有关研究资料表明，玻璃内表面的传热以辐射为主，占58%，这意味着要从改变玻璃的性能来减少热能的损失，最有效的方法是抑制其内表面的辐射。普通浮法玻璃的辐射率高达0.84，离线单银Low-E玻璃的E值可以达到0.06，这种低辐射膜系对远红外热辐射的反射率很高，能将80%以上的远红外热辐射反射回去，从而避免了由于自身温度提高产生的二次热传递，所以Low-E玻璃具有很低的传热系数，具有良好的阻隔热辐射透过的作用。用Low-E玻璃制造建筑物门窗，夏季可大大降低因辐射而造成的室外热能向室内的传递，冬季也可以减少室内热量项室外传递而增加制暖能耗，达到理想的节能效果。

Low-E玻璃目前分两种：在线Low-E玻璃和离线Low-E玻璃。在线LOW-E玻璃品种单一，离线Low-E玻璃品种多样，根据不同气候特点可以制作高、中、低多种透过率产品，并且颜色上有银灰、浅灰、浅蓝和无色透明等，用着色玻璃还可制作绿色等其他多种颜色。

Low-E玻璃又分为单银Low-E玻璃、双银Low-E玻璃和三银Low-E玻璃。任何镀膜玻璃在限制太阳热辐射透过的同时都会不同程度地限制可见光的透过。双银Low-E玻璃比单银Low－E玻璃能够阻挡更多的太阳热辐射热能。换句话说，在透光率相同情况下，双银Low-E具有更低的遮阳系数Sc，能更大限度地将太阳光过滤成冷光源。

双银Low-E玻璃传热系数较单银Low-E更低，能进一步提高外窗的保温性能，真正达到冬暖夏凉。简单来说，由于双银Low-E玻璃大大减少了室内外环境透过玻璃进行的热量交换，因此当空调进行制暖或者制冷时，在室内温度达到了设定温度后，空调就能够更长时间的处于待机状态，从而节省耗电量。

▲  中空玻璃透过的太阳光能量分配

双银Low-E玻璃的优势：

1）在相同玻璃组合下，双银Low-E玻璃比单银LOW-E具有更低的辐射率和更低的传热系数（U值）。

2）双银Low-E玻璃具有更低的遮阳系数即Sc值。

3）在遮阳系数（Sc值）相同的情况下，可见光透过率比单银Low-E更高。总之，双银Low-E玻璃突出地强调了玻璃对太阳热辐射的遮蔽效果，将玻璃的高透光性与太阳热辐射的低透过性巧妙地结合在一起，成功地解决了高透光与低U值、Sc值的双重优势并存的难题，因此具有更好的节能效果，这是其它任何玻璃无法具备的优势。

目前在建筑幕墙上普遍采用的均是Low-E中空玻璃。虽然铝间隔条的应用使中空玻璃的现代生产成为可能，但其也具有一个不可回避的缺点，那就是隔热性能不好，间隔条隔热性能差是中空玻璃失效和内表面结露或者霉变的一个重要的原因。因为铝间隔条的导热性能强，使中空玻璃内表面温度低于中空玻璃中央部分的温度，这样不仅造成了屋内夏天的冷负荷增大，冬天的热损失增大，而且会在窗前形成小范围的空气对流，降低室内的舒适度，在严重的时候会形成玻璃内表面结露，而长时间的结露会造成中空玻璃失效。

1.3 呼吸式幕墙

呼吸式幕墙由内外两层玻璃幕墙组成，与传统幕墙相比，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%。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。呼吸式幕墙分为外循环式和内循环式两种，目前国内应用较多的是外循环式幕墙。

我国第一座超低能耗示范楼于2005年在清华大学落成并对社会开放。该楼位于清华校园东区，其南立面即采用了双层呼吸式幕墙，而且内层幕墙采用了真空玻璃复合中空结构的高性能玻璃幕墙。冬季晚上的耗热比单片白玻璃减少了83%，比普通中空玻璃减少了70%c，比离线Low-E中空玻璃减少了37%。由此可见高性能真空玻璃热工性能之优异，节能效果之明显。

▲  北京清华大学超低能耗示范楼

▲  呼吸式幕墙工作原理

2.1 中空玻璃暖边技术

从2015年开始部分地区全面执行居住建筑节能75%、公共建筑节能65%的设计标准。从节能角度来讲，整个建筑的能量损失中约50%是从门窗上损失，对于整幢建筑来说，门窗的面积占建筑面积的比例超过20%，玻璃在门窗中约占70%以上，因此，增强门窗的保温隔热性能，减少门窗的能耗， 是改善室内热环境和提高建筑节能的重要环节，而其中通过玻璃减少的能量损失越来越被重视。因此要减少建筑门窗的能耗，开发新型的中空玻璃边部间隔密封材料是关键，间隔系统的性能直接决定中空玻璃的节能和使用寿命。

为了解决中空玻璃边部的热损失问题，暖边间隔条应运而生。何谓暖边呢？简而言之，就是暖边间隔条使中空玻璃里面形成了断桥。暖边中空玻璃是相对于传统铝间隔条中空玻璃而言，在ISO10077中有明确的定义叫热改进间隔条，标准中规定导热因子 ∑(d×λ)＜0.007W/K。通常来说，采用非金属材料或非金属与薄的金属复合而成的间隔条，基本能够满足标准的规定，因此可以称为暖边中空玻璃间隔条；而铝合金间隔系统的计算结果是0.1120W/K，远远大于0.007W/K，所以定义为冷边系统。

暖边技术看得见的优势就是防结露，相对于传统的铝合金间隔条的中空玻璃，采用暖边间隔条的中空玻璃有更好的防结露和保温隔热功能。目前普遍应用的中空玻璃暖边系统基本有两种：一种为低导热系数的金属框与密封胶组成的刚性间隔，如泰诺风的GTI不锈钢暖边间隔条系统；另一类是以高分子材料为主制成的非刚性间隔条，如热塑性隔条密封系统（TPS）。

结露不仅发生在严寒地区。结露的原理：湿度，饱和，露点。满足了这三点要素，在南方地区同样会出现结露的现象。譬如2017年冬季江浙沪地区出现的极端低温，很多住宅的窗户都出现了结露。

▲  普通中空玻璃结露现象

防止玻璃边缘结露的有效的手段就是提高玻璃内表面温度。在建筑节能设计中，最初采用的是普通中空玻璃，其后是Low-E中空玻璃，现在则是暖边技术的发展。较高档的建筑玻璃构件都采用了Low-E中空玻璃内充惰性气体并配上暖边技术的方法提高热工性能，这在发达国家很普遍。但是在国内推广难度比较大，主要原因是造价问题。

对中空玻璃而言，暖边技术已成为一个工业词汇。在经历了几十年的发展之后，中空玻璃的结构都基本相似，但随着材料科学的发展，玻璃的物理化学性能得到很大的改进，镀膜玻璃以及各种高分子材料的组合应用，使得中空玻璃的隔热性能产生很大的变化，能满足各种不同场合的需要。发达国家都能根据具体的使用要求设计出各种类型的中空玻璃，并不断开发出暖边间隔物的新品种。我国建设部也已把中空玻璃列为推广应用的建材节能产品之一，这使我国中空玻璃的研制和生产面临着良好的发展机遇。

中空玻璃的隔热能力主要来自密封着的空气层，在温度为20时，空气的导热系数为0.026W/ m•K，而普通透明玻璃板的导热系数为0.76W/ m•K。在中空玻璃的边部，由于密封系统与玻璃板紧密接触，所以是多层平壁之间的传导传热。间隔条材质的导热系数对热阻的影响极大，最初使用的铝质隔条导热系数大，热阻小。纯铝的导热系数为202W/m•K，铝合金的导热系数一般也在130~ 150W/m•K。所以，边部的热阻远远小于中间部分。

采用导热系数较低的材料替代传统的铝质间隔条，能使内层玻璃周边温度比过去高，避免内层玻璃边缘处的结露。由于不锈钢的导热系数大大低于铝，用不锈钢材料替代铝质间隔条，它们的导热系数之比为1:11，所以，可改善中空玻璃边部热阻过小的状况。泰诺风公司的TGI暖边间隔条就是铝间隔条的替代产品，由高强度聚丙烯(PP)与不锈钢薄层(SS)采用热塑挤压工艺共挤而成。

铝间隔条和不锈钢间隔条均属于以低导热系数的金属框与密封胶组成的刚性间隔，还有一种是以高分子材料为主制成的非刚性间隔条。由于高分子材料导热系数小，所以采用热固性材料做间隔条得到很大发展。

热塑性间隔条TPS是一种新型的中空玻璃暖边系统，它是以特殊丁基胶为辅料，填入分子筛的热塑性隔条。可以完美取代传统中空铝条。TPS是一项非常成熟的产品，也是目前全世界节能效果最好的中空玻璃暖变系统。热塑性暖边间隔条热传导值只有0.168W/m2•K，是铝间隔条的1/950，是不锈钢间隔条的1/85。用热塑性暖边间隔条制作的中空玻璃与槽铝式中空玻璃相比，其边缘温度较高，大大提高了中空玻璃的抗冷凝性，是目前最先进的绿色节能中空玻璃系统。

2.2 真空玻璃的应用

真空玻璃是将两片平板玻璃四周密闭起来，将其间隙抽成真空并将排气孔密封，两片玻璃之间的间隙为0.1-0.2mm，真空玻璃的两片玻璃一般至少有一片是低辐射玻璃，这样就将通过真空玻璃的传导、对流和辐射方式散失的热降到最低。真空玻璃还有一个更好的功能就是隔音，由于真空层无法传导噪音，所以真空玻璃可以隔绝百分之九十的噪音。

标准真空玻璃（4+0.3V+4mm）的K值为0.48W/m2•K，比中空玻璃低得多，而且还兼有下列优点：

1）由于热阻高，防结露结霜性能更好

2）由于间隔是真空，因而隔声性能好，不存在中空玻璃存在的内结雾结露问题，不存在中空玻璃运到高原低气压地区的胀裂问题

3）由于两片玻璃形成刚性连结，抗风压强度高于同等厚度玻璃构成的中空玻璃。比如，4mm玻璃构成的真空玻璃，抗风压强度高于8mm厚玻璃，是两片4mm 玻璃构成的中空玻璃的一倍半以上

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015的颁布实施引起了业内的普遍关注，建筑节能新标准对节能玻璃的应用提出了明确要求。现代建筑的窗墙面积比越来越大，人们希望公共建筑更加通透明亮，建筑立面更加美观、形态更为丰富。如果整幢建筑都采用透明幕墙的话，就需要采用高性能的节能幕墙。真空玻璃幕墙或者双层真空玻璃幕墙就是既能够达到节能标准，又能满足通透明亮的高性能节能玻璃幕墙。

坐落于北京市东城区东直门立交桥东北角的天恒大厦是世界首座整栋真空玻璃高节能甲级写字楼，总建筑面积57238万平方米，地下4层，地上22层，大楼采用半隐框真空玻璃幕墙，7000平方米，采用真空玻璃铝合金断热窗2500多平方米。

▲  北京天恒大厦

该楼真空玻璃采用真空组合中空的结构，经国家建筑工程质量检验中心检测，其传热系数K=1.2W/m2K，达到和超过国标保温窗最高级10级标准；该真空玻璃的计权隔声量Rw=36分贝，达到国标隔声4级的标准。大厦整体运用真空玻璃，单项成本仅提高10%-15%。

2.3 多功能幕墙

除了节能产品的应用以外，各种新型材料也以幕墙为载体，应用在建筑上。为建筑增添了新的功能。

2.3.1光伏幕墙：光伏建筑一体化(BIPV)技术即将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。BIPV即Building Integrated Photovoltaic，其不但具有外围护结构的功能，同时又能产生电能供建筑使用。将光伏电池元器件（如单晶硅或多晶硅）嵌入两块玻璃和透明度高的树脂中制作成幕墙玻璃板块，实际上就是太阳能光伏幕墙玻璃。光伏幕墙充分体现了建筑的节能化与人性化特点。

目前，中国最大的太阳能光电系统安装在无锡尚能研发楼及康乐中心光伏玻璃幕墙上。总面积23235㎡，它是集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一体的新型建筑幕墙，代表着国际上建筑光伏一体化的最新发展方向。

▲  无锡尚能研发楼

2.3.2 LED媒体幕墙：现代化都市社会中， LED媒体幕墙已经成为城市艺术的重要展现窗口，它们每天都在展示着城市的各种艺术与广告信息，并为现代城市创建了科学与艺术结合的新型城市景观。

LED媒体慕墙是一种基干LED材料显示技术、多媒体技术和外墙形象的艺术设计创意视角，加上声音和图像等设计元素，构成一个新的幕墙艺术形式。它们的大多数表现形式是通过玻璃幕墙LED显示屏屏等动态屏幕显示动态的视频及图片内容，带给人们与以往不同的体验。近年来，随着世界经济的提高，城市的发展，现代城市中媒体幕墙艺术形式越来越受到市民欢迎。

越来越多的先进多媒体设备和先进技术出现，通过LED媒体建筑幕墙转化为美化城市环境、提高城市艺术氛围、塑造城市空间艺术的工具，给人们带来了一种新颖的视觉形式。比如上海浦东震旦大厦、花旗银行的巨形LED屏幕不仅给人们带来视觉享受，同时也产生了巨大的经济收益。

▲  上海浦东—震旦大厦、花旗银行LED

由澳大利亚COX建筑设计事务所作为外方设计公司，并由Philip Cox本人担当主设计师的长春国际金融中心项目，创造性地提出了文化建筑的概念，在主楼立面幕墙上，利用LED将书法家舒同的书法作品展示在建筑立面上，实现了文化与建筑的有机结合。

▲  长春国际金融中心

该项目由于窗墙比比较大，玻璃幕墙的传热系数限值为1.8W/m2•K。玻璃幕墙构造设计采用22mmPA66GF25隔热条，夹胶中空玻璃并采用暖边中空玻璃间隔条，玻璃幕墙整体传热系数达到1.78W/m2•K，满足了规范要求。   

以上，讲述了建筑表皮的新技术应用及发展趋势之“玻璃幕墙材料的应用现状”和“新技术在玻璃幕墙上的应用”两个主题内容。