玻璃幕墙是当代的一种新型墙体,它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来，建筑物从不同角度呈现出不同的色调，随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美。 玻璃幕墙是近代科学技术发展的产物，也是现代高层建筑时代的显著特征。玻璃幕墙的节能途径通常是通过采用镀膜玻璃、LOW-E玻璃、热反射玻璃、中空玻璃及断热桥铝型材来降低结构传热系数，消除结构体系“热桥”，降低空气渗透热损失，提高密封性等来实现的。工程通过采用断热铝型材及充入氩气的中空玻璃结构实现断热节能，降低了通过传导的热量损耗，降低室内水分因过饱和而冷凝在铝型材表面的可能性。因此，铝合金玻璃幕墙在高层建筑上的运用受到了业内人士的广泛关注。
1.高层建筑铝合金玻璃幕墙的应用和发展
由内外两层玻璃幕墙组成的通风式幕墙，又称双层幕墙、呼吸式幕墙、热通道幕墙。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作用，使内层幕墙的温度接近室内温度，减小温差，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%。随着我国经济建设不断发展，建筑幕墙作为一项高技术产品在我国建筑业发展突飞猛进。随着铝合金隐框幕墙的发展，铝板幕墙也异军突起，配合铝合金玻璃幕墙在幕墙工程中进行使用，使得我国高层建筑更加光彩艳丽，形成各种颜色，各种材料组合形成美丽的幕墙图案。使用铝板制成的幕墙是建筑幕墙的一种形式，它多用于作墙体的蔽护和不采光的墙壁，代替马赛克和釉面砖喷涂外墙。目前国内建筑市场上能够用于幕墙工程的铝板大致有单层铝板、复合铝板和蜂窝铝板等几种类型。复合铝板目前被广泛应用。
玻璃幕墙的传热过程大致有三种途径：一是玻璃和铝合金(不锈钢)金属框格的传热：通过单层玻璃的热流传热，通过金属框格传热，通过玻璃的镀膜层减少辐射换热;二是幕墙内表面与室内空气和室内环境间的换热：内表面与室内空气间的对流换热，内表面与室内环境间的辐射换热;三是玻璃幕墙外表面与周围空气和外界环境间的换热;外表面与周围空气间的对流换热，外表面与外界环境间的辐射换热，外表面与空间的各种长波辐射换热。四是普通玻璃幕墙采用单层玻璃和铝合金型材的梁柱结构，而节能玻璃幕墙则应从上述三种途径加以考虑：第一种途径(热传导)对节点设计影响最大，针对玻璃的导热性能，设计时采用中空玻璃;针对铝框的导热性能，设计时采用尼龙66等结构塑料，形成“断桥”，可增大热阻，减少热传导，从而设计隔热幕墙。在此基础上，再考虑第二种途径(热对流)和第三种途径(热辐射)，在构造上采用双层LOW-E玻璃，上下端对流开口，从而设计动态幕墙。
建筑幕墙是建筑围护结构的组成部分，是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，玻璃作为建筑幕墙的重要构成部分，是建筑物外墙的各种材料最薄、最容易传热的材料，所以要节约能源，就要改变玻璃的热工性能。中空玻璃是由两片或多片玻璃组成，玻璃间用内部灌有干燥剂的空心铝管隔离，同时中空部分充入干燥空气或惰性气体，并用丁基胶，聚硫胶或结构胶进行密封处理而成，在某些条件下，中空玻璃的断热性能优于一般混凝土墙，普通双层中空玻璃比单层玻璃热传导系数小30%左右，反射中空玻璃比单层玻璃的热传导系数小70%左右，同时中空玻璃具有极好的隔音性能，一般可使噪音降低39～40分贝。如采用两片不同厚度的玻璃原片制成的中空玻璃，由于减少了共振，其隔音效果更佳。现阶段，大多数提高玻璃幕墙节能保温性能的工程主要措施是采用镀膜玻璃、Low-E玻璃、热反射玻璃、中空玻璃及隔热断桥铝型材降低结构传热系数K、消除结构体系“热桥”、降低空气渗透热损失、减少开启窗扇面积、提高其密封性等。
智能幕墙是通风式幕墙的延伸，是在智能化建筑的基础上对建筑配套技术(暖、热、光、电)适度控制，通过计算机有效调节室内空气、温度和光线，其建筑能耗只相当于传统幕墙的30%。光电幕墙的基本单元为光电板，光电板是由若干个光电电池进行串、并联组合而成的电池阵列，将电池阵列放入两层玻璃中用铸膜树脂热固而成，在光电板背面接线盒和导线，这样就可以将太阳能转化为电能为人们所使用。一般情况下，此种幕墙的立柱和横梁采用隔热铝型材。为了减少冬季采暖供热的热损失和能源消耗，为了减少夏季空调制冷的热袭入和能源消耗，玻璃幕墙热工设计的发展趋向是：对于以采暖供热为主的幕墙追求达到温室效应，对于以空调制冷为主的幕墙追求达到冷房效果，无论何种幕墙都将追求合理利用太阳能。动态幕墙(也称热通道幕墙、双层通风幕墙)是一种很好的发展方向，由光电板系统和幕墙系统组成的光电幕墙也是主动利用太阳能的一个应用发展方向，综合运用光能、热能、电能的智能玻璃幕墙是最理想的发展方向。我国建筑能耗是相同气候条件发达国家建筑能耗的2～3倍，在全面建设小康社会的进程中，节能减排的任务十分艰巨。建筑节能是提高住宅舒适度，降低使用费用的基础，也是可持续发展的迫切要求，只有把资源节约、降低能耗放在突出位置，才能更好地促进和谐社会的建设。
2.玻璃幕墙的热工性能及节能措施
玻璃幕墙作为建筑外围护结构，其传热耗热量及冷风渗透耗热量所产生的热损失占全部建筑能耗的40%～50%，如果玻璃幕墙采用合理的结构则可大幅降低能量损耗。玻璃幕墙对既有建筑能耗的影响主要有两个方面：一是玻璃幕墙的热工性能影响到冬季采暖、夏季空调室内外温差传热。二是幕墙的透明材料(如玻璃)受太阳辐射影响而造成的建筑室内的得热。
玻璃幕墙的热工性能主要包括：传热系数K、遮阳系数Sc和抗结露系数。传热系数K值是指由于玻璃热传递和室内外温差，所形成的空气到空气的传热量，其传热过程包括对流和导热两种方式。传热系数是玻璃幕墙热工性能的重要方面，我国《建筑幕墙物理性能分级》中的保温性能即由此划分，K值越低，通过玻璃的传热量也越低。玻璃幕墙的遮阳系数是指在相同条件下，太阳辐射能量透过幕墙玻璃的热量与透过 3mm透明玻璃的热量之比，Sc值越小，阻挡阳光直接辐射的性能越好。所以较低的K值和较小的Sc值即可有效地降低三种热传递。根据实验结果，导热及对流传热的能力可以用传热系数来衡量，辐射传热能力可用遮阳系统来控制，建筑物的传热是上述三种方式综合作用的结果。玻璃幕墙的节能设计重点是设计合理的控制手段以达到节能目的，影响玻璃幕墙的热工性能可以通过控制传热和增加遮挡来实现节能。
根据节能设计标准,透明玻璃幕墙的热工性能要求与窗相同,传热系数与遮阳系数应根据其在外墙上所占面积比例确定。透明玻璃所占的面积越大,传热系数和遮阳系数要求也越小。由于透明玻璃的面积不得大于所在外墙面积的70%,而玻璃幕墙背后有建筑结构梁柱，同时还要满足防火规范所要求的玻璃幕墙上下层之间需要设置800mm高的防火墙。我们则可以把两个部位的玻璃幕墙设计成为不透明的玻璃或者其他材料,如果遇到两个部位的面积和不到整个玻璃幕墙的30%,可通过建筑师设计过程中的计算和设计，适当增加不透明的玻璃幕墙比例，从而调整整个幕墙的系统虚实比例，这样最终满足整个玻璃幕墙的节能要求。
随窗墙比(幕墙透明部分和非透明部分的面积比)的增大，通过透明玻璃幕墙的得热急剧增加，空调冷负荷也随之急剧增加。由于加工工艺不同，玻璃可以分为普通平板玻璃、吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃和一些有特殊用途的功能玻璃，各种玻璃的传热系数不同。幕墙型材对幕墙的热工性能的影响：无论是明框、隐框、吊挂式、点支式还是单元式玻璃幕墙，其结构框架特别是连接点型材的性能都对玻璃幕墙的热工性能有一定的影响。
玻璃的透明性可作为室内采光和取暖，透过玻璃窗的辐射能量总量是由当地太阳光辐射强度、太阳光和玻璃的入射角和玻璃材料的性质决定的。当入射角光线与玻璃法线的夹角超过60度时，反射率就会大幅增加。夏季热辐射增加空调负荷 冬季有取暖的作用。空气渗透起因于风压和热压造成的建筑物内外空气压力差，而建筑物外围护结构上存在的缝隙或孔洞是产生空气渗透的必要条件。对于既有幕墙建筑，由于部件松动老化造成了空气渗透。夏季热空气渗入会增加空调负荷。在冬季冷风渗入会增加热负荷，对于夏热冬冷地区，冬季室外空气设计温度为0℃，室内外温差20℃，增加的热负荷不容忽视。
降低建筑的窗墙比是最直接有效的降低建筑能耗的方式，在实际工程中，应综合考虑外观、采光的要求，根据设计规范要求，玻璃幕墙的性能，选择合适的窗墙比。采用节能玻璃，提高玻璃热阻，降低玻璃传热系数，是降低玻璃能耗最为直接的方法。为了提高框架热阻，选用断热桥型节能型材，设置玻璃幕墙遮阳系统，遮阳系统屏蔽太阳辐射，减少太阳辐射对室内环境的影响，丰富建筑立面;对于传热系数基本相等的各类玻璃幕墙，提高幕墙的气密性能，减少空气对流传热对于降低建筑幕墙的能耗也极为关键。减少各种不可控的围护结构空气渗漏，采用可控的通风措施有利于增加新风供给，提高室内空气品质，降低建筑能耗。除了玻璃面板之外，玻璃幕墙的金属型材也是影响到整个幕墙系统的外观和节能两个重要因素。框式玻璃幕墙中，应该将玻璃与幕墙结构中的加权平均后的传热系数作为玻璃幕墙的传热系数。如此看来，全隐框玻璃幕墙的传热系数比较接近玻璃面板的传热系数，因为虽然有结构框架，但是由于隐藏在玻璃面板之后，其对整个幕墙的传热系数的影响较小，但从幕墙的安全性来看，明框较为可靠，并通过段热型的明框，减少金属框型的热桥。
玻璃幕墙热桥是结构的一部分，由于它的导热性能太好而造成整个结构综合断热能力下降。在普通玻璃幕墙中，铝合金框架是玻璃幕墙的热桥，它的导热能力是玻璃的上百倍。冷桥是一种独特的热桥，是未经断热处理的结构或构件将热量导走的速度比周围的区域和桥内侧表面都快，因此它的温度较低,这种类型的热桥，俗称为“冷桥”。在冬季未经断热处理的铝型材就是冷桥，室内水蒸气在冷桥的同表面形成及周围冷凝水，冷凝水的存在会增加构造处理的难度及在幕墙收边的室内装饰面提供发霉的条件。在当今公共建筑中,展览建筑、体育建筑出于展示功能及美观的要求,普遍采用大面积的玻璃幕墙,由于玻璃是热的良导体,为了节能大多采用中空玻璃或LOW-E玻璃。如果采用普通玻璃幕墙的铝合金框架,其传热系数为203.00 W/m2.K,铝合金框架将形成热桥产生能耗。
玻璃幕墙的遮阳系统是直接降低幕墙遮阳系数最为直接的方式之一，除了可以通过选择不同材料特性的玻璃材质外，还可以通过另外设遮阳系统达到降低遮阳系数的目的。这也成为重要的立面形式手法。玻璃幕墙的这样体系可以根据位置分为外遮阳系统，双层玻璃幕墙间层遮阳系统、内置遮阳系统三种方式。玻璃幕墙在当今建筑应用越来越广泛，随着玻璃幕墙技术应用进一步发展和改进，其在建筑设计中的地位将会更加重要。建筑师应该用适当的设计形式来考虑玻璃目前的形式表现的同时来兼顾其热工性能，提供按建筑的节能效率，以顺应我国“节能减排”政策和节约能源的大趋势。
3.断热铝型材在建筑幕墙推广应用中存在的问题及对策
建筑幕墙是建筑围护结构的组成部分,是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，铝型材作为建筑幕墙的重要构成部分,是建筑物外墙各种材料中最容易传热的材料,所以要保证整个建筑幕墙节约能源，就要改变铝型材的热工性能。断热铝型材由铝型材和中间的隔热材料组成，中间的隔热材料主要功能阻止热传导。国外“断热冷桥”技术，是将高导热性的铝型材的导热路径上的一部分去掉，代之低导热性的材料，串联起来并将铝型材处于不同环境温度的两端隔离，这样得到的复合材料整体的导热性必将大大降低，热阻值大大提高，由铝型材损失的热量将大大减少。这种隔离方式叫做“断热冷桥”或简称“断桥”，应用了这种隔离方式的铝合金型材就称为“隔热断桥铝型材”或简称“断桥铝型材”，隔离物就称为“断热(冷)桥材料”或简称“断热(冷)桥”、“断桥”。由于断热冷桥的绝热作用,当型材的室外端已是零度以下时,室内端仍保持常温状态。断热冷桥与铝合金之间存在粘结力使两者能相互作用(相互对力和变形进行传递)。这就保证在荷载作用下构件中的断热冷桥能够与其两边咬合的铝合金型材协调变形，共同受力。即断热冷桥能够与其两边咬合的铝合金型材在载荷作用下不会发生相对位移。断热冷桥与铝合金的温度线膨胀系数比较接近，当温度变化时，二者间不会产生较大的相对变形，使粘结力遭到破坏。这是此种复合材料得以存在的前提条件。断热冷桥铝型材有效改善了幕墙的保温隔热性能。断热冷桥铝型材承受高温的能力也较高。但不能对其进行氟碳喷涂,所以需要喷涂的断热冷桥铝型材应该先喷涂而后复合。
时下，断热铝型材在幕墙领域中的使用越来越广泛，但是玻璃幕墙也存在着一些局限性，例如光污染、能耗较大等问题。但这些问题随着新材料、新技术的不断出现，正逐步纳入到建筑造型、建筑材料、建筑节能的综合研究体系中，作为一个整体的设计问题加以深入的探讨。针对防止玻璃幕墙反光的问题有三招：一是选材要选用毛玻璃等材质粗糙的，而不应使用全反光玻璃;二是要注意玻璃幕墙安装的角度，尽量不要在凹形、斜面建筑物使用玻璃幕墙;三是可在玻璃幕墙内安装双层玻璃，在内侧的玻璃贴上黑色的吸光材料，这样能大量地吸收光线，避免反射光影响市民。
断热型铝塑复合建筑铝型材解决了普通建筑铝型材的传热系数高的问题，使铝门窗与铝幕墙的保湿隔热性能得到根本改观。使高效节能、高档豪华铝门窗的推广应用成为可能，开拓了新的市场发展空间。但断热铝塑复合型建筑铝型材的质量和安全问题十分突出。主要表现在：断热层工程塑料质量的安全可靠性，以及铝塑复合后两者力学性能与机械强度的稳定性。目前，对注塑法或嵌条法工艺加工的断热型塑复合型材的研究还在不断深化，探索断热层对建筑铝型材性能的影响以及复合材料的组合机械力学性能，将会日臻完善。断热铝型材应用于窗及明框玻璃幕墙，为达到与其等效的保温、隔热效果，断热铝型材一般与中空玻璃配套使用。对于明框玻璃幕墙，由于室内外的铝合金为一体或直接接触，而铝合金的导热系数很大，保温、隔热效果不好。所以，明框玻璃幕墙采用中空玻璃配断热铝型材，具有明显的保温、隔热效果。而对于隐框玻璃幕墙由于幕墙结构与室外直接接触的是中空玻璃，玻璃与铝型材之间是硅酮结构胶，结构胶内侧是铝型材。而一般镀膜中空玻璃导热系数2.3≤K≤3.2，如采用离线LOW-E镀膜制成的中空玻璃1.4≤K≤1.8,保温、隔热效果已经很好，且结构胶也是低导热材料，也有良好的保温隔热作用。理论分析和实验结果表明，隐框玻璃幕墙不必采用断热铝合金型材。
目前，一部分工程项目为降低成本，采用PVC断热条替代尼龙66断热条。由于PVC的线膨胀系数与铝合金的线膨胀系数相差甚远，而且其强度低(仅30N/mm2左右)、耐热性差(80℃)、抗老化性能差等诸多缺陷导致用PVC断热条穿条复合后的断热铝型材在实际安装使用后由于热胀冷缩的原因会造成PVC断热条在铝型材内出现松动，甚至完全脱离，轻则导致松动、变形，从而破坏气密性和水密性，重则导致整体松散、脱离。断热条也是断热玻璃幕墙的功能件。在承载受力的同时，断热条还承担密封、传接的功能。如果通过机械复合滚压在一起的断热条与铝型材基质的热膨胀系数不一致，那么在热冷不均的条件下，必然会出现变形不一的现象，不能保证铝型材与断热条这两个完全独立的组合部分“伸缩同步”，那么就必然导致要么断热条在铝型材槽内的松动，要么在断热铝型材上产生变形应力。另外,断热条作为断热铝型材的一个重要组成部分,它的尺寸精度直接决定了复合成型的断热铝型材尺寸精度。玻璃幕墙的装配精度是0.2～0.3mm,为保证断热玻璃幕墙抗风压性、气密性、水密性,再考虑累积误差的余量,若断热条本身的外形尺寸不能严格控制在 0.1mm以下的精度,就很难保证整体玻璃幕墙的装配精度。
铝合金建筑型材GB5237-2004已经实施，新标准增加了断热型材标准，随后断热条的建筑行业标准也将出台。有了规范化的生产运作参照后，各方面都将对断热玻璃幕墙的制造、安装给予充分的重视，也会进一步推动断热玻璃幕墙市场的规范化发展。
