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專題報導
選用玻璃的考量因素
對建築工程而言,欲選擇正確合適的玻璃類型,就必須於事前進行多方面評估,因為建築物的使用壽命長達數十年,甚至百年以上。特別是外牆部份,一旦選擇錯誤,除了將造成安全、功能、與美觀上之問題外,對於建築物日後維護成本,如空調費用,亦會造成額外負擔,所以事前的完整評估確實有其必要性。至於選用時的評估及考量因素,建議可從下列幾項要點著手。當然,考量因素亦當不僅限於文中所列之各項,設計者或規劃者更可依自身不同需求,以其個別的角度來探討。但無論如何,事前多花一點功夫,對於未來的使用就會有更多保障!
(一)安全性:
選用玻璃首要考量應為安全性,因為不安全的玻璃,除對使用者是一種風險外,對於無辜的第三人亦是潛在的危害。而對於玻璃安全的檢討,主要的重點有:
1. 結構強度:主要是對風壓載重與地震力的檢討。
(1)風壓載重
即玻璃是否可承受正負風壓作用而不會破壞。就建築設計者而言,選擇大面積的單一玻璃,的確能帶來視覺上極佳的透視效果,不過在使用的限制上,除了考量其生產加工的規格極限外,不同的設計條件(風壓強度、容許變形量、結構型態、玻璃種類等),亦控制著我們選擇玻璃的最大尺寸。
其中,所謂結構型態是指玻璃安裝的型式,簡單地說,不外乎是:四邊框料、兩側框料(兩側有框料,另兩側以結構矽膠黏結,又稱2-Sides Capture)、無框料設計(四邊皆以結構矽膠黏結,又稱4-Sides Capture)、點支撐方式、懸吊式、或平接無背擋支撐等各類型態。此外,以結構膠黏結之系統(又稱化學固定方式)比一般框料系統(又稱機械固定方式),更要考慮結構矽膠之材料與施工品質,以及結構膠強度是否足以承受正負風壓應力與玻璃自重。
此外,就玻璃厚度而言,厚度的增加對於結構上耐風壓強度當然有絕對幫助。話雖如此,但是厚玻璃除了增加玻璃成本外,也因重量增加,對於框料與繫件之要求也隨之增加,對於整體的經濟性便有負面的影響。所以我們才需要小心謹慎地評估,以期在安全性與經濟性中取得平衡。
(2)地震力
由於一般玻璃組裝於框料中,不應與框料有直接的碰撞或接觸,而是必須置於墊塊上,所以對於地震力之檢討,重點應是框料內應有足夠的空間,使玻璃不會被因地震力作用而形變的框料撞擊,或因而自框料脫出。由於玻璃的邊緣為脆弱點,特別是強化玻璃,若其邊角受到不當外力作用,極易使整片玻璃破壞,故應小心檢討。此外,選用硬度適中之墊塊(過軟或過硬皆不宜),以及正確的安裝墊塊,對於玻璃之安全亦有良好的保護作用。
當然對於外牆玻璃而言,其影響的外力除了風壓與地震外,尚有其它的作用力,如溫度所造成熱脹冷縮、異物撞擊衝擊力等。但這些外力,若不是屬於影響程度微小的因素,就是屬於特殊的異常狀態,故不在一般常態的評估中列入考慮,除非是該特定需求強烈時,才會單獨列出評估。例如,若須對防止外力撞擊列入評估重點,則可將不同的規格製品,分項列表來進行評估(如:玻璃厚度加厚、或採用多層膠合玻璃、或面貼防爆膜等) 。
2. 破損時之影響
使用玻璃就不能排除破壞的可能性,所以破損所造成之影響就必須在事前評估與避免。當然使用者可以依其使用時機、地點、以及結構需求來選擇玻璃種類,而以下幾點建議更可為建築外牆工程之選用參考:
(1)當熱硬化玻璃的強度足以符合需求時,就儘量減低使用強化玻璃。
(2)使用強化玻璃時,在成本費用許可下,建議加作熱浸試驗。
(3)為避免玻璃破損導致碎片飛散傷害人體,可以考慮使用膠合玻璃。而當玻璃以水平放置時(如天窗玻璃),則應使用膠合玻璃,且應避免兩片皆使用強化玻璃,其原因是在於若兩片強化玻璃同時破損,該玻璃可能因而喪失支撐力而整塊掉下。建議以一片強化、一片熱硬化應屬較為理想。
(二)節能性:
由於玻璃具有優秀的採光性,也具有良好的透視效果,所以現代帷幕牆設計莫不喜歡採用大面積的玻璃。但是,從另一角度來看,大面積採光卻會使熱能穿透玻璃,由於帷幕建築的封閉性,將使熱能無法經由自然通風散去,因而在室內持續累積使得溫度上升。換句話說,使用者就必須支出較多的空調成本,而此一成本支出不單反應在空調機具直接採購上,對於日後的維護運轉亦然,所以節能的考慮,常是業主、建築設計者對玻璃的採用產生了許多顧忌。所幸由於玻璃工業的發展,使得建築玻璃在節能性能上已有長足的進步,如反射鍍膜的成熟應用、Low-E(Low-Emission or Low-Emissivity)鍍膜的開發、複層玻璃製程技術的進步等,都使得玻璃在節能與環保的考量上,不再是為人詬病的敗筆。對於玻璃節能性,主要可以從以下兩個數據來評估:
1. U值
依ISO-DP10292,U值代表在室外風速每秒4.8m且溫度5.5℃,而室內20.5℃時,熱能由室內向外發散效率。U值愈高代表室內熱能較易向室外流失,所以對於寒帶國家而言,玻璃就應選用U值低的玻璃以減少室內暖氣的散失。但台灣則剛好相反,因為我們地處亞熱帶,且夏天市區溫度甚高,所以可選用U值較高的玻璃以利室內高溫向外散發。
談到U值,順便再就複層玻璃內之氣體特性作一討論。所謂複層玻璃係指兩片玻璃中間夾著一層氣體,四邊再以密封條緊閉,具有極佳的隔音與熱阻絕性能。由於複層玻璃內部必需灌入乾燥氣體,才不致會有內部結露的問題發生,故為確保空氣乾燥,實務上可將乾燥劑置入封邊條內,以確保內部空氣乾燥,以達良好的隔絕效果。至於灌入氣體的種類,可以是注入乾空氣或是惰性氣體(一般以氬氣為主)。而兩者使用上之差異,主要是在於灌入惰性氣體可降低複層玻璃U值,防止室內暖氣向外流失,故較適於嚴寒氣候區域。而亞熱帶氣候型的台灣,因為低U值不利建築物內部向外散熱,此將會提高空調耗電量,故以灌乾燥空氣的複層玻璃較為適合。
2. UV反射率(或穿透率)
紫外線反射率高(或低穿透率),當然就會有較佳的節能效果。
(三)隔音性:
玻璃另一個重要評估因素就是其隔音效果。其實,完整的外牆隔音性能,必須透過整體性的考量,包含框料設計、玻璃類型、五金選用、膠條密合等。換言之,良好的隔音效果,應是為所有零配件整體組合的成果展現。不過單就玻璃產品而言,籠統的說,玻璃厚度應是一項重要關鍵。此外,膠合玻璃與複層玻璃亦遠較單片玻璃提供較好的隔音性。當然,較厚的膠合膜與中間空氣層,亦會對隔音會有正面的效果。
(四)耐久性:
在一般的觀念中,玻璃成品除非受到外力撞擊,並不會有外觀與品質上的改變。事實上也是如此,不論是普通、熱硬化、強化、抑或是弧型玻璃,一旦生產製作完成,皆不會再有強度或品質上之改變。但是對於某些再加工之玻璃,便須注意其耐久性,如反射鍍膜,應瞭解其生產方式(On-Line或Off-Line生產),並注意反射膜面是安裝於室內或室外側,以避免日後發生變色不均勻之現象。又如膠合玻璃,應注意膠合膜與填縫材之相容性,才不會造成膠合膜與填縫材日久後因化學反應而發生剝離。
(五)美觀性:
至於美觀性,實是一個見人見智的問題。但對於單一片玻璃表面平整度,強化玻璃因受製程之限制,總免不了會有些微折射現象,而使反射的影像產生扭曲(當然各家廠商生產設備、經驗、品管要求不同,也會有明顯差異),所以在選擇上,就只能依個人的喜好來加以評估。至於玻璃反射之問題,強烈的反射光線會造成路人視覺不適,更影響與行車安全,故對於可見光反射率過高的玻璃應避免採用。