幾世紀(jì)以來(lái)，建筑的形狀和類型都需適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境。多虧了機(jī)械空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，在20世紀(jì)，建筑外立面設(shè)計(jì)終于可以不受當(dāng)?shù)丨h(huán)境及各參數(shù)的影響。然而這種發(fā)展也帶來(lái)了代價(jià)，不僅造成建筑營(yíng)運(yùn)成本和初始成本價(jià)格攀升，還增加了對(duì)復(fù)合技術(shù)的依賴和對(duì)原材料的需求。在過(guò)去30年內(nèi)，發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家的重點(diǎn)城市無(wú)一不暴露著這個(gè)問(wèn)題重重的趨勢(shì)，而城市建筑構(gòu)造也已經(jīng)開始影響周邊及郊區(qū)。在20世紀(jì)90年代中期，歐洲中發(fā)展起一股不同的潮流，那里的人愈來(lái)愈意識(shí)到建筑幕墻不僅需要具備出眾的外觀，還需輔助建筑營(yíng)運(yùn)，讓建筑擁有持久的生命力。因此，建筑外立面成為室內(nèi)舒適程度和營(yíng)運(yùn)費(fèi)用開銷的關(guān)鍵。幕墻不僅與建筑機(jī)械系統(tǒng)的操作成本息息相關(guān)，還可決定一棟建筑是否需要或有多需要這些系統(tǒng)。
挑戰(zhàn)
如果我們從更遠(yuǎn)的角度審視過(guò)去3O年，很明顯，建筑業(yè)使現(xiàn)有自然資源和能源大幅度減少。多方面因素造成了這個(gè)性的局面，包括人口增長(zhǎng)和生產(chǎn)力膨脹，工業(yè)化和城市化，這在提高生活水平的同時(shí)要求更大的人均居住面積;另外人們對(duì)居住質(zhì)量和舒適程度期望更高。這些需求導(dǎo)致消耗大量—次資源，包括煤，原油，天然氣和鈾，這些資源都是有限的。
愈來(lái)愈多的市場(chǎng)不斷增加對(duì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注G從生態(tài)方面而言，可持續(xù)發(fā)展包括保護(hù)自然環(huán)境，關(guān)心自然資源。初焦點(diǎn)集中在減少—次能源的使用，后來(lái)又增加了保護(hù)水資源，排除或限制污染。長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，對(duì)“初始成本"的關(guān)注主導(dǎo)著人們的思維;而現(xiàn)今，優(yōu)化投資成本及其帶來(lái)的營(yíng)運(yùn)費(fèi)用成為了標(biāo)準(zhǔn)，至少在中歐如此。另外，可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)性與文化性引起人們愈來(lái)愈多的重視，如建筑的外部設(shè)計(jì)，但更重要的是建筑的使用方式以及它們提供用戶的空間質(zhì)量。建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需包栝上面提到的所有方面.
節(jié)能幕墻
能效戰(zhàn)略目標(biāo)是將建筑使用的能源、建造和營(yíng)運(yùn)時(shí)耗費(fèi)的材料、時(shí)間及開銷降到低。能效是建筑設(shè)計(jì)及規(guī)劃的參數(shù)之一。一個(gè)實(shí)施能效理念的關(guān)鍵單元是建筑外立面系統(tǒng)一幕墻。它需要在建筑整個(gè)壽命期保障高的能源使用效益，這不僅要求建筑外立面的概念和材料符合能源效益，還需在設(shè)計(jì)，建造和營(yíng)運(yùn)環(huán)節(jié)中發(fā)揮節(jié)能。
增加能源使用效益意味著減少對(duì)能源的浪費(fèi)。然而這并不以犧牲舒適為代價(jià)。人類活動(dòng)和福利與舒適程度息息相關(guān)。從簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)角度而言，節(jié)能通常與舒適程度下降相連。但節(jié)能建筑的特征就是以低的能源消耗保證高程度的舒適。周圍環(huán)境的舒適程度直接影響人們的工作表現(xiàn)和健康水平。但需要注意的是，從建筑不完善的解決方案中滿足巨大能源需求并不會(huì)自然而然地增加舒適。借助節(jié)能的建筑外立面可以平衡外界氣候環(huán)境與內(nèi)部舒適水平的差異。有了這些解決方案不同氣候環(huán)境造起的差異將減小，甚至*消除。
在溫帶氣候區(qū)，幕墻重要的功能即為抵擋風(fēng)雨，適當(dāng)隔熱。這要求幕墻扇框，玻璃及不透明區(qū)域的整體優(yōu)化。隔熱性越好的幕墻，越重視通風(fēng)造成的熱損失問(wèn)題。從根本上說(shuō)，應(yīng)避免無(wú)控制的縫隙通風(fēng)。不理想的運(yùn)作流程不僅大幅度提高營(yíng)運(yùn)成本，而且還導(dǎo)致室內(nèi)舒適程度無(wú)法讓人接受。有必要指出建筑用戶及營(yíng)運(yùn)者掌握的知識(shí)，也就是我們所謂的營(yíng)運(yùn)能力，對(duì)于幕墻節(jié)能具有愈來(lái)愈重大的意義。而創(chuàng)新的建筑理念如果僅停留在理論層面，一不留神也會(huì)敗下陣來(lái)。而佳的解決方案便是由需求推動(dòng)的電動(dòng)可控窗扇通風(fēng)。
然而，優(yōu)化能源損耗量不該帶來(lái)熱損失。通過(guò)使用被動(dòng)的太陽(yáng)能，建筑本身就成為了太陽(yáng)能收集器。透明和半透明的窗與幕墻表面攝取太陽(yáng)能，轉(zhuǎn)化為外墻或圍墻表面的熱量。在擁有大面積玻璃外表，內(nèi)部承受高負(fù)荷的建筑中，如果不采取額外的機(jī)械措施，夏季太陽(yáng)輻射會(huì)過(guò)高。室外遮陽(yáng)系統(tǒng)大大減少太陽(yáng)輻射及由此生成的熱量。另—方面，光照系統(tǒng)平均分配進(jìn)入室內(nèi)的日光并優(yōu)化日光質(zhì)量。
適應(yīng)型幕墻
兼顧節(jié)能和舒適的幕墻能對(duì)用戶的舒適需求做出調(diào)節(jié)并改變外部條件，只在情況下才需使用建筑技術(shù)設(shè)備。從根本上說(shuō)，這意味著建筑結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的幕墻結(jié)合，適應(yīng)其地理位置及使用需求適應(yīng)型建筑外立面部件有能力對(duì)非持續(xù)性的多變外部環(huán)境做出反應(yīng)，這在很多情況下是可以預(yù)測(cè)或計(jì)算的，如每年或每日出現(xiàn)的氣象波動(dòng)(如太陽(yáng)高度角)或是建筑營(yíng)運(yùn)的次數(shù)。然而“適應(yīng)型"還須包括不可預(yù)測(cè)的天氣或營(yíng)運(yùn)因素，如多變的云層和臨時(shí)用戶。早在1981年，英國(guó)建筑師邁克·戴維斯就提出了“多價(jià)墻"概念，即通過(guò)薄薄的功能層控制穿過(guò)建筑外立面的各種能源流。這個(gè)概念是指未來(lái)的建筑外立面會(huì)自動(dòng)適應(yīng)外部氣候環(huán)境。自那時(shí)起，許多研究人員都在研發(fā)可以控制光，能源，通風(fēng)和聲音通量的半自控材料v其中一個(gè)研究目的是發(fā)明可控制的應(yīng)用型玻璃。多項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)電光或變色玻璃控制分配日光的穿透量。另外還開發(fā)出彩光，熱色及熱致變色玻璃種類。
緩沖區(qū)
如果設(shè)計(jì)師拓寬系統(tǒng)設(shè)計(jì)界限，也可起到增加能源效益的作用。例如，可以在毗鄰的建筑之間設(shè)計(jì)一個(gè)大的防風(fēng)雨緩沖區(qū)，類似中庭或是林蔭道一樣的區(qū)域。這些緩沖區(qū)可配備一些系統(tǒng)以提供普通的熱環(huán)境，使每年空氣溫度在15至30℃之間，不受外部氣候因素影響，為了能用少的能源達(dá)到這—目標(biāo)，必須通過(guò)一個(gè)中央理系統(tǒng)控制建筑外立面的可視光穿透量，生成的太陽(yáng)能熱量和自然通風(fēng)水平。緩沖區(qū)內(nèi)立面以及房頂墻面就相對(duì)簡(jiǎn)單，不用對(duì)風(fēng)荷載或暴雨多加注意。這樣一個(gè)氣候外立面也增加臨近建筑的利用率。理想狀態(tài)下，用戶可單獨(dú)控制內(nèi)立面，不會(huì)消耗過(guò)多能源。但內(nèi)立面的聲音控制能力(“ 降噪")和熱量存儲(chǔ)能力(“ 熱緩沖")相當(dāng)重要∪這些參數(shù)由設(shè)計(jì)師定義并優(yōu)化，一般在整個(gè)建筑壽命期都不會(huì)更改。
在幕墻內(nèi)積極使用太陽(yáng)能
如果—個(gè)建筑外立面優(yōu)化了能源效益，可以建議利用可再生能源資源去平衡剩余的能源消耗。就幕墻而言，有兩種主要的太陽(yáng)能資源可供積極利用：光電和光熱。通過(guò)按照不同原理工作的各種現(xiàn)有系統(tǒng)，如空氣或水收集器，熱吸收器或熱泵，可直接利用太陽(yáng)能輻射進(jìn)行空間采暖或溫水使用。這些系統(tǒng)和另外的光熱存儲(chǔ)系統(tǒng)一起運(yùn)行可增加功率。尤其是對(duì)辦公樓而言，借助光熱收集器來(lái)生成冷氣(冷凍器/制冷機(jī))引起人們極大的興趣。原理很簡(jiǎn)單：制冷需求大時(shí)太陽(yáng)會(huì)生成多的熱量來(lái)制冷。這當(dāng)然是能源供求之間的平衡。
整合進(jìn)建筑的光伏系統(tǒng)(BIPVs)現(xiàn)在早已過(guò)了試驗(yàn)階段。目前，光伏系統(tǒng)可用于幕墻和屋頂?shù)墓潭ㄐ秃鸵苿?dòng)型遮陽(yáng)系統(tǒng)，同時(shí)，這具體解決了排線和插座問(wèn)題，提供了系統(tǒng)。
將電能存儲(chǔ)介質(zhì)全部連成一體也許可以解決電能生成和消耗頻率之間經(jīng)常出現(xiàn)的差異。另外還推薦利用DC—AC轉(zhuǎn)換器將電能生成和電載荷連成一體，且不會(huì)損失電能。這些基于電學(xué)的創(chuàng)新概念也融于各個(gè)建筑系統(tǒng)和公共交通系統(tǒng)。地區(qū)的智能電網(wǎng)能在電負(fù)荷高峰和太陽(yáng)能過(guò)剩間達(dá)到平衡。
總結(jié)
在過(guò)去30年內(nèi)，人口激增，生產(chǎn)力膨脹，導(dǎo)致許多地區(qū)工業(yè)化和城市化失衡。人們對(duì)居住面積和舒適程度的更大需求也刺激了房地產(chǎn)的增長(zhǎng)，終使資源供應(yīng)有限。今天，的有限石油資源仍然是能源的主要來(lái)源。在供不應(yīng)求的情況下，越來(lái)越多的國(guó)家發(fā)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要性，并力求將不必要的資源使用降至低并優(yōu)化效益。對(duì)于建筑業(yè)而言，帶起這一趨勢(shì)的*建筑外立面系統(tǒng)，幕墻。數(shù)年來(lái)，人們不僅開發(fā)了極其的幕墻系統(tǒng)，還在幕墻設(shè)計(jì)和構(gòu)造上運(yùn)用了更多智能和節(jié)能手段。今天，現(xiàn)代化幕墻系統(tǒng)經(jīng)常包括動(dòng)態(tài)的適應(yīng)型部件，這些部件能減少氣候的負(fù)面影響(降水，刮風(fēng)，日照，炎熱，寒冷，濕氣及噪聲)，同時(shí)能為建筑采暖，光照和通風(fēng)收集所需(陽(yáng)光，日光，室外空氣)。關(guān)鍵要了解必須根據(jù)地區(qū)，氣候和時(shí)區(qū)設(shè)計(jì)不同的幕墻，應(yīng)用不同的營(yíng)運(yùn)手段，這樣能成功優(yōu)化上面提到的幾個(gè)方面。幕墻創(chuàng)新意味著將太陽(yáng)能光熱和光電系統(tǒng)整合進(jìn)建筑外立面。幕墻成為可再生能源的“收集表面"。
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