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创新建筑幕墙理念实现节能


发布日期:[2015-08-13] 共阅[752]次

    几世纪以来,建筑的形状和类型都需适应当地的气候环境。多亏了机械空调技术的发展,在20世纪,建筑外立面设计终于可以不受当地环境及各参数的影响。然而这种发展也带来了代价,不仅造成建筑营运成本和初始成本价格攀升,还增加了对复合技术的依赖和对原材料的需求。在过去30年内,发达国家与发展中国家的重点城市无一不暴露着这个问题重重的趋势,而城市建筑构造也已经开始影响周边及郊区。在20世纪90年代中期,欧洲中发展起一股不同的潮流,那里的人愈来愈意识到建筑幕墙不仅需要具备出众的外观,还需辅助建筑营运,让建筑拥有持久的生命力。因此,建筑外立面成为室内舒适程度和营运费用开销的关键。幕墙不仅与建筑机械系统的操作成本息息相关,还可决定一栋建筑是否需要或有多需要这些系统。
    挑战
    如果我们从更远的角度审视过去3O年,很明显,建筑业使现有自然资源和能源大幅度减少。多方面因素造成了这个性的局面,包括人口增长和生产力膨胀,工业化和城市化,这在提高生活水平的同时要求更大的人均居住面积;另外人们对居住质量和舒适程度期望更高。这些需求导致消耗大量—次资源,包括煤,原油,天然气和铀,这些资源都是有限的。
    愈来愈多的市场不断增加对可持续发展的关注G从生态方面而言,可持续发展包括保护自然环境,关心自然资源。初焦点集中在减少—次能源的使用,后来又增加了保护水资源,排除或限制污染。长时间以来,对“初始成本"的关注主导着人们的思维;而现今,优化投资成本及其带来的营运费用成为了标准,至少在中欧如此。另外,可持续发展的社会性与文化性引起人们愈来愈多的重视,如建筑的外部设计,但更重要的是建筑的使用方式以及它们提供用户的空间质量。建筑业的可持续发展需包栝上面提到的所有方面
    节能幕墙
    能效战略目标是将建筑使用的能源、建造和营运时耗费的材料、时间及开销降到低。能效是建筑设计及规划的参数之一。一个实施能效理念的关键单元是建筑外立面系统一幕墙。它需要在建筑整个寿命期保障高的能源使用效益,这不仅要求建筑外立面的概念和材料符合能源效益,还需在设计,建造和营运环节中发挥节能。
    增加能源使用效益意味着减少对能源的浪费。然而这并不以牺牲舒适为代价。人类活动和福利与舒适程度息息相关。从简单的传统角度而言,节能通常与舒适程度下降相连。但节能建筑的特征就是以低的能源消耗保证高程度的舒适。周围环境的舒适程度直接影响人们的工作表现和健康水平。但需要注意的是,从建筑不完善的解决方案中满足巨大能源需求并不会自然而然地增加舒适。借助节能的建筑外立面可以平衡外界气候环境与内部舒适水平的差异。有了这些解决方案不同气候环境造起的差异将减小,甚至*消除。
    在温带气候区,幕墙重要的功能即为抵挡风雨,适当隔热。这要求幕墙扇框,玻璃及不透明区域的整体优化。隔热性越好的幕墙,越重视通风造成的热损失问题。从根本上说,应避免无控制的缝隙通风。不理想的运作流程不仅大幅度提高营运成本,而且还导致室内舒适程度无法让人接受。有必要指出建筑用户及营运者掌握的知识,也就是我们所谓的营运能力,对于幕墙节能具有愈来愈重大的意义。而创新的建筑理念如果仅停留在理论层面,一不留神也会败下阵来。而佳的解决方案便是由需求推动的电动可控窗扇通风。
    然而,优化能源损耗量不该带来热损失。通过使用被动的太阳能,建筑本身就成为了太阳能收集器。透明和半透明的窗与幕墙表面摄取太阳能,转化为外墙或围墙表面的热量。在拥有大面积玻璃外表,内部承受高负荷的建筑中,如果不采取额外的机械措施,夏季太阳辐射会过高。室外遮阳系统大大减少太阳辐射及由此生成的热量。另—方面,光照系统平均分配进入室内的日光并优化日光质量。
    适应型幕墙
    兼顾节能和舒适的幕墙能对用户的舒适需求做出调节并改变外部条件,只在情况下才需使用建筑技术设备。从根本上说,这意味着建筑结构与相应的幕墙结合,适应其地理位置及使用需求适应型建筑外立面部件有能力对非持续性的多变外部环境做出反应,这在很多情况下是可以预测或计算的,如每年或每日出现的气象波动(如太阳高度角)或是建筑营运的次数。然而“适应型"还须包括不可预测的天气或营运因素,如多变的云层和临时用户。早在1981年,英国建筑师迈克·戴维斯就提出了“多价墙"概念,即通过薄薄的功能层控制穿过建筑外立面的各种能源流。这个概念是指未来的建筑外立面会自动适应外部气候环境。自那时起,许多研究人员都在研发可以控制光,能源,通风和声音通量的半自控材料v其中一个研究目的是发明可控制的应用型玻璃。多项技术已经实现通过电光或变色玻璃控制分配日光的穿透量。另外还开发出彩光,热色及热致变色玻璃种类。
    缓冲区
    如果设计师拓宽系统设计界限,也可起到增加能源效益的作用。例如,可以在毗邻的建筑之间设计一个大的防风雨缓冲区,类似中庭或是林荫道一样的区域。这些缓冲区可配备一些系统以提供普通的热环境,使每年空气温度在15至30℃之间,不受外部气候因素影响,为了能用少的能源达到这—目标,必须通过一个中央理系统控制建筑外立面的可视光穿透量,生成的太阳能热量和自然通风水平。缓冲区内立面以及房顶墙面就相对简单,不用对风荷载或暴雨多加注意。这样一个气候外立面也增加临近建筑的利用率。理想状态下,用户可单独控制内立面,不会消耗过多能源。但内立面的声音控制能力(“ 降噪")和热量存储能力(“ 热缓冲")相当重要∪这些参数由设计师定义并优化,一般在整个建筑寿命期都不会更改。
    在幕墙内积极使用太阳能
    如果—个建筑外立面优化了能源效益,可以建议利用可再生能源资源去平衡剩余的能源消耗。就幕墙而言,有两种主要的太阳能资源可供积极利用:光电和光热。通过按照不同原理工作的各种现有系统,如空气或水收集器,热吸收器或热泵,可直接利用太阳能辐射进行空间采暖或温水使用。这些系统和另外的光热存储系统一起运行可增加功率。尤其是对办公楼而言,借助光热收集器来生成冷气(冷冻器/制冷机)引起人们极大的兴趣。原理很简单:制冷需求大时太阳会生成多的热量来制冷。这当然是能源供求之间的平衡。
    整合进建筑的光伏系统(BIPVs)现在早已过了试验阶段。目前,光伏系统可用于幕墙和屋顶的固定型和移动型遮阳系统,同时,这具体解决了排线和插座问题,提供了系统。
    将电能存储介质全部连成一体也许可以解决电能生成和消耗频率之间经常出现的差异。另外还推荐利用DC—AC转换器将电能生成和电载荷连成一体,且不会损失电能。这些基于电学的创新概念也融于各个建筑系统和公共交通系统。地区的智能电网能在电负荷高峰和太阳能过剩间达到平衡。
    在过去30年内,人口激增,生产力膨胀,导致许多地区工业化和城市化失衡。人们对居住面积和舒适程度的更大需求也刺激了房地产的增长,终使资源供应有限。今天,的有限石油资源仍然是能源的主要来源。在供不应求的情况下,越来越多的国家发现可持续发展的重要性,并力求将不必要的资源使用降至低并优化效益。对于建筑业而言,带起这一趋势的*建筑外立面系统,幕墙。数年来,人们不仅开发了极其的幕墙系统,还在幕墙设计和构造上运用了更多智能和节能手段。今天,现代化幕墙系统经常包括动态的适应型部件,这些部件能减少气候的负面影响(降水,刮风,日照,炎热,寒冷,湿气及噪声),同时能为建筑采暖,光照和通风收集所需(阳光,日光,室外空气)。关键要了解必须根据地区,气候和时区设计不同的幕墙,应用不同的营运手段,这样能成功优化上面提到的几个方面。幕墙创新意味着将太阳能光热和光电系统整合进建筑外立面。幕墙成为可再生能源的“收集表面"。


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