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建筑門窗玻璃幕墻生態(tài)技術(shù)發(fā)展的新方向

2010-10-15 10:04  來源于網(wǎng)絡(luò)  【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)代世界的重要理念,綠色建筑越來越受到人們的關(guān)注。玻璃幕墻雖在熱工性能上與普通窗戶相比有很大改進(jìn),但它仍是建筑能耗的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。玻璃幕墻生態(tài)技術(shù)的發(fā)展意義重大。

  從構(gòu)成要素和構(gòu)成方式來說,玻璃幕墻生態(tài)技術(shù)的發(fā)展包括三個(gè)方向:1.構(gòu)造技術(shù);2.材料技術(shù);3.控制技術(shù)。

  一、構(gòu)造技術(shù)

  1.通風(fēng)幕墻

 。1)通風(fēng)幕墻的組成

  通風(fēng)式幕墻由內(nèi)外兩層玻璃幕墻組成,或稱為雙層幕墻、可呼吸式幕墻、熱通道幕墻等。與傳統(tǒng)幕墻相比,它的最大特點(diǎn)是兩層幕墻之間有一個(gè)通風(fēng)換氣層,由于換氣層中空氣的流動(dòng)循環(huán),使內(nèi)層幕墻的溫度接近室內(nèi)溫度。

  (2)通風(fēng)幕墻的原理

  通風(fēng)式幕墻采用煙囪效應(yīng)原理,從功能上解決節(jié)能問題。由于換氣層的作用,它比單層幕墻節(jié)能約50%;通風(fēng)式幕墻外層玻璃可以選用無色透明玻璃或低反射玻璃,還可以最大限度地減少玻璃反射帶來的光污染;通風(fēng)式幕墻的隔音性能良好,可以保持室內(nèi)擁有一個(gè)清靜的環(huán)境;不論天氣好壞都無需開窗,換氣層就可直接將自然空氣傳至室內(nèi),為室內(nèi)提供新鮮空氣,提高室內(nèi)的舒適度,降低空調(diào)設(shè)備帶來的種種弊端。

 。3)通風(fēng)幕墻

  通風(fēng)式幕墻根據(jù)通風(fēng)層結(jié)構(gòu)的不同可分為“封閉式內(nèi)循環(huán)體系”和“敞開式外循環(huán)體系”兩種。

  封閉式內(nèi)循環(huán)體系通風(fēng)式幕墻外層原則上是完全封閉的,由斷熱型材與中空玻璃組成,其內(nèi)層一般為單層玻璃組成的玻璃幕墻或可開啟窗。兩層幕墻之間的通風(fēng)換氣層100mm-200mm。通風(fēng)換氣層與吊頂部位設(shè)置的通風(fēng)系統(tǒng)相通,從下而上進(jìn)行強(qiáng)制性空氣循環(huán),室內(nèi)空氣通過內(nèi)層玻璃下部的通風(fēng)口進(jìn)人換氣層,使內(nèi)側(cè)幕墻玻璃溫度達(dá)到或接近室內(nèi)溫度,達(dá)到節(jié)能效果。

  在通道內(nèi)設(shè)置可調(diào)控的百葉窗或垂簾,可有效地調(diào)節(jié)采光和遮陽,在室內(nèi)創(chuàng)造更加舒適的環(huán)境。

  封閉式內(nèi)循環(huán)體系通風(fēng)式幕墻應(yīng)用實(shí)例如英國勞氏船社總部大廈、美國西方化學(xué)中心大廈。

  敞開式外循環(huán)體系通風(fēng)式幕墻外層是單層玻璃與非斷熱型材組成的玻璃幕墻,內(nèi)層是由中空玻璃與斷熱型材組成的幕墻。內(nèi)外兩層幕墻形成的通風(fēng)換氣層的兩端裝有進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)裝置,通道內(nèi)可以設(shè)置遮陽裝置。

  冬季時(shí),關(guān)閉通風(fēng)層兩端的進(jìn)排風(fēng)口,換氣層中的空氣在陽光的照射下溫度升高,形成一個(gè)溫室,減少建筑物的采暖費(fèi)用。

  夏季打開換氣層的進(jìn)排風(fēng)口,在陽光的照射下?lián)Q氣層空氣溫度升高自然上浮,形成自下而上的空氣流,帶走通道內(nèi)的熱量,降低內(nèi)層玻璃表面的溫度,減少制冷費(fèi)用。

  通過對(duì)進(jìn)排風(fēng)口的控制以及內(nèi)層幕墻的構(gòu)造設(shè)計(jì),還可以由通風(fēng)層向室內(nèi)輸送新鮮空氣,改善建筑空氣質(zhì)量,使得高層建筑,特別是超高層建筑自然通風(fēng)成為可能,最大限度地滿足了使用者生理與心理的要求。

  德國法蘭克福商業(yè)銀行大廈、埃森的“RWE”總部大樓等建筑采用了敞開式外循環(huán)體系通風(fēng)式幕墻。

  寒冷地區(qū)因采暖時(shí)間長,選用通風(fēng)式幕墻時(shí),主要是利用換氣層的“溫室效應(yīng)”來減少室內(nèi)熱量的散失。內(nèi)層采用中空Low-E玻璃、斷熱鋁型材及相對(duì)較大的換氣層寬度達(dá)到較好的節(jié)能效果。炎熱地區(qū),空調(diào)制冷使用時(shí)間較長,外層采用熱反射玻璃和相對(duì)較小的換氣層寬度,以增強(qiáng)煙囪效應(yīng)的效果,降低內(nèi)層玻璃表面的溫度,從而達(dá)到最佳的節(jié)能效果。

  2.遮陽裝置

  建筑遮陽的目的在于阻斷直射陽光透過玻璃進(jìn)入室內(nèi),防止陽光過分照射和加熱建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu),防止直射陽光造成強(qiáng)烈眩光。玻璃幕墻的各種節(jié)能措施中,遮陽技術(shù)可能是節(jié)約能源最有潛力和最為方便的構(gòu)造手段。

  良好的遮陽設(shè)計(jì)不僅有利于節(jié)能,而且是幕墻構(gòu)成的有機(jī)組成和塑造建筑美感的重要元素。遮陽構(gòu)件多種多樣,對(duì)于側(cè)窗部分來說,有平板遮陽、水平遮陽、垂直遮陽和格柵式遮陽等。對(duì)于屋頂天窗和玻璃頂來說,布幔和格柵能夠充分發(fā)揮遮陽作用。

  除遮陽構(gòu)件之外,利用綠化、植被等自然因素也有相當(dāng)理想的遮陽效果。

  水平遮陽的使用最為廣泛,柏林的北歐5國大使館采用了水平遮陽板,綠色流線型截面的遮陽板密密覆蓋在窗戶外測,與整個(gè)墻面融為一體。

  垂直遮陽能夠有效地遮擋高度角很低的光線,適合用于東西方向。

  柏林的墨西哥大使館主立面和人口朝東,垂直遮陽能夠最有效地發(fā)揮作用,主立面上最為突出的是從上到下貫穿整個(gè)高度的垂直遮陽構(gòu)件。這些混凝土遮陽板不僅能夠有效遮擋陽光,而且傾斜角度逐漸加大,給人一種韻律感。怕林奔馳公司總部大樓的垂直遮陽板的豎向黃色線條成為一種標(biāo)志,營造出豐富多彩的幾何形體,成為建筑不可分割的有機(jī)組成部分。

  德國國會(huì)大廈的穹頂將頂部遮陽與自然通風(fēng)完美結(jié)合,不但柔和的漫反射光線可以延伸到最底層的議會(huì)大廳,而且大廳內(nèi)的熱空氣還可通過反光板圍合成的倒錐體排出,可謂一舉兩得。由于不同季節(jié)、不同時(shí)間采光和日照要求各不相同,調(diào)整遮陽構(gòu)件的遮陽效果必不可少。

  德國波茨坦能源中心中庭采用可調(diào)節(jié)簾幕遮陽,隨著時(shí)間的變化和簾幕的開閉,陽光和陰影形成了特有的環(huán)境氛圍。在建筑另一測的雙層玻璃幕墻上的空氣夾層中,安裝了由遙控操作的活動(dòng)式水平遮陽百葉窗簾,用戶可根據(jù)陽光的強(qiáng)弱程度調(diào)節(jié)百葉的角度,有效地調(diào)節(jié)和控制室內(nèi)光線和減少吸熱量,適應(yīng)于不同季節(jié)的天氣。

  對(duì)于一般的遮陽構(gòu)件來說,手工調(diào)節(jié)十分有效,但對(duì)于大面積和高層建筑的玻璃幕墻,則需要依賴自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)施。建筑師努力將現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)用于建筑遮陽沒計(jì),在滿足功能需要的同時(shí),更營造出一種獨(dú)特的光影效果。

  二、材料技術(shù)

  1.玻璃材料

  低輻射(比Low-E)玻璃夏季可以反射陽光中的紅外線,可以節(jié)省空調(diào)費(fèi)用;冬季能使室內(nèi)的熱量重新反射回室內(nèi),減少熱量流失。低輻射(比Low-E)玻璃現(xiàn)在已經(jīng)在國內(nèi)外得以廣泛運(yùn)用。

  電致變色玻璃由玻璃、電致變色介質(zhì)、電解質(zhì)及透明電極等部分組成,在玻璃的兩個(gè)表面之間施加正、反向電場或者是在施加電場和不施加電場時(shí)呈現(xiàn)不同透光性,使室內(nèi)的采光達(dá)到自由控制。

  光致變色玻璃可以根據(jù)太陽光的強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)透光率,在光線強(qiáng)的時(shí)候顏色變深降低透光率,而當(dāng)光線較弱時(shí)又完全恢復(fù)透明的狀態(tài),達(dá)到最大透光率。

  人們還通過印刷技術(shù)在玻璃表面印刷特定的圖案,既可以保證玻璃安裝后房間的私密性,又可以同遮陽裝置一樣阻擋過強(qiáng)的陽光,還可以表達(dá)特定的文化涵義。

  2.斷熱型材

  斷熱型材是在內(nèi)外兩種高導(dǎo)熱性的金屬框料之間插入低導(dǎo)熱性的隔離物形成有效斷熱層,阻斷通過門窗框或窗扇型材散失熱量的途徑。

  斷熱型材結(jié)構(gòu)合理、結(jié)合牢固、強(qiáng)度高、剛性好、熱阻大,而且具有優(yōu)良的隔聲節(jié)能性能、抗風(fēng)性能和氣密水密性能。

  斷熱型材早期用于門宙,多用于平開宙,后來逐漸用于有框玻璃幕墻,不適用于隱框玻璃幕墻。

  三、控制技術(shù)

  人們還把通風(fēng)式幕墻與電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)合在一起,發(fā)展了智能幕墻。采用智能幕墻系統(tǒng)的建筑其能耗只相當(dāng)于傳統(tǒng)幕墻的30%。

  智能幕墻是通風(fēng)式幕墻的延伸,通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有效地調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣、溫度和光線,節(jié)約建筑物使用過程的能源消耗。智能玻璃幕墻包括玻璃幕墻、通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)。

  同傳統(tǒng)幕墻和熱通道幕墻相比,除了玻璃及支撐結(jié)構(gòu)外,更重要的是建筑內(nèi)部分環(huán)境控制和建筑職務(wù)系統(tǒng)。

  智能幕墻的關(guān)鍵在智能控制系統(tǒng),是從功能要求到控制模式,從信息采集到執(zhí)行指令傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的全過程控制系統(tǒng),它涉及到氣侯、溫度、濕度、空氣新鮮度、照度的測量,取暖、通風(fēng)空調(diào)遮陽等機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)信息采集及控制,電力系統(tǒng)的配置及控制,樓宇計(jì)算機(jī)控制等多方面因素,是一套較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

  四、展望

  隨著新世紀(jì)的到來,人們對(duì)工作條件舒適方面的要求變得越來越重要。在采光要求上,計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用提出了怎樣在保證自然光照的條件下避免陽光直接進(jìn)入室內(nèi)的問題。

  伴隨著SARS的流行,封閉的、全空調(diào)的辦公室條件愈來愈多的受到使用者的批評(píng),無論從心理學(xué),還是從不同使用者特殊要求的角度,自然通風(fēng)的可能性及對(duì)自然開放式的條件,已為人們所普遍歡迎。

  另外,隨著環(huán)境保持意識(shí)的不斷加強(qiáng),光污染和節(jié)能的重要已成為人們廣泛的共識(shí)。這一切成為擺在現(xiàn)代玻璃幕墻生態(tài)技術(shù)面前的新課題。

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