光電幕墻和生態(tài)幕墻技術的概況和發(fā)展趨勢

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光電幕墻的產(chǎn)生是在二十世紀初期，由于世界經(jīng)濟的發(fā)展，在一些國家出現(xiàn)能源危機，因此光電幕墻開始研發(fā)。那么什么是光電幕墻呢？它是一種集發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一體的新型建筑幕墻，它是用光電池、光電板技術，把太陽光轉化為電能，它關鍵的技術是太陽能光電池技術。太陽能光電池是利用太陽光的光子能量，使得被照射的電解液或者半導體材料的電子移動，從而產(chǎn)生電壓，這稱為光電效應。

　　多個太陽能光電池經(jīng)加固處理，鑲嵌在特殊的透明度極高的低鐵玻璃中，彼此之間經(jīng)過其背面的導線相連，從而構成了一個整體的光電板。光電板的尺寸規(guī)格可以根據(jù)實際工程的幕墻分格方案進行量體定型制作，在陽光照射下產(chǎn)生直流電，所有光電極產(chǎn)生的電能，通過多極集成電路整流，變壓等過程，轉化成供使用的交流電，送入用戶電網(wǎng)。此幕墻體現(xiàn)了智能化特點，把太陽能光電技術集成到幕墻中不占有建筑面積，且太陽能光電板優(yōu)美的外觀，具有特殊的裝飾效果，更賦予建筑物鮮明的現(xiàn)代科技色彩。

　　設計時除考慮光電池組、光電板、導線、集成電路、整流器等各因素外，還需考慮幕墻傳統(tǒng)的安全、防護、密封、裝飾等功能，各項指標必須滿足國家標準規(guī)定，使其達到最佳使用效果。還要考慮安裝方向，安裝陽光照射時間長的部位，如墻楣部分或屋頂?shù)葢婺匣驏|南、西南方向。還有雙層玻璃幕墻，它是由雙層結構組合而成的幕墻，內(nèi)層一般都有能夠開啟的門窗，在外層幕墻的遮擋下，室外環(huán)境再惡劣也能保證內(nèi)層門窗的正常開啟，外層幕墻的進出風口和內(nèi)層門窗的開啟均能控制，內(nèi)外層之間的熱通道，可利用太陽能產(chǎn)生煙囪效應或溫室效應，從而做到既保證必要的通風、換氣，又能夠節(jié)約能源。它的原理，早在二十世紀三十年代就有人提出并進行實踐，如當時法國建筑師皮埃爾卡洛設計的玻璃住宅就利用了這個原理，到二十世紀80年代首先在德國得到較為廣泛的應用。如德國杜伊斯堡的商業(yè)促進中心幕墻工程、波恩郵政總局大樓幕墻工程、法國巴黎大學研究所幕墻工程、美國紐約的西方化學中心幕墻工程，被譽為典型的高層建筑的雙層玻璃幕墻，這一高新技術產(chǎn)品的幕墻，在提高幕墻的隔熱性能、生態(tài)環(huán)保功能和節(jié)省能源消耗等方面都有很大的突破。

　　其次是生態(tài)幕墻，它是隨著建筑生態(tài)化的發(fā)展而發(fā)展的，何為生態(tài)建筑呢？根據(jù)建筑物的使用功能或使用要求，能夠改變建筑生態(tài)和建筑色彩的建筑稱之為生態(tài)建筑。根據(jù)使用功能或使用要求，能夠改變生態(tài)和色彩的建筑幕墻稱之為生態(tài)幕墻，生態(tài)幕墻是生態(tài)建筑的一種，是生態(tài)外圍護結構的建筑。它是以“可持續(xù)發(fā)展”為戰(zhàn)略，以使用的高新技術為先導，以生物氣候緩沖層為重點，節(jié)約資源，減少污染，是健康舒適的生態(tài)建筑外圍護結構。

　　生物氣候緩沖層（BBL）是指在生態(tài)系統(tǒng)結構的框架內(nèi)，通過建筑構件或建筑群體之間的組合關系，對建筑實體和建筑細部等進行設計和處理，在建筑與周圍生態(tài)環(huán)境之間，建立的一個緩沖區(qū)域，既可以在一定程度防止各種極端氣候?qū)κ覂?nèi)影響，又可以強化各種微觀氣候調(diào)節(jié)的效果，進而滿足人們種種舒適的要求，并且能夠達到適當節(jié)能的目標。BBL大到如街道、廣場等空間，也可以是建筑物的外圍護結構，建筑物的中庭等空間，還可以小到建筑物的細部構造等，它以超出常規(guī)建筑學和建筑工程學的范疇，成為一個系統(tǒng)工程，而要建筑師、結構工程師和幕墻工程師熟悉機械傳動原理，了解機械加工、裝配以及物理、化學和自動控制等相關科學專業(yè)的知識，需要多學科的協(xié)調(diào)，各專業(yè)的通力合作。

　　生態(tài)建筑與生態(tài)幕墻在三維空間中，引入了時間，在功能及美學上具有獨特的意義，可以稱其為“四維建筑”，即靜與動，封閉與開放，收斂與張開，空間與時間，使建筑和幕墻更具有鮮明的音樂韻律。改變了傳統(tǒng)建筑和幕墻終身不變的形態(tài)和色彩，拓寬了建筑和幕墻的新視野和新技術，對現(xiàn)代建筑和幕墻的實踐和理論是一種補充和拓展，有著獨立的價值和意義。這種幕墻在德國研發(fā)和使用較早，技術成熟得到廣泛的發(fā)展，典型工程如德國柏林得比斯大廈、法蘭克福銀行大廈以及美國紐約42大街的新攝影棚、英國建筑研究所辦公樓、荷蘭戴爾夫特大學圖書館等都屬這類幕墻。

　　由此可見，幕墻的發(fā)展是隨著科學的進步，綜合技術的開發(fā)利用，特別是新技術、新工藝、新材料的發(fā)展而精華的，所以生態(tài)幕墻是科學技術的綜合體現(xiàn)。

　　生態(tài)幕墻設計理念與傳統(tǒng)幕墻設計理念，我認為主要有五個方面的不同：

　　1.對自然生態(tài)環(huán)境的態(tài)度：傳統(tǒng)設計理念是幕墻與自然生態(tài)環(huán)境相分離，對自然通風考慮不夠；而生態(tài)設計理念是幕墻與自然生態(tài)環(huán)境組成統(tǒng)一的有機體。精心設計自然通風。

　　2.對資源能源的態(tài)度：傳統(tǒng)是沒有或很少考慮有效的資源，能源再生利用及對生態(tài)環(huán)境的影響；而生態(tài)是必須考慮節(jié)能，資源重復利用，保護生態(tài)環(huán)境，積極利用太陽能等自然能量。

　　3.設計依據(jù)：傳統(tǒng)是依據(jù)功能，性能及成本需求來設計；而生態(tài)是依據(jù)環(huán)境效益和生態(tài)環(huán)境指標與功能、性能及成本來設計。

　　4.設計目的：傳統(tǒng)是以人對幕墻的美學和功能的需求為主要設計目的；而生態(tài)是為人的需求和環(huán)境而設計，其最終目的是創(chuàng)造舒適，健康的居住生活環(huán)境，提高自然、經(jīng)濟、社會的綜合效益，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。 5.施工技術或工藝：傳統(tǒng)是在施工和使用過程中很少考慮材料的回收利用；而生態(tài)是在施工和使用過程中可拆卸，易回收，不產(chǎn)生毒副作用，廢棄物少。

　　如德國法蘭克福銀行大廈就是典型之例：它是1997年設計的，其設計師諾曼福斯特提出的目標是：節(jié)能并不是最終目的，設計的基本原則是在保證自然通風和健康舒適生態(tài)環(huán)境的前提下盡量節(jié)能。為達到這一目的，建筑師把立面的雙層玻璃幕墻和內(nèi)部空間及建筑結構統(tǒng)一處理精心設計。這座大廈是50多層的三角形塔樓，塔樓三個角部都有核心空間，里邊包括電梯，樓梯和服務臺，這些核心空間組成了每八層的一個辦公單元的支撐結構體系。建筑為中空，形成一個通高的中庭，以其煙囪效應為整個大廈排氣。這個中庭又被玻璃天花每12層分為一段，以阻撓氣流或煙聚集。52層被劃分為4個辦公單位，每個辦公單元都帶有一個4層高的空中花園，并種植了豐富的植物，空中花園的外側是雙層玻璃幕墻，室外空氣通過外墻進風口進入內(nèi)，外層玻璃幕墻之間的熱通道，可開啟的窗戶設在內(nèi)層玻璃幕墻上，即使再惡劣的天氣，最高層窗戶的開啟，也不會受到強風的干擾，從而保證了整個大廈的自然通風，辦公室朝向中庭一側的窗戶也是可以開啟的，從而保證一年的大部分時間都可以自然通風?；▓@植物的光合作用、雙層玻璃幕墻的自然通風和中庭煙囪效應的排氣等共同構成了大廈之“肺”，將綠色植物引入室內(nèi)，創(chuàng)造與自然接觸的人性化空間，又稱之為“生態(tài)艙”，福斯特自稱這一設計是世界上第一座活著的、能夠自然呼吸的高層建筑。

　　此建筑塔樓的標準層、結構和交通核心在建筑的角部，這樣，中國部分就被解放出來，以容納中庭和花園，在其中一個室內(nèi)廣場的咖啡廳里，可以盡情享受陽光，而辦公室和景區(qū)的交接處，工作空間的這些花園直接相連，從而使人們享受自然通風，外圍辦公室通過雙層幕墻通風，內(nèi)部辦公室則由中庭的花園通風。在冬季，計算機將關閉內(nèi)層幕墻窗戶，通過中庭來自然通風；在夏季，窗戶可以大打開，已獲得穿堂風。福斯特成功地將自然景觀引入超高層集中式辦公建筑，使城市高密度生活方式與自然生態(tài)環(huán)境相融合，被稱為世界上第一座“生態(tài)型超高層建筑”，其相應的雙層結構玻璃幕墻也是生態(tài)型的呼吸幕墻，這座大樓是建筑師和幕墻設計師合作，成功利用BBL技術的范例。

　　總之，生態(tài)幕墻是新結構幕墻，新理念幕墻，它須和生態(tài)建筑一起設計，生態(tài)幕墻是生態(tài)建筑的主要組成部分。隨著技術的發(fā)展、計算機為生態(tài)幕墻的實施提供了有力的支持，生態(tài)幕墻作為生態(tài)建筑的一部分，它的產(chǎn)生和發(fā)展是歷史、社會、經(jīng)濟發(fā)展的必然，也是人類進步的象征，黨的“十六”大為我們開創(chuàng)規(guī)劃了美好的新時代，新時代需要新建筑，新幕墻，新門窗，而生態(tài)幕墻門窗正是這種面向未來新時代的新產(chǎn)品、新建筑。

　　這個時代的幕墻特點是：采用新技術，進一步提高幕墻的使用功能和舒適度，像綠色環(huán)?；?、智能生態(tài)化方向發(fā)展。