土木工程知識(shí)點(diǎn)-建筑光電幕墻和生態(tài)幕墻技術(shù)的概況和發(fā)展趨勢

本文為梁志飛老師精心編輯土木工程知識(shí)點(diǎn)之一，大家下載下來好好學(xué)習(xí)吧！土木工程知識(shí)點(diǎn)-建筑光電幕墻和生態(tài)幕墻技術(shù)的概況和發(fā)展趨勢光電幕墻的產(chǎn)生是在二十世紀(jì)初期，由于世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在一些國家出現(xiàn)能源危機(jī)，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(shù)，把太陽光轉(zhuǎn)化為電能，它關(guān)鍵的技術(shù)是太陽能光電池技術(shù)。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(dǎo)體材料的電子移動(dòng)，從而產(chǎn)生電壓，這稱為光電效應(yīng)。

多個(gè)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(dǎo)線相連，從而構(gòu)成了一個(gè)整體的光電板。光電板的尺寸規(guī)格可以根據(jù)實(shí)際工程的幕墻分格方案進(jìn)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(zhuǎn)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(diǎn)，把太陽能光電技術(shù)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(shè)計(jì)時(shí)除考慮光電池組、光電板、導(dǎo)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(hù)、密封、裝飾等功能，各項(xiàng)指標(biāo)必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，使其達(dá)到最佳使用效果。還要考慮安裝方向，安裝陽光照射時(shí)間長的部位，如墻楣部分或屋頂?shù)葢?yīng)面南或東南、西南方向。還有雙層玻璃幕墻，它是由雙層結(jié)構(gòu)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(jìn)出風(fēng)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(yīng)或溫室效應(yīng)，從而做到既保證必要的通風(fēng)、換氣，又能夠節(jié)約能源。它的原理，早在二十世紀(jì)三十年代就有人提出并進(jìn)行實(shí)踐，如當(dāng)時(shí)法國建筑師皮埃爾卡洛設(shè)計(jì)的玻璃住宅就利用了這個(gè)原理，到二十世紀(jì)80年代首先在德國得到較為廣泛的應(yīng)用。如德國杜伊斯堡的商業(yè)促進(jìn)中心幕墻工程、波恩郵政總局大樓幕墻工程、法國巴黎大學(xué)研究所幕墻工程、美國紐約的西方化學(xué)中心幕墻工程，被譽(yù)為典型的高層建筑的雙層玻璃幕墻，這一高新技術(shù)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(hù)結(jié)構(gòu)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(shù)為先導(dǎo)，以生物氣候緩沖層為重點(diǎn)，節(jié)約資源，減少污染，是健康舒適的生態(tài)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

生物氣候緩沖層（BBL）是指在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框架內(nèi)，通過建筑構(gòu)件或建筑群體之間的組合關(guān)系，對(duì)建筑實(shí)體和建筑細(xì)部等進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理，在建筑與周圍生態(tài)環(huán)境之間，建立的一個(gè)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(qiáng)化各種微觀氣候調(diào)節(jié)的效果，進(jìn)而滿足人們種種舒適的要求，并且能夠達(dá)到適當(dāng)節(jié)能的目標(biāo)。BBL大到如街道、廣場等空間，也可以是建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，建筑物的中庭等空間，還可以小到建筑物的細(xì)部構(gòu)造等，它以超出常規(guī)建筑學(xué)和建筑工程學(xué)的范疇，成為一個(gè)系統(tǒng)工程，而要建筑師、結(jié)構(gòu)工程師和幕墻工程師熟悉機(jī)械傳動(dòng)原理，了解機(jī)械加工、裝配以及物理、化學(xué)和自動(dòng)控制等相關(guān)科學(xué)專業(yè)的知識(shí)，需要多學(xué)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(shí)間，在功能及美學(xué)上具有獨(dú)特的意義，可以稱其為四維建筑，即靜與動(dòng)，封閉與開放，收斂與張開，空間與時(shí)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(shù)，對(duì)現(xiàn)代建筑和幕墻的實(shí)踐和理論是一種補(bǔ)充和拓展，有著獨(dú)立的價(jià)值和意義。這種幕墻在德國研發(fā)和使用較早，技術(shù)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(xué)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(xué)的進(jìn)步，綜合技術(shù)的開發(fā)利用，特別是新技術(shù)、新工藝、新材料的發(fā)展而精華的，所以生態(tài)幕墻是科學(xué)技術(shù)的綜合體現(xiàn)。

生態(tài)幕墻設(shè)計(jì)理念與傳統(tǒng)幕墻設(shè)計(jì)理念，我認(rèn)為主要有五個(gè)方面的不同：

1、對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的態(tài)度：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念是幕墻與自然生態(tài)環(huán)境相分離，對(duì)自然通風(fēng)考慮不夠；而生態(tài)設(shè)計(jì)理念是幕墻與自然生態(tài)環(huán)境組成統(tǒng)一的有機(jī)體。精心設(shè)計(jì)自然通風(fēng)。

2、對(duì)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(duì)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(fù)利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，積極利用太陽能等自然能量。

3、設(shè)計(jì)依據(jù)：傳統(tǒng)是依據(jù)功能，性能及成本需求來設(shè)計(jì)；而生態(tài)是依據(jù)環(huán)境效益和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)與功能、性能及成本來設(shè)計(jì)。

4、設(shè)計(jì)目的：傳統(tǒng)是以人對(duì)幕墻的美學(xué)和功能的需求為主要設(shè)計(jì)目的；而生態(tài)是為人的需求和環(huán)境而設(shè)計(jì)，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(jì)、社會(huì)的綜合效益，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。

5、施工技術(shù)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(shè)計(jì)的，其設(shè)計(jì)師諾曼福斯特提出的目標(biāo)是：節(jié)能并不是最終目的，設(shè)計(jì)的基本原則是在保證自然通風(fēng)和健康舒適生態(tài)環(huán)境的前提下盡量節(jié)能。為達(dá)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(jié)構(gòu)統(tǒng)一處理精心設(shè)計(jì)。這座大廈是50多層的三角形塔樓，塔樓三個(gè)角部都有核心空間，里邊包括電梯，樓梯和服務(wù)臺(tái)，這些核心空間組成了每八層的一個(gè)辦公單元的支撐結(jié)構(gòu)體系。建筑為中空，形成一個(gè)通高的中庭，以其煙囪效應(yīng)為整個(gè)大廈排氣。這個(gè)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(gè)辦公單位，每個(gè)辦公單元都帶有一個(gè)4層高的空中花園，并種植了豐富的植物，空中花園的外側(cè)是雙層玻璃幕墻，室外空氣通過外墻進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入內(nèi)，外層玻璃幕墻之間的熱通道，可開啟的窗戶設(shè)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(huì)受到強(qiáng)風(fēng)的干擾，從而保證了整個(gè)大廈的自然通風(fēng)，辦公室朝向中庭一側(cè)的窗戶也是可以開啟的，從而保證一年的大部分時(shí)間都可以自然通風(fēng)?；▓@植物的光合作用、雙層玻璃幕墻的自然通風(fēng)和中庭煙囪效應(yīng)的排氣等共同構(gòu)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(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)層、結(jié)構(gòu)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(gè)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(fēng)，外圍辦公室通過雙層幕墻通風(fēng)，內(nèi)部辦公室則由中庭的花園通風(fēng)。在冬季，計(jì)算機(jī)將關(guān)閉內(nèi)層幕墻窗戶，通過中庭來自然通風(fēng)；在夏季，窗戶可以大打開，已獲得穿堂風(fēng)。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(yīng)的雙層結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)師合作，成功利用BBL技術(shù)的范例。

總之，生態(tài)幕墻是新結(jié)構(gòu)幕墻，新理念幕墻，它須和生態(tài)建筑一起設(shè)計(jì)，生態(tài)幕墻是生態(tài)建筑的主要組成部分。隨著技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)為生態(tài)幕墻的實(shí)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(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，也是人類進(jìn)步的象征，黨的十六大為我們開創(chuàng)規(guī)劃了美好的新時(shí)代，新時(shí)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(shí)代的新產(chǎn)品、新建筑。

這個(gè)時(shí)代的幕墻特點(diǎn)是：采用新技術(shù)，進(jìn)一步提高幕墻的使用功能和舒適度，像綠色環(huán)保化、智能生態(tài)化方向發(fā)展。有人認(rèn)為建立新形式的標(biāo)準(zhǔn)化始走向建筑和諧的唯一道路，并且能用建筑技術(shù)加以成功地控