光電幕墻和生態(tài)幕墻技術(shù)概況和發(fā)展趨勢
點擊次數(shù)：2327 更新時間：2014-03-31
工控摘要：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(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體材料的電子移動，從而產(chǎn)生電壓，這稱為光電效應(yīng)。
多個太陽能光電池經(jīng)加固處理，鑲嵌在特殊的透明度*的低鐵玻璃中，彼此之間經(jīng)過其背面的導線相連，從而構(gòu)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(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，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*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?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(yīng)或溫室效應(yīng)，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(shè)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(yīng)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(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，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(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，對建筑實體和建筑細部等進行設(shè)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(jié)構(gòu)，建筑物的中庭等空間，還可以小到建筑物的細部構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)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*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(shù)，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(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(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)幕墻是科學技術(shù)的綜合體現(xiàn)。
生態(tài)幕墻設(shè)計理念與傳統(tǒng)幕墻設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計依據(jù)：傳統(tǒng)是依據(jù)功能，性能及成本需求來設(shè)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(shè)計。
4.設(shè)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(shè)計目的；而生態(tài)是為人的需求和環(huán)境而設(shè)計，其zui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(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)計的，其設(shè)計師諾曼福斯特提出的目標是：節(jié)能并不是zui終目的，設(shè)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(jié)構(gòu)統(tǒng)一處理精心設(shè)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(wù)臺，這些核心空間組成了每八層的一個辦公單元的支撐結(jié)構(gòu)體系。建筑為中空，形成一個通高的中庭，以其煙囪效應(yīng)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(cè)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(shè)在內(nèi)層玻璃幕墻上，即使再惡劣的天氣，zui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(cè)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。
花園植物的光合作用、雙層玻璃幕墻的自然通風和中庭煙囪效應(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)計是世界上*座活著的、能夠自然呼吸的高層建筑。
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體材料的電子移動，從而產(chǎn)生電壓，這稱為光電效應(yīng)。
多個太陽能光電池經(jīng)加固處理，鑲嵌在特殊的透明度*的低鐵玻璃中，彼此之間經(jīng)過其背面的導線相連，從而構(gòu)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(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，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*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?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(yīng)或溫室效應(yīng)，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(shè)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(yīng)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(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，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(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，對建筑實體和建筑細部等進行設(shè)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(jié)構(gòu)，建筑物的中庭等空間，還可以小到建筑物的細部構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)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*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(shù)，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(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(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)幕墻是科學技術(shù)的綜合體現(xiàn)。
生態(tài)幕墻設(shè)計理念與傳統(tǒng)幕墻設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計依據(jù)：傳統(tǒng)是依據(jù)功能，性能及成本需求來設(shè)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(shè)計。
4.設(shè)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(shè)計目的；而生態(tài)是為人的需求和環(huán)境而設(shè)計，其zui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(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)計的，其設(shè)計師諾曼福斯特提出的目標是：節(jié)能并不是zui終目的，設(shè)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(jié)構(gòu)統(tǒng)一處理精心設(shè)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(wù)臺，這些核心空間組成了每八層的一個辦公單元的支撐結(jié)構(gòu)體系。建筑為中空，形成一個通高的中庭，以其煙囪效應(yīng)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(cè)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(shè)在內(nèi)層玻璃幕墻上，即使再惡劣的天氣，zui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(cè)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。
花園植物的光合作用、雙層玻璃幕墻的自然通風和中庭煙囪效應(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)計是世界上*座活著的、能夠自然呼吸的高層建筑。
