建筑門(mén)窗玻璃幕墻自然技術(shù)發(fā)展三個(gè)方向

    可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)代世界的重要理念，綠色建筑越來(lái)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(hù)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)。玻璃幕墻自然技術(shù)的發(fā)展意義重大。

    從構(gòu)成要素和構(gòu)成方式來(lái)說(shuō)，玻璃幕墻自然技術(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)。

    1.構(gòu)造技術(shù)

    1.1通風(fēng)幕墻

    1.1.1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(chēng)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，它的非常大特點(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。

    1.1.2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(wèn)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(wú)色透明玻璃或低反射玻璃，還可以非常大限度地減少玻璃反射帶來(lái)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(wú)需開(kāi)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(lái)的種種弊端。

    1.1.3通風(fēng)幕

    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(kāi)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(kāi)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(guò)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(yáng)，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(guó)勞氏船社總部大廈、美國(guó)西方化學(xué)中心大廈。

    敞開(kāi)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(yáng)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(yáng)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(kāi)換氣層的進(jìn)排風(fēng)口，在陽(yáng)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(guò)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，特別是非常高層建筑自然通風(fēng)成為可能，非常大限度地滿(mǎn)足了使用者生理與心理的要求。

    德國(guó)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(kāi)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(zhǎng)，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(lái)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)非常大的換氣層寬度達(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(zhǎng)，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)到較佳的節(jié)能效果。

    1.2遮陽(yáng)裝置

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

    良好的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)不僅有利于節(jié)能，而且是幕墻構(gòu)成的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系組成和塑造建筑美感的重要元素。遮陽(yáng)構(gòu)件多種多樣，對(duì)于側(cè)窗部分來(lái)說(shuō)，有平板遮陽(yáng)、水平遮陽(yáng)、垂直遮陽(yáng)和格柵式遮陽(yáng)等。對(duì)于屋頂天窗和玻璃頂來(lái)說(shuō)，布幔和格柵能夠充分發(fā)揮遮陽(yáng)作用。

    除遮陽(yáng)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(yáng)效果。

    水平遮陽(yáng)的使用較為廣泛，柏林的北歐5國(guó)大辦事大樓采用了水平遮陽(yáng)板，綠色流線型截面的遮陽(yáng)板密密覆蓋在窗戶(hù)外測(cè)，與整個(gè)墻面融為一體。

    垂直遮陽(yáng)能夠有效地遮擋高度角很低的光線，適合用于東西方向。

    柏林的墨西哥大辦事大樓主立面和人口朝東，垂直遮陽(yáng)能夠較有效地發(fā)揮作用，主立面上較為突出的是從上到下貫穿整個(gè)高度的垂直遮陽(yáng)構(gòu)件。這些混凝土遮陽(yáng)板不僅能夠有效遮擋陽(yáng)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(yáng)板的豎向顏色線條成為一種標(biāo)志，營(yíng)造出豐富多彩的幾何形體，成為建筑不可分割的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系組成部分。

    德國(guó)國(guó)會(huì)大廈的穹頂將頂部遮陽(yáng)與自然通風(fēng)無(wú)缺結(jié)合，不但柔和的漫反射光線可以延伸到較底層的議會(huì)大廳，而且大廳內(nèi)的熱空氣還可通過(guò)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(yáng)構(gòu)件的遮陽(yáng)效果必不可少。

    德國(guó)波茨坦能源中心中庭采用可調(diào)節(jié)簾幕遮陽(yáng)，隨著時(shí)間的變化和簾幕的開(kāi)閉，陽(yáng)光和陰影形成了特有的環(huán)境氛圍。在建筑另一測(cè)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(yáng)百葉窗簾，用戶(hù)可根據(jù)陽(yáng)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(yáng)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，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(lài)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(yáng)沒(méi)計(jì)，在滿(mǎn)足功能需要的同時(shí)，更營(yíng)造出一種獨(dú)特的光影效果。

    2材料技術(shù)

    2.1玻璃材料

    低輻射(比Low-E)玻璃夏季可以反射陽(yáng)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(guó)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)及透明電較等部分組成，在玻璃的兩個(gè)表面之間施加正、反向電場(chǎng)或者是在施加電場(chǎng)和不施加電場(chǎng)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(yáng)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)到非常大透光率。

    人們還通過(guò)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(yáng)裝置一樣阻擋過(guò)強(qiáng)的陽(yáng)光，還可以表達(dá)特定的文化涵義。

    2.2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(guò)門(mén)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(mén)宙，多用于平開(kāi)宙，后來(lái)逐漸用于有框玻璃幕墻，不適用于隱框玻璃幕墻。

    3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(guò)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(guò)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(cè)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(guò)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(cè)量，取暖、通風(fēng)空調(diào)遮陽(yáng)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。

    4展望

    隨著新世紀(jì)的到來(lái)，人們對(duì)工作條件舒適方面的要求變得越來(lái)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(yáng)光直接進(jìn)入室內(nèi)的問(wèn)題。

    伴隨著SARS的流行，封閉的、全空調(diào)的辦公室條件愈來(lái)愈多的受到使用者的批評(píng)，無(wú)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)自然公開(kāi)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)代玻璃幕墻自然技術(shù)面前的新課題。