新技术在绿色建筑中的应用

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  随着我国建筑行业的迅速发展, 具有节能和可持续发展意义的绿色建筑愈来愈受到关注。另一方面, 真正符合绿色建筑理念的作品却很少,这是由于绿色建筑的实现需要有相关的技术作为手段支撑。我们急需了解先进的技术和相关理论, 将绿色设计的概念注入本土建筑文化当中, 加强对资源的高效利用和循环利用, 扩大建筑的“可持续效益”。
  
  双层玻璃幕墙
  Q=K•A(te—ti)这个公式告诉我们:建筑的得热或失热量与建筑表皮的传热系数、建筑物的体形系数及室内、外温差有关。为了节能,我们可以设法降低建筑表皮的传热系数(K),或者减小建筑物的体形系数,按通常的理解,建筑室内、外温差似乎是个定值,因而少有人在这方面做文章。然而,建筑并不是一个简单的热水瓶,在冬天,除了保温,它还应该充分吸收阳光以实现被动式采暖,而在夏季,它又必须有效地防止热量进入。
  在冬季,阳光照耀下的双层皮玻璃幕墙可以形成一个温度缓冲层,有效地减少建筑室内外温差,从而降低热损失,而“光、薄、透”的大玻璃立面为建筑充分利用太阳能提供了最大的可能。
  在夏季,可调节遮阳百叶因其置于双层玻璃之间,从而得到了保护,既避免了外置百叶的易损及产生环境噪声等负面影响,又改善了内置百叶遮阳的低效。流动的空气足以带走金属百叶吸收的热量,从而减少热量进入室内的几率。另一方面,双层玻璃之间空腔的不同组合为建筑立面设计提供了极多的可能性。
  
  光电建筑一体化
  光电建筑一体化组件(BIPV),指该材料本身通过阳光照射后能够产生电力,同时又是建筑整体装饰的一部分;它是解决世界目前所面临的环境污染和能源危机的最直接最有效的途径,代表着光伏电池发展的一个重要方向。
  光伏电池组件与城市建筑结合,避免了传统光伏组件使用中所需的安装支架、蓄能系统等,从而大大降低了成本,提高了安装效率,并且扩大了应用范围;它在建筑中的应用,为大规模地利用太阳能创造了条件,同时也进一步加快了光电建筑一体化组件(BIPV)的产业化进程。
  目前,与建筑结合紧密的BIPV材料有:
  1) 瓦式电池组件。
  2) 双层玻璃面板式组件(将电池片与EVA通过特殊封装置于两层玻璃之间),可用于屋顶采光,屋顶防水;适合于公共建筑的遮阳,玻璃幕墙等。
  3) 普通组件,如铝合金框架结构,经过设计改进,也可安装于屋顶;多数以覆盖层的形式安装在屋顶上。
  4) 多晶硅薄膜式电池组件,安装时可以允许有一定程度的弯曲,集成化程度高,设计与安装更加简便。
  
  被动式降温技术
  (1)通风
  通风被视为最简便有效的被动式降温方法,它通过将建筑内部热量转移出去而实现建筑的降温。通风可以加速水蒸气蒸发,使人感到凉爽,增加建筑的舒适度。在同样温度的情况下,通风良好的房间可以提供更佳的舒适感。优秀的通风设计能在自然风的基础上利用和加大风压或热压,促进室内气流流动,从而将热空气排出建筑。
  常用的原理是烟囱效应和文丘里效应。由于热空气比冷空气密度小,向上升腾产生气压差,从而促进气流产生自下而上的流动,这就是烟囱效应。而文丘里效应的原理则是当风吹过阻挡物时,在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低,从而导致空气的流动。烟囱效应拔风的产生条件较容易实现,而文丘里效应抽风则要求当地有足够稳定的主导风。但这两种手法具体在设计中如何取舍则需要根据当地气候条件来判断,如果条件适合,两者可以结合使用。
  玻璃中庭是人们设计公共建筑常用的手法,在寒冷地区的冬天,玻璃中庭可以有效利用太阳能,但在炎热地区的夏日则极易导致室内过热并最终增加空调的能耗。在这种情况下,烟囱效应根本无济于事。举个例子,德国某会展中心与奥地利林茨会议中心均采用抛物线型横剖面和玻璃屋顶,前者虽然使用了诸如屋面喷淋、天窗拔风(拔风效果非常明显)、设置水池等生态策略,但终因强烈的阳光辐射而导致室内过热,不得已还是安装了空调机组,而后者因为使用了足以将直射阳光反射出去的日光格栅系统(Daylightgr system),在充分利用自然采光的同时并未导致室内过热。
  (2)遮阳
  遮阳是一种行之有效的建筑被动式降温方法,建筑遮阳更是一个具有极大发展空间的研究领域。20世纪中叶,现代建筑的遮阳曾在世界范围推广。但随着空调技术的进步及制冷设备的普及,建筑设计得以摆脱地区气候的限制,建筑“创作”越来越自由,建筑越来越“时装化”,遮阳已被许多建筑师忽略。
  除了传统的混凝土材料以外,高效的木、金属、玻璃遮阳设施也得到了开发。过去的租界建筑中常用的外置木百叶可以有效地阻止强烈阳光的辐射;新型遮阳设施的材料及形状使得遮阳构件可以根据每日太阳高度角的变化完成反射或投射;新型变截面百叶可以针对不同季节的阳光实现不同程度的遮阳、透光;具有多种调节功能的外挂式遮阳构件具有阻挡南侧强烈的阳光、将北侧的均匀漫射光反射人室以及导风人室的功能;不同开口方式的金属遮阳为建筑的立面增添了无穷的变化可能。
  
  四. 透明隔热外墙材料
  
  仿生学的研究也渗透到建筑学领域,对北极熊的研究给建筑技术科学提供了启发:生存在冰天雪地中的北极熊,因其皮黑、毛密且中空,极佳地适应了寒冷的环境。北极有限的阳光辐射可以被高效地吸收,而北极熊体内的长波辐射却无法逸出,同时,浓密的体毛有效地阻止了足以散失热量的微空气对流。在室外为零下20C时,北极熊仍可保持35C的体温。依此原理,人们制造出了使热量“只进不出”的透明外保温材料(TWD--Transl~ent Wiimer Dammung)。普通外保温墙体的设计目标是单一的,即:防止热量的外逸,其本质是“堵”,而TWD墙的设计目标是双重的,在保温的同时还可以高效地吸收太阳能,即:只允许能量从外到内的单向流动。
  
  五.计算机模拟生态补偿技术
  
  尖端的计算机模拟技术,可以更好地理解人的行为与建筑形式及自然环境的关系,而这是成功地进行最低能量消耗的绿色建筑设计的关键。通过计算机的“视觉再现”技术,设计者可以模拟在不同条件下,建筑周围风能的形式和强度,风和光照对人体影响的各种可能性。德国柏林波茨坦广场是欧洲最大的高质量的办公楼项目之一,自然通风和高效利用日光是其特色之一。计算机模拟在改变窗户位置的条件下,尽可能地完善自然通风系统;计算机流体力学(CFD)也用来提高上述系统的性能;计算机软件还可以模拟日光在室内空间的分布,从而使设计师可以改进自己的设计。
   结语
  我国是建设大国,绿色建筑的推广具有可持续发展的战略意义。可以预见,随着国内外建筑技术交流机会的扩大,国外先进的建筑技术将为我国的绿色建筑设计提供更多的思路。
  
  
  参考文献:
  <<建筑新技术>>陈衍庆 王玉容 主编 中国建筑工业出版社 2003
  
  
  
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