光电幕墙和生态幕墙技术的概况和发展趋势

　　光电幕墙的产生是在二十世纪初期，由于世界经济的发展，在一些国家出现能源危机，因此光电幕墙开始研发。那么什么是光电幕墙呢?它是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一体的新型建筑幕墙，它是用光电池、光电板技术，把太阳光转化为电能，它关键的技术是太阳能光电池技术。太阳能光电池是利用太阳光的光子能量，使得被照射的电解液或者半导体材料的电子移动，从而产生电压，这称为光电效应。

　　多个太阳能光电池经加固处理，镶嵌在特殊的透明度极高的低铁玻璃中，彼此之间经过其背面的导线相连，从而构成了一个整体的光电板。光电板的尺寸规格可以根据实际工程的幕墙分格方案进行量体定型制作，在阳光照射下产生直流电，所有光电极产生的电能，通过多极集成电路整流，变压等过程，转化成供使用的交流电，送入用户电网。此幕墙体现了智能化特点，把太阳能光电技术集成到幕墙中不占有建筑面积，且太阳能光电板优美的外观，具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技色彩。

　　设计时除考虑光电池组、光电板、导线、集成电路、整流器等各因素外，还需考虑幕墙传统的安全、防护、密封、装饰等功能，各项指标必须满足国家标准规定，使其达到最佳使用效果。还要考虑安装方向，安装阳光照射时间长的部位，如墙楣部分或屋顶等应面南或东南、西南方向。还有双层玻璃幕墙，它是由双层结构组合而成的幕墙，内层一般都有能够开启的门窗，在外层幕墙的遮挡下，室外环境再恶劣也能保证内层门窗的正常开启，外层幕墙的进出风口和内层门窗的开启均能控制，内外层之间的热通道，可利用太阳能产生烟囱效应或温室效应，从而做到既保证必要的通风、换气，又能够节约能源。它的原理，早在二十世纪三十年代就有人提出并进行实践，如当时法国建筑师皮埃尔卡洛设计的玻璃住宅就利用了这个原理，到二十世纪80年代首先在德国得到较为广泛的应用。如德国杜伊斯堡的商业促进中心幕墙工程、波恩邮政总局大楼幕墙工程、法国巴黎大学研究所幕墙工程、美国纽约的西方化学中心幕墙工程，被誉为典型的高层建筑的双层玻璃幕墙，这一高新技术产品的幕墙，在提高幕墙的隔热性能、生态环保功能和节省能源消耗等方面都有很大的突破。

　　其次是生态幕墙，它是随着建筑生态化的发展而发展的，何为生态建筑呢?根据建筑物的使用功能或使用要求，能够改变建筑生态和建筑色彩的建筑称之为生态建筑。根据使用功能或使用要求，能够改变生态和色彩的建筑幕墙称之为生态幕墙，生态幕墙是生态建筑的一种，是生态外围护结构的建筑。它是以“可持续发展”为战略，以使用的高新技术为先导，以生物气候缓冲层为重点，节约资源，减少污染，是健康舒适的生态建筑外围护结构。

　　生物气候缓冲层(BBL)是指在生态系统结构的框架内，通过建筑构件或建筑群体之间的组合关系，对建筑实体和建筑细部等进行设计和处理，在建筑与周围生态环境之间，建立的一个缓冲区域，既可以在一定程度防止各种极端气候对室内影响，又可以强化各种微观气候调节的效果，进而满足人们种种舒适的要求，并且能够达到适当节能的目标。BBL大到如街道、广场等空间，也可以是建筑物的外围护结构，建筑物的中庭等空间，还可以小到建筑物的细部构造等，它以超出常规建筑学和建筑工程学的范畴，成为一个系统工程，而要建筑师、结构工程师和幕墙工程师熟悉机械传动原理，了解机械加工、装配以及物理、化学和自动控制等相关科学专业的知识，需要多学科的协调，各专业的通力合作。

　　生态建筑与生态幕墙在三维空间中，引入了时间，在功能及美学上具有独特的意义，可以称其为“四维建筑”，即静与动，封闭与开放，收敛与张开，空间与时间，使建筑和幕墙更具有鲜明的音乐韵律。改变了传统建筑和幕墙终身不变的形态和色彩，拓宽了建筑和幕墙的新视野和新技术，对现代建筑和幕墙的实践和理论是一种补充和拓展，有着独立的价值和意义。这种幕墙在德国研发和使用较早，技术成熟得到广泛的发展，典型工程如德国柏林得比斯大厦、法兰克福银行大厦以及美国纽约42大街的新摄影棚、英国建筑研究所办公楼、荷兰戴尔夫特大学图书馆等都属这类幕墙。

　　由此可见，幕墙的发展是随着科学的进步，综合技术的开发利用，特别是新技术、新工艺、新材料的发展而精华的，所以生态幕墙是科学技术的综合体现。

　　生态幕墙设计理念与传统幕墙设计理念，我认为主要有五个方面的不同：

　　1.对自然生态环境的态度：传统设计理念是幕墙与自然生态环境相分离，对自然通风考虑不够;而生态设计理念是幕墙与自然生态环境组成统一的有机体。精心设计自然通风。

　　2.对资源能源的态度：传统是没有或很少考虑有效的资源，能源再生利用及对生态环境的影响;而生态是必须考虑节能，资源重复利用，保护生态环境，积极利用太阳能等自然能量。

　　3.设计依据：传统是依据功能，性能及成本需求来设计;而生态是依据环境效益和生态环境指标与功能、性能及成本来设计。

　　4.设计目的：传统是以人对幕墙的美学和功能的需求为主要设计目的;而生态是为人的需求和环境而设计，其最终目的是创造舒适，健康的居住生活环境，提高自然、经济、社会的综合效益，满足可持续发展的要求。 5.施工技术或工艺：传统是在施工和使用过程中很少考虑材料的回收利用;而生态是在施工和使用过程中可拆卸，易回收，不产生毒副作用，废弃物少。

　　如德国法兰克福银行大厦就是典型之例：它是1997年设计的，其设计师诺曼福斯特提出的目标是：节能并不是最终目的，设计的基本原则是在保证自然通风和健康舒适生态环境的前提下尽量节能。为达到这一目的，建筑师把立面的双层玻璃幕墙和内部空间及建筑结构统一处理精心设计。这座大厦是50多层的三角形塔楼，塔楼三个角部都有核心空间，里边包括电梯，楼梯和服务台，这些核心空间组成了每八层的一个办公单元的支撑结构体系。建筑为中空，形成一个通高的中庭，以其烟囱效应为整个大厦排气。这个中庭又被玻璃天花每12层分为一段，以阻挠气流或烟聚集。52层被划分为4个办公单位，每个办公单元都带有一个4层高的空中花园，并种植了丰富的植物，空中花园的外侧是双层玻璃幕墙，室外空气通过外墙进风口进入内，外层玻璃幕墙之间的热通道，可开启的窗户设在内层玻璃幕墙上，即使再恶劣的天气，最高层窗户的开启，也不会受到强风的干扰，从而保证了整个大厦的自然通风，办公室朝向中庭一侧的窗户也是可以开启的，从而保证一年的大部分时间都可以自然通风。花园植物的光合作用、双层玻璃幕墙的自然通风和中庭烟囱效应的排气等共同构成了大厦之“肺”，将绿色植物引入室内，创造与自然接触的人性化空间，又称之为“生态舱”，福斯特自称这一设计是世界上第一座活着的、能够自然呼吸的高层建筑。

　　此建筑塔楼的标准层、结构和交通核心在建筑的角部，这样，中国部分就被解放出来，以容纳中庭和花园，在其中一个室内广场的咖啡厅里，可以尽情享受阳光，而办公室和景区的交接处，工作空间的这些花园直接相连，从而使人们享受自然通风，外围办公室通过双层幕墙通风，内部办公室则由中庭的花园通风。在冬季，计算机将关闭内层幕墙窗户，通过中庭来自然通风;在夏季，窗户可以大打开，已获得穿堂风。福斯特成功地将自然景观引入超高层集中式办公建筑，使城市高密度生活方式与自然生态环境相融合，被称为世界上第一座“生态型超高层建筑”，其相应的双层结构玻璃幕墙也是生态型的呼吸幕墙，这座大楼是建筑师和幕墙设计师合作，成功利用BBL技术的范例。

　　总之，生态幕墙是新结构幕墙，新理念幕墙，它须和生态建筑一起设计，生态幕墙是生态建筑的主要组成部分。随着技术的发展、计算机为生态幕墙的实施提供了有力的支持，生态幕墙作为生态建筑的一部分，它的产生和发展是历史、社会、经济发展的必然，也是人类进步的象征，党的“十六”大为我们开创规划了美好的新时代，新时代需要新建筑，新幕墙，新门窗，而生态幕墙门窗正是这种面向未来新时代的新产品、新建筑。

　　这个时代的幕墙特点是：采用新技术，进一步提高幕墙的使用功能和舒适度，像绿色环保化、智能生态化方向发展。

?二级结构工程师

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