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1、建筑幕墻未來發(fā)展的新方向(太陽能幕墻)-王常霖、吳珍志.txt不相信永遠(yuǎn),不擁有期待,不需要諾言當(dāng)你不能再擁有的時(shí)候，唯一可以做的，就是令自己不要忘記。王子之所以能口奐酉星目垂美人是因?yàn)橥踝佑眯牧宋夷芸趭J酉星什么 本文由w51095503貢獻(xiàn) doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 建筑幕墻未來發(fā)展的 建筑幕墻未來發(fā)展的新方向 未來發(fā)展 太陽能幕墻 太陽能幕墻 王常霖 山東津單幕墻有限公司 吳珍志 山東大學(xué)土木水利學(xué)院 摘要：本文從太陽能技術(shù)與建筑幕墻相結(jié)合的角度提出了太 摘要：本文從太陽能技術(shù)與建筑幕墻相結(jié)合的角度提出了太 技術(shù)與建筑幕墻 角度提2、出 陽能幕墻的概念，并從其發(fā)展方向上加以論述。 陽能幕墻的概念，并從其發(fā)展方向上加以論述。 幕墻的概念 關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞： 太陽能幕墻 光電 光熱 光亮 筆者于 2010 年 9 月 16 至 19 日有幸參加了在山東德州 召開的第四屆世界太陽城大會。會議聚焦國際視野，融匯各 方觀點(diǎn)，凝聚全球智慧，從推進(jìn)太陽能戰(zhàn)略的角度，探求多 邊共贏之路，展示了新能源、新產(chǎn)業(yè)、新生活的美好前景。 與會期間通過參加一系列論壇、展覽和大型活動，筆者傾聽 了各國專家先進(jìn)的節(jié)能理念以及節(jié)能技術(shù)的介紹，并實(shí)地參 觀了太陽能與建筑一體化的示范場館，收獲頗豐，對太陽能 技術(shù)與建筑幕墻的結(jié)合及其應(yīng)用方向有了新的想法和更深 3、層次的認(rèn)識， 并由此提出了太陽能幕墻 （Solar Curtain Wall 太陽能幕墻 簡稱“SCW” ）的概念。借此次機(jī)會，與廣大同行討論， 共同學(xué)習(xí)、進(jìn)步。 一、目前我國傳統(tǒng)能源利用現(xiàn)狀 能源是一個(gè)國家發(fā)展的動力，決定著國家命運(yùn)的興衰。 17 世紀(jì)煤炭的大量發(fā)掘和蒸汽機(jī)的使用， 奠定了英國 200 年 “日不落帝國”的基礎(chǔ)。19 世紀(jì)石油資源的開采和應(yīng)用造就 1 了當(dāng)今美國的繁榮，能源對于一個(gè)國家的重要意義由此可見 一斑。 外界看來，我國地大物博，是堂堂資源大國，但實(shí)際上， 我國的傳統(tǒng)能源（煤、石油、天然氣等）儲量雖然比較豐富， 但按人均計(jì)算，煤炭資源擁有量卻只相當(dāng)于世界平均水平的 504、，石油、天然氣資源擁有量更是僅為世界平均水平的十 五分之一左右。根據(jù)目前國內(nèi)探明的傳統(tǒng)能源儲量來看，按 照目前我國的發(fā)展態(tài)勢（GDP10%） ：煤炭，僅供 54-81 年使 用；石油，僅供 15-20 年使用；天然氣，僅供 28-58 年使 用，因此對我國來說，人均能源資源的短缺，環(huán)境容量 的有限，能源消耗的急驟增加，已經(jīng)極大的制約了我國的可 持續(xù)發(fā)展以及生存空間。因此，節(jié)約傳統(tǒng)能源，開發(fā)新能源 勢在必行。 二、我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀與太陽能 我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀與 新能源發(fā)展現(xiàn)狀 我國新能源利用可以追溯到 20 世紀(jì) 50 年代末的沼氣利 用，但新能源產(chǎn)業(yè)在我國規(guī)模化的發(fā)展卻是在近幾年的時(shí) 間。相5、對于發(fā)達(dá)國家，我國新能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步較晚，技 術(shù)也相對落后，總體產(chǎn)業(yè)化程度不高。但同時(shí)，我們也應(yīng)該 認(rèn)識到，我國具備豐富的天然資源優(yōu)勢和巨大的市場需求空 間，在國家相關(guān)政策引導(dǎo)扶持下，技術(shù)水平正逐步提高。因 此，新能源的開發(fā)和利用具有很大空間。 目前，我國新能源發(fā)展較快，其中利用比較廣泛的新能 2 源包括太陽能、風(fēng)能和生物質(zhì)能，而太陽能利用更是其中的 重中之重。太陽能取之不盡，用之不竭，分布也相對均衡， 是真正意義上的環(huán)保能源。目前，美國、日本等國在開發(fā)太 陽能上已經(jīng)取得了顯著的成效。我國是耗能大國，但同時(shí)太 陽能資源也很豐富，絕大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在 4 kWh/ 以上，西藏西部更是高6、達(dá) 7 kWh/，太陽能輻射總量居世 界第一位，太陽能利用前景十分廣闊。所以我國更應(yīng)重視開 發(fā)這種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的能源，廣納各國先進(jìn)的太陽能技術(shù)，進(jìn) 一步開發(fā)和利用好太陽能。 三、建筑幕墻發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題 建筑幕墻發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題 發(fā)展現(xiàn)狀 隨著建筑業(yè)新技術(shù)、新材料、新工藝的發(fā)展和應(yīng)用，建 筑幕墻現(xiàn)已成為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和建筑外立面的主要裝飾 手段，各式建筑幕墻的應(yīng)用，以其獨(dú)特的藝術(shù)魅力，奪目的 裝飾效果和豐富的使用功能，裝點(diǎn)著城市面貌。 但我們也應(yīng)該清醒的認(rèn)識到，建筑幕墻尤其是玻璃幕墻 也給我們帶來了負(fù)面影響， 如高能耗、 光污染和溫室效應(yīng)等, 給節(jié)能帶來了巨大的挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑耗能已達(dá)全社7、會 能源消費(fèi)量的 27.6%，而建筑能耗的 50%與門窗幕墻有關(guān)。 雖然在人們的努力下，幕墻建筑的耗能已經(jīng)有了大幅度的降 低， 但仍未達(dá)到理想的效果， 建筑幕墻節(jié)能工作任重而道遠(yuǎn)。 隨著幕墻建筑在我國的普及，建筑幕墻技術(shù)在我國也得 到了長足的發(fā)展，其中玻璃幕墻技術(shù)含量最高，更是涉及了 3 多領(lǐng)域、多學(xué)科，其面板材料玻璃的特殊性（通透、易 加工等）也促使它易于與太陽能技術(shù)相結(jié)合。由此看來，太 陽能幕墻的開發(fā)具有可行性，也符合國家節(jié)能減排、開發(fā)新 能源的戰(zhàn)略性方針，下一步發(fā)展的空間很大。 四、太陽能幕墻的發(fā)展方向 太陽能幕墻的發(fā)展方向 筆者認(rèn)為，太陽能幕墻的發(fā)展應(yīng)主要從以下幾個(gè)方向考 慮： 1、光8、電利用方向 目前主要指光伏幕墻的應(yīng)用，以本次世界太陽城大會的 主會場太陽谷微排大廈為例，它的部分玻璃幕墻（圖 圖 1）就采用了光伏幕墻技術(shù)，它是太陽能光伏與建筑一體化 (Building Integrated PV簡稱“BIPV”)的一種高端產(chǎn) 品。一方面它是建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，需要達(dá)到建筑美學(xué)的 要求，同時(shí)應(yīng)具有普通幕墻遮風(fēng)、避雨、抗風(fēng)與抗震的能力； 另一方面它又具有發(fā)電的功能，可以在經(jīng)歷各種復(fù)雜氣候環(huán) 境變化后仍能正常工作。 4 （圖1） 為追求最好的光電轉(zhuǎn)換效果，微排大廈的光電單元安裝 在建筑物的南立面，采光頂及遮陽棚等受陽光照射時(shí)間較長 的部位，利用建筑造型的自然傾斜達(dá)到了最佳的光照角9、度。 根據(jù)建筑及功能的要求，光電單元的尺寸和樣式各不相同， 光電單元中的光伏電池組件很薄（薄膜電池） ，容易與建筑 結(jié)合，不會對景觀造成較大影響，甚至其本身的不規(guī)則紋理 還增加了建筑物的外立面效果。而針對室內(nèi)裝飾來說，光電 板的背面可以襯以設(shè)計(jì)師喜歡的顏色，從而達(dá)到了意想不到 5 的裝飾效果，從而代替了傳統(tǒng)的裝飾材料（例如目前較多使 用的拋光類建材）。但需要指出的是，光電幕墻的生產(chǎn)、使 用直至報(bào)廢卻可以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的無污染，因此它在環(huán)保方 面具有不可比擬的優(yōu)勢。所以光伏幕墻是一種潔凈、安全的 太陽能利用方式。 光伏幕墻是一種新型建筑幕墻，在我國的出現(xiàn)只有六、 七年的時(shí)間。從建筑技術(shù)與應(yīng)用來講，目10、前在我國仍處于起 步階段，大多也只是在示范項(xiàng)目上作技術(shù)研究與展示。但從 長遠(yuǎn)來看，隨著技術(shù)的不斷成熟，成本的不斷降低，大規(guī)模 的推廣應(yīng)用是必然的趨勢。 2、光熱利用方向 光熱利用的基本原理是通過太陽能收集裝置將太陽的 輻射能收集起來，收集的輻射能再與傳熱介質(zhì)相互作用轉(zhuǎn)換 成熱能，并加以利用。光熱技術(shù)的核心組成部分是它的太陽 能收集裝置集熱器。 對于太陽能光熱技術(shù)與幕墻的結(jié)合，太陽谷低碳建筑之 一的太陽能“光立方”館（以下簡稱“光立方” ）給了筆者 很大的啟發(fā)。 “光立方” 圖 2）的外型結(jié)構(gòu)與水立方異曲同 （圖 工，但不同的是它在建筑物的外墻面自上而下上安裝了大量 的太陽能集熱器，采用這樣的安11、裝形式后，集熱器真空管紫 灰色的外表面形成間隔交錯的各個(gè)區(qū)域，整體上不但沒有影 響建筑物整體外觀，還起到了令人震撼的效果，透露出簡潔 6 時(shí)尚的現(xiàn)代化氣息，極具未來感。而且在功能上它還賦予了 建筑物采暖、制冷、提供熱水等附加功能，達(dá)到了節(jié)能減排 的目的。 （圖 2） “光立方”所用的集熱管的安裝形式，筆者認(rèn)為它可以 被認(rèn)作是幕墻的應(yīng)用變形，但是更側(cè)重于其裝飾和附加功能 方面，準(zhǔn)確的說還不是幕墻而是建筑物的外裝飾附加構(gòu)件。 但利用以上作為基礎(chǔ)，筆者提出了一種新型幕墻的概念 光熱幕墻（Photo-thermal Curtain Wall簡稱“PCW”， ） 7 這種新型幕墻除具備常規(guī)幕墻的功能外，12、同時(shí)還具備了相應(yīng) 的附加功能：如為建筑物提供采暖、制冷及熱水等。 要實(shí)現(xiàn)上述目的可以通過以下形式： 利用室內(nèi)、外兩層玻璃結(jié)構(gòu)之間的空隙，將太陽能集熱 器夾裝在其中，集熱器的進(jìn)水管和出水管均布置在玻璃間并 通過幕墻橫梁或立柱構(gòu)件封修層引出。但須注意的是，將太 陽能集熱器與幕墻合二為一作為房屋外圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)將外 裝飾造型和建筑功能的進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，還需要在設(shè)計(jì)房屋 時(shí)就將水路和電路、氣管等線路一起考慮，只有這樣才有利 于解決外觀凌亂、管程長和漏水等一系列問題。 我國人多地少，城市里樓房越蓋越高，可以占用的屋頂 面積卻越來越少，因此無論是住宅建筑還是辦公建筑，利用 墻面都應(yīng)該是太陽能光熱一個(gè)很好的13、發(fā)展方向。通過與幕墻 的結(jié)合，可以說是在功能和裝飾上更好地深化了兩者的優(yōu) 勢，發(fā)展前景良好。但也應(yīng)理性的認(rèn)識，從與建筑結(jié)合的技 術(shù)難度來說，光熱的難度更大一些。光伏發(fā)電僅僅是轉(zhuǎn)換效 率的問題，而光熱則有轉(zhuǎn)化介質(zhì)（水或其它介質(zhì)）的因素， 例如要求光熱產(chǎn)品不僅要有良好的承壓性，體積還要小而 薄，這也是限制光熱與建筑結(jié)合的難點(diǎn)之一，因此它的硬件 的設(shè)備跟建筑的恰當(dāng)匹配也還需要投入更多的努力。 3、光亮（光電深化）利用方向 光亮（光電深化） 8 光亮利用實(shí)際上是光電在功能上的深化，它的基本原理 就是光電技術(shù)和 LED 亮化技術(shù)。 至于光電轉(zhuǎn)換的 （光生伏特） 原理這里不再贅述，后面僅對 LED 技術(shù)做14、一下簡單說明。 LED 是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體發(fā)光器件 （發(fā)光二極管） 。LED 利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，可 以直接發(fā)出各種顏色的可見光，尤其是采用 LED 顯示屏控制 技術(shù)后更是實(shí)現(xiàn)了色彩和圖案的多變性，因此它是一種可隨 意控制的動態(tài)光源。與傳統(tǒng)光源相比，LED 為固體冷光源， 工作電壓低，直流驅(qū)動，低功耗（電光功率達(dá) 90%以上，同 樣照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能 80%以上），壽命更長，因此使 調(diào)節(jié)明暗，頻繁開關(guān)成為可能，更有利于在夜晚建筑美化中 的應(yīng)用。也正是因?yàn)?LED 技術(shù)是一種我們可以隨意控制的 動態(tài)光源。所以我們將其與幕墻相結(jié)合，產(chǎn)生了多媒體動 態(tài)幕墻（圖 3）15、 圖 ，豐富了建筑幕墻在夜晚的表現(xiàn)力。 （圖 3） 多媒體動態(tài)幕墻實(shí)現(xiàn)了能源循環(huán)自給，大幅度的節(jié)約了 能源和運(yùn)營成本。白天，每塊玻璃板后面的光伏電池將太陽 9 能吸收儲存起來。晚間，則將儲存的電能供應(yīng)給動態(tài)幕墻的 LED 顯示屏，利用電腦控制 LED 燈光裝置，在幕墻上表現(xiàn)出 各種圖像，播放、演示固定或活動的圖案，提供了一種具藝 術(shù)特色的與城市環(huán)境進(jìn)行交流形式，凸顯了建筑的藝術(shù)風(fēng) 格，營造了時(shí)尚的城市氣氛，將建筑物的玻璃幕墻轉(zhuǎn)變?yōu)橐?種互動娛樂和公眾活動環(huán)境。 LED 與幕墻的結(jié)合，采用以下兩種形式均可，但在設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)注意 LED 的防水、可拆換性及布線的可操作性： LED 亮化組件與幕墻構(gòu)件16、（主要是立柱、橫梁、膠縫 等）結(jié)合（非動態(tài)幕墻，屬于建筑外輪廓亮化的范疇）； LED 亮化組件與幕墻玻璃面板提前加工形成 LED 玻璃 面板（多媒體動態(tài)幕墻）：采用新型鍍膜裝飾玻璃，利用其 導(dǎo)電性能加工成透明電路并配以 LED、專用漿料等，再用激 光技術(shù)合成。 遠(yuǎn)看玻璃是整塊亮， 實(shí)際是分布均勻的點(diǎn)狀 LED 冷光源，不發(fā)光時(shí)和常見的普通鍍膜玻璃一樣。 回首城市和建筑發(fā)展的歷史進(jìn)程，我們可以清楚地看到 光技術(shù)和光文化同城市和建筑同步發(fā)展的前進(jìn)足跡，也看到 了采光照明的技術(shù)進(jìn)步對城市和建筑面貌及現(xiàn)代城市生活 所產(chǎn)生的巨大作用。為響應(yīng)國家節(jié)能減排政策號召，真正做 到節(jié)能、環(huán)保并重，實(shí)用性、觀賞性并17、舉，采用先進(jìn)的多媒 體動態(tài)幕墻，未嘗不是一種更好的嘗試，因此推廣動態(tài)幕墻 大有可為，市場潛力巨大。 10 4、綜合利用方向 以上利用方向的幾種或全方位組合的模式。 五、結(jié)語： 結(jié)語： 近年來，城市中涌現(xiàn)出了一大批高層、超高層建筑，這 些建筑出于彰顯城市形象、體現(xiàn)建筑形態(tài)美感等原因，紛紛 采用了建筑幕墻尤其是玻璃幕墻的設(shè)計(jì)，而傳統(tǒng)的玻璃幕墻 給我們的印象是高耗能。雖然新型玻璃的應(yīng)用和施工技術(shù)的 進(jìn)步已經(jīng)降低了建筑物的能耗，但還是無法從根本上解決問 題。21世紀(jì)末，太陽能將成為人類的主要能源。太陽能在建 筑中的大規(guī)模利用，無論在光熱還是光電方面，都必須實(shí)現(xiàn) 與建筑的良好結(jié)合，只有這樣才能展現(xiàn)它無窮18、的潛力，而太 陽能幕墻的出現(xiàn)符合了這一歷史趨勢。相信，通過設(shè)計(jì)師和 工程師們大膽創(chuàng)新和不懈地努力，太陽能幕墻一定會迸發(fā)出 更加強(qiáng)大的生命力。 提示： 提示： （注：以玻璃幕墻建筑為例，處于直射或當(dāng)陽的玻璃 樓，其耗能是普通建筑的4倍以上。 ） （注：實(shí)驗(yàn)證明，光伏電池在發(fā)電過程中，不會排放 二氧化碳及二氧化硫等有害溫室氣體，對環(huán)境沒有污染，也 11 不會產(chǎn)生噪音，光電板的成分中也沒有有毒物質(zhì)，不會在建 筑物起火時(shí)造成諸如釋放有毒氣體等危害。） （注：光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生的是直流電，而 LED 技術(shù) 直接使用的就是直流電，避免了傳統(tǒng)光源對交直流轉(zhuǎn)換的要 求。） 圖片來源： 圖片來源：皇明官方網(wǎng)站/皇明太陽谷規(guī)劃 ppt 121