智能建築結構
智能建築也有稱智能生態建築——建築物的高效能源係統主要是指在保護環境的前提下,建築能夠根據外界氣候環境的變化(即陽光、溫度、風速等)而自動控製調整自身,以達到最大限度地利用自然的、可再生的資源,如太陽輻射能、空氣自然流通以及地熱、地冷等,減少建築物在運營過程中所需的不可再生能源的消耗。
智能玻璃幕牆(Intelligent glass facade)是指幕牆以一種動態的形式,根據外界氣候環境的變化,自動調節幕牆的保溫、遮陽通風設備係統,以達到最大限度降低建築物所需的一次性能源,同時又能最大限度地創造出健康、舒適的室內環境。在這裏玻璃幕牆的結構形式決定了智能建築的節能和舒適度。歐洲某建築就是一個很好的例證。該建築采用了綠色建築玻璃之一——智能雙層通風玻璃幕牆,混凝土樓板製冷供暖係統、水源熱泵、置換式新風係統與小型外牆新風裝置等一係列生態智能設計,是德國大型生態智能辦公建築的代表之一。
歐洲能源成本高,1980年代初,歐洲開始開發建造智能玻璃幕牆辦公建築。歐洲環保意識強,開發至今雙層玻璃幕牆已成為現代化大型生態辦公建築的潮流。雖然雙層通道玻璃幕牆一次性建設投資較大,但它一方麵可以降低建築能耗,保護生態環境;另一方麵,由於建築物所需能耗降低,可以減少建築設備的一次性投入,特別是大量節約建築運營成本。
(一)雙層通風玻璃幕牆
智能建築結構中的綠色建築玻璃有以中空玻璃為主的雙層玻璃隔絕節能窗,有以低輻射玻璃為主的降低熱損失的節能窗,還有新興起的雙層通風玻璃幕牆節能窗,另外也有以真空玻璃為主的節能窗。
國外最新開發的雙層智能動態節能玻璃幕牆(也叫熱通道幕牆)。按通風原理分為自然通風和強製通風兩種係統。即由外層幕牆、內層幕牆、遮陽幕牆、進風幕牆、出風裝置組成。其設計理念是實現節能,環保,使室內生活,工作與室外自然環境達到融和。
(二)綠色玻璃幕牆結構特點
雙層幕牆從構造形式上可分為:封閉式通風雙層幕牆、窗箱式雙層幕牆和外廊式雙層幕牆。在這三種基本構造形式的基礎上,近年來又出現了許多新的技術構造與不同形式的構造組合。不同構造形式的雙層幕牆有不同的優缺點,適用不同的建築需求,在此以外廊式幕牆為例,簡述雙層幕牆的工作原理。
(1)寒冷季節,玻璃幕牆可以最大限度地吸收太陽輻射熱,通過調節進出風口的大小,可以控製適當的新風換氣量,而進入兩層玻璃幕牆之間緩衝空間的空氣,已被陽光初步加熱,再送入室內時可減少送暖量。
(2)夏季炎熱時期,位於兩層玻璃空間的遮陽設施被放下來,絕大部分太陽輻射能量在這裏被擋住,並通過精心組織的自然通風排到建築之外。由於外層玻璃具有遮風避雨及防盜作用,夜間室外冷空氣可以通過開啟的內側窗戶冷卻樓板等高蓄熱體,次日上午氣溫上升時,樓板、牆體等將會有效地冷卻室內溫度。
(3)在春秋季節雙層幕牆的開啟可以使室內達到完全自然通風。
雙層玻璃幕牆的通風模式:
雙層玻璃幕牆的主要優點之一是建築在全年大部分時間裏可以實行自然通風,包括在刮風下雨的天氣裏。在組織通風係統時要考慮避免室內排出的渾濁空氣被再次吸入室內。在實際工程中有下列4種雙層幕牆通風係統。
(1)樓層水平進出風口對角通風係統;
(2)帶窗下牆的通風係統;
(3)豎向窗框進風,橫向排風係統;
(4)帶豎向風道的箱式外窗排風係統。
從上述介紹中我們不難看出,雙層通風玻璃幕牆冷熱的調解,主要通過雙層幕牆中的通道的煙筒和熱氣上升的原理得以實現。其內層幕牆相當於傳統的玻璃幕牆,通道是室內外的分界線,通常由中空保溫玻璃構成,並設可開啟窗扇;外側玻璃通常由單層鋼化玻璃構成(也有外側玻璃采用中空保溫玻璃的實例,屬於機械通風式雙層幕牆係統)。外側玻璃主要功能是承受風載,防雨水、風沙,噪聲以及形成兩層玻璃之間一個相對穩定的、可以調節的空氣緩衝層。外側玻璃幕牆上有精心設計的可調節的進風口和出風口。
兩層玻璃之間距離根據功能構造不同可為20~100cm以上。在這一空間裏,通常設置遮陽百葉等裝置。如果寬度在60cm以上,可在樓板高度上設置金屬格柵作為檢修走廊。
(三)綠色建築玻璃與健康
建築玻璃幕牆包括含有中空玻璃幕牆。中空玻璃隔熱性能雖好,但是單獨使用時幕牆玻璃不能自由開放,室內空氣流通受到影響,嚴重的地方影響到人的身心健康。德國科學技術部一項官方研究結果,封閉式空調辦公空間對人的健康有相當不利的影響:感冒、呼吸道病症、風濕病、渾身乏力,頭腦不清等病症,發病率比自然通風采光辦公室發病率高約1倍。國外大量研究結果表明這種全封閉式空調建築不利於人體健康,降低辦公效率,並導致一種“病態建築綜合症”(Sick-Building-Syndrom,SBS)。2003年,SARS在我國肆虐期間,我國辦公建築由於是封閉、集中中央空調控製係統,非常有利於病菌的傳播,顯示我國的辦公環境的存在嚴重缺陷,為了保證人身安全,所以很多大公司不得不停止工作,受到損失的企業比比皆是。這一問題引起了衛生部門、建設部的高度重視,建造可呼吸健康幕牆建築的呼聲由此提高。