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浅谈玻璃幕墙建筑设计中节能策略
RSS 打印 复制链接 发布时间:2018-01-11 17:16:04

  【摘 要】伴随着现代社会的飞速的发展和人们对生活舒适优雅性的无尽追求,资源和合理利用,能源的节约再生,已经成为现今社会上的建设者所关心的重要问题。对于当下正值热门的玻璃幕墙建筑来说,如何科学的利用资源,设计出即美观舒适又节能环保的玻璃幕墙,更是无数建筑者所应该探讨规划的。本文由浅入深,首先根据玻璃幕墙的发展历史入手,并结合其发展前景,进而谈论设计玻璃幕墙的节能策略。 

  【关键词】节能设计;玻璃幕墙;策略;整合;环境 

  一、玻璃幕墙的发展 

  谈到玻璃幕墙,相信无数建筑设计者都会想到英国建筑师约瑟夫设计的“水晶宫”,它的设计震惊了世人。其次,一位建筑大师密斯·凡·德罗在巴塞罗那的世界博览会用大量玻璃设计出的德国馆震惊了世界。从此,玻璃开始走进了建筑界。而对于玻璃幕墙节能设计的探究,我们需要先了解什么是玻璃幕墙。《玻璃幕墙工程技术规范》中曾这样定义玻璃幕墙:由支撑结构体系和玻璃面板组成,不承担主体结构所受作用的,可相对主体结构有一定位移能力的建筑外围护结构或装饰体系。从定义中我们可以清楚的了解到玻璃幕墙的两大属性,即外围护性和装饰性,但是玻璃这种材质的特性,使建筑中的保温隔热和节能环保都收到了挑战。玻璃的种类很多,一次次的改革中,双层玻璃、三层玻璃、低辐射玻璃、有色玻璃、镀膜玻璃等新型玻璃也逐渐横空出世。由这些玻璃又构成了不同种类的幕墙。首先要介绍以金属材质的框架来支撑的框式玻璃幕墙体系,其中又包括明框、隐框、外置玻璃肋框架的玻璃幕墙。其次还有由玻璃面板和玻璃肋框构成的全玻璃幕墙体系以及用 

  钢连接部件来实现的点式玻璃幕墙构造体系。其中点式玻璃幕墙构造体系还包括金属支承结构点式玻璃幕墙、全玻璃结构点式玻璃幕墙和拉杆(索)结构点式玻璃幕墙。最后还有包括两种方式一个是封闭式内循环体系呼吸式幕墙,一个是敞开式外循环体系呼吸式幕墙的双层通风玻璃幕墙体系,这种方式主要用来改善玻璃幕墙的热功能性。 

  但是在玻璃幕墙的发展中,一些问题也随之产生。幕墙的传热与隔热效率则为首要问题,对流、导热和辐射是其传热的三种基本方式。在冬季,主要以温差来传热,室内温度高于室外,就无形中增加了采暖负荷,浪费了资源;在夏季,太阳辐射把大量的热量导入室内,就增加了空调负荷,大量资源被消耗。所以在玻璃幕墙的设计中,要采用合适的策略,来减少这种情况。 

  二、玻璃幕墙设计中的节能策略 

  在玻璃幕墙发展的过程中,人们逐渐意识到玻璃建筑的节能的重要性。建筑者们首先从建筑入手,在建筑规划和玻璃材料选取方面着手,试图其到节能的作用。但是要真正有效的实现节能,仅仅如此并不足够,从建筑的生态理念来讲还需要从设计方面来加以节能策略。 

  对于玻璃幕墙设计中的节能策略,主要有以下几种: 

  1、玻璃幕墙材质的选择 

  对玻璃的选择即是怎样得到合适有效的玻璃面板。首先,要满足玻璃的采光、传热以及遮阳系数,系数小,冬季保温好,夏季也会减少空调的能耗。前者可以选择多层玻璃,并在空气层注入一点的惰性气体用来保温;后者可以选择有色玻璃、镀膜玻璃等等,来提高散热性。设计把这两方面因素考虑在内,便可做出合适的玻璃面板。 

  在玻璃面板方面也要考虑玻璃的遮阳效果,这个可以通过改变遮阳系数来实现,也是一种重要的立面式的手法。双层玻璃遮阳系统、内、外置遮阳系统是遮阳体系的三大方式。其中德国柏林的GSW大楼就是以双层遮阳系统为主。外层是8mm的钢化透明玻璃,内层则是采用中空玻璃,并在外内层间距900mm的空中运用橙、粉、红等色彩的具有悬挂折叠功能的穿孔铝板。掺入色彩因素来起到遮阳美观的丰富功能,使建筑立面更加多元化。 

  除此之外,还需要对金属连接材料进行挑选。例如框架式玻璃幕墙,表面上看为了其传热系数为玻璃与幕墙的加权平均的传热系数,我们应该使用传热系数比较接近的隐式幕墙,但是考虑安全性,明试框架更为安全可靠。设计者也要综合这两方面因素 来设计使用均衡的材质作为金属框架。 

  2、日照采光策略 

  关于日照采光策略,可以从建筑组合方面和建筑朝向问题来设计。建筑组合,就是要利用好建筑物之间的遮挡关系。既要避免遮挡带来的能量流失,又有合理利用遮挡关系。第一,建筑物的开口朝向要面向光源充足的方向,南高北低的建筑组合可以缓解建筑物之间遮挡带来的自然采光的负面影响。第二,对建筑物形体进行合理设计,利用反射光源形成小范围的“人工”制造的自然光远能量;第三,考虑到在建筑物交接处的采光较弱,尤其是高低建筑物交接处,采光会更加困难。设计者要充分利用建筑造型,并与建筑功能相结合进行合理的设计,也可以把一些对采光要求不是很高的空间设置在此,合理利用空间区域。 

  3、自然风的运用 

  由于地域位置的不同,季风的种类也不同。例如在夏季,风压则可以帮助实现适合的通风系统。首先,建筑物的朝向应该是夏季季风的主导方向,估计环境因素。其次,为了得到最大限度的通风,设计师应该把建筑之间的距离的设置为5到7倍的建筑物高度。但是当风吹过,前面的建筑物可以为后面建筑物形成风压。而且建筑物之间的间隔如果足够大,就会产生一种独立形式的气流,后面的建筑物的通风会更有效率。但是这个间距不是无限大的,如果间距的距离大于一定限度,即风影区,就会产生尾留效应;较小时,正方向吹过来的风就会产生风漩涡。最后则是要求风速,不能小于2到3米每秒,这就要求设计者对设计地点进行仔细考察。 

  4、内部空间的设计 

  虽然玻璃幕墙相关的是建筑的外部构造,但是空间的内部的设计也同样可以起到效果。其中包含4个方面的因素,首先是内部空间的设计和利用,比如在房间的阴面、冷山等部分要赋予楼梯间或者厕所等不需要充足采光和通风的功能位置。对于其中的一种由中间为核心向四周扩散的筒式结构的建筑物来说,中间的核心部分的通风和采光是较弱的。对于这种情况,可以利用一种纵向平面的边庭设计来解决。这种从上到下的边庭设计使采光和通风问题都得到了良好的解决。而对于室内的通风设计,可以参照我们俗语所说的“穿堂风”来加以设计。所谓“穿堂风”是一种典型的风压通风方式。要实现这种通风方式,是需要对建筑物外形加以改变。就像是类似于北向天窗的波浪形屋顶,运用了“烟囱效应”,高温上升,低温下入。并且可以综合热压通风可以缓解风向的不确定性。 

  其次,可以使用特定的空间要素。建筑平面的进深过大,就会是整个空间的采光和通风效率变低。这时,便可以实际天井或者中庭来解决整个问题。在这两个空间合理种植植物,加以绿化,在增加美观效果的同时,形成一个局部气候缓冲区,有效的调节室内的各种因素。还有一种特定的空间设计元素,那就是空中花园,就可以针对类似于摩天大楼的建筑,配合中庭的设计,自然给室内进行换气。而且加以开窗通风,则使大楼内的空气充分流通。 

  最后,也可以采用特殊造型元素,这种设计策略的核心是在建筑物上适当设计出开口造型,以充分利用自然风,减少对机械制风的依赖性。根据流体力学的原理,可知,建筑中的通风,主要是通过冷热的气压差,来驱动气流运动。并掌握好空气密度和洞口高差,即可设计出适当的形状来实现节能策略。 

  三、结束语 

  上述的设计策略仅仅是当代的设计手法,但是玻璃幕墙的发展并不会止步于此。目前来看,未来玻璃幕墙的设计发展趋势会开始走上高科技、新材料的道路。建筑设计者会着手与研制发现新型材料,并加以智能化的设计管理手段,对于不同的房屋进深,大胆的外观设计,设计出合理的节能策略。同时,还会遵循着可持续发展的主流理念,把节能深入贯彻其中,不论是选材、设计、建工的各个步骤,都有条不紊,具有高效率的做好玻璃幕墙建筑的节能设计。 

  参考文献: 

  [1]罗忆,黄圻,刘忠伟主编.建筑幕墙设计与施工.北京:化学工业出版社,2007.8 

  [2]洪雯著.建筑节能:绿色建筑队亚洲未来发展的重要性.北京:中国大百科全书出版社,2008.11 

  [3]李海英等编著.生态建筑节能技术及案例分析.北京:中国电力出版社,2007 

  [4]智勇主编.建筑设计的材料语言.北京:中国电力出版社。2006:143,149—152. 

  [5]杨维菊主编,夏热冬冷地区生态建筑与节能技术.中国建筑工业出版社,2007

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