《建筑幕墙未来发展的新方向(太阳能幕墙)-王常霖、吴珍志》由会员分享,可在线阅读,更多相关《建筑幕墙未来发展的新方向(太阳能幕墙)-王常霖、吴珍志(7页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、建筑幕墙未来发展的新方向建筑幕墙未来发展的新方向( (太阳能幕墙太阳能幕墙)-)-王常霖、吴珍志王常霖、吴珍志本文由 w51095503 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT,或下载源文件到本机查看。建筑幕墙未来发展的 建筑幕墙未来发展的新方向 未来发展 太阳能幕墙 太阳能幕墙王常霖 山东津单幕墙有限公司 吴珍志 山东大学土木水利学院摘要:本文从太阳能技术与建筑幕墙相结合的角度提出了太 摘要:本文从太阳能技术与建筑幕墙相结合的角度提出了太 技术与建筑幕墙 角度提出 阳能幕墙的概念,并从其发展方向上加以论述。 阳能幕墙的概念,并从其发展方向上加以论述。 幕墙的概
2、念 关键词: 关键词: 太阳能幕墙 光电 光热 光亮笔者于 2010 年 9 月 16 至 19 日有幸参加了在山东德州 召开的第四届世界太阳城大会。会议聚焦国际视野,融汇各 方观点,凝聚全球智慧,从推进太阳能战略的角度,探求多 边共赢之路,展示了新能源、新产业、新生活的美好前景。 与会期间通过参加一系列论坛、展览和大型活动,笔者倾听 了各国专家先进的节能理念以及节能技术的介绍,并实地参 观了太阳能与建筑一体化的示范场馆,收获颇丰,对太阳能 技术与建筑幕墙的结合及其应用方向有了新的想法和更深 层次的认识, 并由此提出了太阳能幕墙 (Solar Curtain Wall 太阳能幕墙 简称“SCW
3、” )的概念。借此次机会,与广大同行讨论, 共同学习、进步。 一、目前我国传统能源利用现状 能源是一个国家发展的动力,决定着国家命运的兴衰。 17 世纪煤炭的大量发掘和蒸汽机的使用, 奠定了英国 200 年 “日不落帝国”的基础。19 世纪石油资源的开采和应用造就1了当今美国的繁荣,能源对于一个国家的重要意义由此可见 一斑。 外界看来,我国地大物博,是堂堂资源大国,但实际上, 我国的传统能源(煤、石油、天然气等)储量虽然比较丰富, 但按人均计算,煤炭资源拥有量却只相当于世界平均水平的 50,石油、天然气资源拥有量更是仅为世界平均水平的十 五分之一左右。根据目前国内探明的传统能源储量来看,按 照
4、目前我国的发展态势(GDP10%) :煤炭,仅供 54-81 年使 用;石油,仅供 15-20 年使用;天然气,仅供 28-58 年使 用,因此对我国来说,人均能源资源的短缺,环境容量 的有限,能源消耗的急骤增加,已经极大的制约了我国的可 持续发展以及生存空间。因此,节约传统能源,开发新能源 势在必行。 二、我国新能源发展现状与太阳能 我国新能源发展现状与 新能源发展现状 我国新能源利用可以追溯到 20 世纪 50 年代末的沼气利 用,但新能源产业在我国规模化的发展却是在近几年的时 间。相对于发达国家,我国新能源产业化发展起步较晚,技 术也相对落后,总体产业化程度不高。但同时,我们也应该 认识
5、到,我国具备丰富的天然资源优势和巨大的市场需求空 间,在国家相关政策引导扶持下,技术水平正逐步提高。因 此,新能源的开发和利用具有很大空间。 目前,我国新能源发展较快,其中利用比较广泛的新能2源包括太阳能、风能和生物质能,而太阳能利用更是其中的 重中之重。太阳能取之不尽,用之不竭,分布也相对均衡, 是真正意义上的环保能源。目前,美国、日本等国在开发太 阳能上已经取得了显著的成效。我国是耗能大国,但同时太 阳能资源也很丰富,绝大多数地区年平均日辐射量在 4 kWh/ 以上,西藏西部更是高达 7 kWh/,太阳能辐射总量居世 界第一位,太阳能利用前景十分广阔。所以我国更应重视开 发这种经济、环保的
6、能源,广纳各国先进的太阳能技术,进 一步开发和利用好太阳能。 三、建筑幕墙发展现状及存在问题 建筑幕墙发展现状及存在问题 发展现状 随着建筑业新技术、新材料、新工艺的发展和应用,建 筑幕墙现已成为建筑外围护结构和建筑外立面的主要装饰 手段,各式建筑幕墙的应用,以其独特的艺术魅力,夺目的 装饰效果和丰富的使用功能,装点着城市面貌。 但我们也应该清醒的认识到,建筑幕墙尤其是玻璃幕墙 也给我们带来了负面影响, 如高能耗、 光污染和温室效应等, 给节能带来了巨大的挑战。据统计,建筑耗能已达全社会 能源消费量的 27.6%,而建筑能耗的 50%与门窗幕墙有关。 虽然在人们的努力下,幕墙建筑的耗能已经有了
7、大幅度的降 低, 但仍未达到理想的效果, 建筑幕墙节能工作任重而道远。 随着幕墙建筑在我国的普及,建筑幕墙技术在我国也得 到了长足的发展,其中玻璃幕墙技术含量最高,更是涉及了3多领域、多学科,其面板材料玻璃的特殊性(通透、易 加工等)也促使它易于与太阳能技术相结合。由此看来,太 阳能幕墙的开发具有可行性,也符合国家节能减排、开发新 能源的战略性方针,下一步发展的空间很大。 四、太阳能幕墙的发展方向 太阳能幕墙的发展方向 笔者认为,太阳能幕墙的发展应主要从以下几个方向考 虑: 1、光电利用方向 目前主要指光伏幕墙的应用,以本次世界太阳城大会的 主会场太阳谷微排大厦为例,它的部分玻璃幕墙(图 图
8、1)就采用了光伏幕墙技术,它是太阳能光伏与建筑一体化 (Building Integrated PV简称“BIPV”)的一种高端产 品。一方面它是建筑物的外围护结构,需要达到建筑美学的 要求,同时应具有普通幕墙遮风、避雨、抗风与抗震的能力; 另一方面它又具有发电的功能,可以在经历各种复杂气候环 境变化后仍能正常工作。4(图 1)为追求最好的光电转换效果,微排大厦的光电单元安装 在建筑物的南立面,采光顶及遮阳棚等受阳光照射时间较长 的部位,利用建筑造型的自然倾斜达到了最佳的光照角度。 根据建筑及功能的要求,光电单元的尺寸和样式各不相同, 光电单元中的光伏电池组件很薄(薄膜电池) ,容易与建筑 结
9、合,不会对景观造成较大影响,甚至其本身的不规则纹理 还增加了建筑物的外立面效果。而针对室内装饰来说,光电 板的背面可以衬以设计师喜欢的颜色,从而达到了意想不到5的装饰效果,从而代替了传统的装饰材料(例如目前较多使 用的抛光类建材) 。但需要指出的是,光电幕墙的生产、使 用直至报废却可以实现对环境的无污染,因此它在环保方 面具有不可比拟的优势。所以光伏幕墙是一种洁净、安全的 太阳能利用方式。 光伏幕墙是一种新型建筑幕墙,在我国的出现只有六、 七年的时间。从建筑技术与应用来讲,目前在我国仍处于起 步阶段,大多也只是在示范项目上作技术研究与展示。但从 长远来看,随着技术的不断成熟,成本的不断降低,大
10、规模 的推广应用是必然的趋势。 2、光热利用方向 光热利用的基本原理是通过太阳能收集装置将太阳的 辐射能收集起来,收集的辐射能再与传热介质相互作用转换 成热能,并加以利用。光热技术的核心组成部分是它的太阳 能收集装置集热器。 对于太阳能光热技术与幕墙的结合,太阳谷低碳建筑之 一的太阳能“光立方”馆(以下简称“光立方” )给了笔者 很大的启发。 “光立方” 图 2)的外型结构与水立方异曲同 (图 工,但不同的是它在建筑物的外墙面自上而下上安装了大量 的太阳能集热器,采用这样的安装形式后,集热器真空管紫 灰色的外表面形成间隔交错的各个区域,整体上不但没有影 响建筑物整体外观,还起到了令人震撼的效果
11、,透露出简洁6时尚的现代化气息,极具未来感。而且在功能上它还赋予了 建筑物采暖、制冷、提供热水等附加功能,达到了节能减排 的目的。(图 2)“光立方”所用的集热管的安装形式,笔者认为它可以 被认作是幕墙的应用变形,但是更侧重于其装饰和附加功能 方面,准确的说还不是幕墙而是建筑物的外装饰附加构件。 但利用以上作为基础,笔者提出了一种新型幕墙的概念 光热幕墙(Photo-thermal Curtain Wall简称“PCW” , )7这种新型幕墙除具备常规幕墙的功能外,同时还具备了相应 的附加功能:如为建筑物提供采暖、制冷及热水等。 要实现上述目的可以通过以下形式: 利用室内、外两层玻璃结构之间的
12、空隙,将太阳能集热 器夹装在其中,集热器的进水管和出水管均布置在玻璃间并 通过幕墙横梁或立柱构件封修层引出。但须注意的是,将太 阳能集热器与幕墙合二为一作为房屋外围护结构时,应将外 装饰造型和建筑功能的进行一体化设计,还需要在设计房屋 时就将水路和电路、气管等线路一起考虑,只有这样才有利 于解决外观凌乱、管程长和漏水等一系列问题。 我国人多地少,城市里楼房越盖越高,可以占用的屋顶 面积却越来越少,因此无论是住宅建筑还是办公建筑,利用 墙面都应该是太阳能光热一个很好的发展方向。通过与幕墙 的结合,可以说是在功能和装饰上更好地深化了两者的优 势,发展前景良好。但也应理性的认识,从与建筑结合的技 术
13、难度来说,光热的难度更大一些。光伏发电仅仅是转换效 率的问题,而光热则有转化介质(水或其它介质)的因素, 例如要求光热产品不仅要有良好的承压性,体积还要小而 薄,这也是限制光热与建筑结合的难点之一,因此它的硬件 的设备跟建筑的恰当匹配也还需要投入更多的努力。 3、光亮(光电深化)利用方向 光亮(光电深化)8光亮利用实际上是光电在功能上的深化,它的基本原理 就是光电技术和 LED 亮化技术。 至于光电转换的 (光生伏特) 原理这里不再赘述,后面仅对 LED 技术做一下简单说明。 LED 是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件 (发光二极管) 。LED 利用固体半导体芯片作为发光材料,可 以
14、直接发出各种颜色的可见光,尤其是采用 LED 显示屏控制 技术后更是实现了色彩和图案的多变性,因此它是一种可随 意控制的“动态光源“。与传统光源相比,LED 为固体冷光源, 工作电压低,直流驱动,低功耗(电光功率达 90%以上,同 样照明效果比传统光源节能 80%以上) ,寿命更长,因此使 调节明暗,频繁开关成为可能,更有利于在夜晚建筑美化中 的应用。也正是因为 LED 技术是一种我们可以随意控制的“ 动态光源“。所以我们将其与幕墙相结合,产生了多媒体动 态幕墙(图 3) 图 ,丰富了建筑幕墙在夜晚的表现力。(图 3)多媒体动态幕墙实现了能源循环自给,大幅度的节约了 能源和运营成本。白天,每块
15、玻璃板后面的光伏电池将太阳9能吸收储存起来。晚间,则将储存的电能供应给动态幕墙的 LED 显示屏,利用电脑控制 LED 灯光装置,在幕墙上表现出 各种图像,播放、演示固定或活动的图案,提供了一种具艺 术特色的与城市环境进行交流形式,凸显了建筑的艺术风 格,营造了时尚的城市气氛,将建筑物的玻璃幕墙转变为一 种互动娱乐和公众活动环境。LED 与幕墙的结合,采用以下两种形式均可,但在设计 时应注意 LED 的防水、可拆换性及布线的可操作性: LED 亮化组件与幕墙构件(主要是立柱、横梁、胶缝 等)结合(非动态幕墙,属于建筑外轮廓亮化的范畴) ; LED 亮化组件与幕墙玻璃面板提前加工形成 LED 玻
16、璃 面板(多媒体动态幕墙):采用新型镀膜装饰玻璃,利用其 导电性能加工成透明电路并配以 LED、专用浆料等,再用激 光技术合成。 远看玻璃是整块亮, 实际是分布均匀的点状 LED 冷光源,不发光时和常见的普通镀膜玻璃一样。 回首城市和建筑发展的历史进程,我们可以清楚地看到 光技术和光文化同城市和建筑同步发展的前进足迹,也看到 了采光照明的技术进步对城市和建筑面貌及现代城市生活 所产生的巨大作用。为响应国家节能减排政策号召,真正做 到节能、环保并重,实用性、观赏性并举,采用先进的多媒 体动态幕墙,未尝不是一种更好的尝试,因此推广动态幕墙 大有可为,市场潜力巨大。104、综合利用方向 以上利用方向的几种或全方位组合的模式。 五、结语: 结语: 近年来,城市中涌现出了一大批高层、超高层建筑,这 些建筑出于彰显城市形象、体现建筑形态美感等原因,纷纷 采用了建筑幕墙尤其是玻璃幕墙的设计,而传统的玻璃幕墙 给我们的印象是高耗能。虽然新型玻璃的应用和施工技术的 进步已经降低了建筑物的能耗,但还是无法从根本上解决问 题。21 世纪末,太阳