建筑幕墙未来发展的新方向(太阳能幕墙)-王常霖、吴珍志.doc

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1、建筑幕墙未来发展的新方向(太阳能幕墙)-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。 幕墙的概念 关键词： 关键词： 太阳能幕墙 光电 光热 光亮 笔者于

2、 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” ）的概念。借此次机会，与广大同行讨论， 共同学习、进步

3、。 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 照目前我国的发展态势（GDP10%） ：煤炭，仅供 54

4、-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 认识到，我国具备丰富的天然资源优势和巨大的市场需求空 间，

5、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、环保的能源，广纳各国先进的太阳能技术，进 一步开发和利用

6、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大幅度的降 低， 但仍未达到理想的效果， 建筑幕墙

7、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 1）就采用了光伏幕墙技术，它是太阳能光伏与建筑

8、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 结合，不会对景观造成较大影响，甚至其本身的不

9、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，大规模 的推广应用是必然的趋势。 2、光热

10、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，透露出简洁 6 时尚的现代化气息，极具

11、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空隙，将太阳能集热 器夹装在其

12、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 术难度来说，光热的难度更大一些。

13、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 以直接发出各种颜色的可见光，

14、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，每块玻璃板后面的光伏电池将太阳 9

15、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。 10 4、综合利用方向 以上利用方向的几种或全方