1.簡介

在20世紀(jì)初,機(jī)械空調(diào)技術(shù)的發(fā)展使建筑的設(shè)計能夠擺脫當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境參數(shù)的限制,因此這類建筑的營運(yùn)和初始成本與對復(fù)雜技術(shù)的要求一樣水漲船高。20世紀(jì)80年代后期,在歐洲中部開始出現(xiàn)一個不同趨勢,且愈演愈烈,那就是建筑必須將能耗降至最低,同時把室內(nèi)舒適度和空間利用度達(dá)到最大化。此外,還要降低在建筑搭建和營運(yùn)過程中所造成的材料、時間及成本的浪費(fèi)。另外,社會和文化方面的因素也愈來愈受到重視,比如建筑的外觀設(shè)計。在歐洲觀念中,建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展概念包插上述提到的所有方面。幕墻在其中扮演著至關(guān)重要的角色。

近幾年來我們了解了許多決定人類未來的必要條件。數(shù)年來,全球化和世界城市化正以前所未有的速度徹底改變我們的世界。人們對居住舒適度的不懈追求卻使環(huán)境遭受重創(chuàng)。后果顯而易見:自然資源消耗加劇,從而導(dǎo)致原材料的價格急劇上升。更嚴(yán)重的是,由資源大量消耗所導(dǎo)致的氣候變化已成為全球共同的挑戰(zhàn),如果不采取措施的話,人類后代生活的自然基礎(chǔ)將遭受毀滅。所以我們急需轉(zhuǎn)變之前的想法,促成全球性的轉(zhuǎn)變。當(dāng)下關(guān)于可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略可分為兩種派別:“充分戰(zhàn)略”和“效率戰(zhàn)略”。簡而言之,充分戰(zhàn)略直接針對的是個體的責(zé)任感,比如個體使用資源的程度,而效率則是建筑設(shè)計和規(guī)劃參數(shù)。

建筑能耗約占全球能耗的40%,所以公眾對節(jié)能建筑和資源保護(hù)的興趣漸增?？沙掷m(xù)發(fā)展建筑是健康環(huán)境的基礎(chǔ)。今天,我們在建筑環(huán)境領(lǐng)域所犯下的錯誤久而久之會對經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會文化造成負(fù)荷。這也是為什么全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展的意識增強(qiáng),先進(jìn)的智能型綠色建筑概念正引領(lǐng)著建筑業(yè)的風(fēng)潮?；締栴}是:我們是否需要高科技或者低科技門窗幕墻以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?在我們討論這個問題之前,我們先要來分析一下可持續(xù)發(fā)展建筑的基本要求和概念。

2.可持續(xù)發(fā)展建筑的要求

首先我們來看一下可持續(xù)發(fā)展建筑的要求?？沙掷m(xù)發(fā)展建筑的設(shè)計要考慮建筑整個生命周期所涉及用戶的相關(guān)需求,涵蓋從設(shè)計、規(guī)劃、搭建到運(yùn)營、使用、翻新再到拆除并回收、重復(fù)利用建筑組件和材料的所有階段。在歐洲對可持續(xù)發(fā)展問題的關(guān)注度在日益提升。讓我們首先聚焦基本資源的消耗,隨后再來考慮對水資源的保護(hù)和污染的防控。長久以來,我們只著眼于初始成本;現(xiàn)如今,在歐洲,細(xì)致優(yōu)化投資成本和隨之而來的營運(yùn)成本已成為普通標(biāo)準(zhǔn)。此外,可持續(xù)發(fā)展的社會和文化因素正日趨重要,比如建筑的外觀設(shè)計,但是更多體現(xiàn)在建筑的使用方法以及它們?yōu)橛脩籼峁┑目臻g利用度。

現(xiàn)在我們了解了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展建筑的因素有:

環(huán)境質(zhì)量(生命周期影響評價....)

經(jīng)濟(jì)質(zhì)量(生命周期成本,靈活性和適應(yīng)性....)

社會文化質(zhì)量(體感舒適度、用戶控制....)

實(shí)用性質(zhì)量(氣密性、水密性、隔熱、遮陽、自然通風(fēng)、日照、隔聲、安防、適用性....)

技術(shù)質(zhì)量(清潔和維護(hù)、拆除拆卸....)

加工質(zhì)量(設(shè)計、生產(chǎn)、安裝、清潔和維護(hù)....)

建筑領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展概念需要包含上述所有要素。智能型綠色建筑必須根據(jù)這些要素來設(shè)計、搭建和運(yùn)營。今天的歐洲建筑設(shè)計已經(jīng)把重心轉(zhuǎn)移到長期的顧客滿意度上。其結(jié)果就是質(zhì)量、功能和資金成本的要求逐漸變得更為嚴(yán)格。人類健康是周圍環(huán)境直接作用的結(jié)果。至少在辦公樓和行政樓,隨著社會大眾逐步意識到舒適的溫度、新鮮的空氣、對采光的利用和宜人的聲音環(huán)境將直接影響著績效和出勤率,這些因素將在未來備受重視。

3. 智能綠色建筑的概念

現(xiàn)如今我們知道,根據(jù)建筑的所在地不同,它會受到不同環(huán)境因素的影響,即噪音、風(fēng)、降水、冷、熱和太陽輻射。建筑的外立面至關(guān)重要,不僅僅因?yàn)樗P(guān)系著外觀,也由于它牽涉到建筑的可用性和耐久性、對人身和財產(chǎn)的保護(hù)以及內(nèi)部舒適環(huán)境的創(chuàng)造。一方面,節(jié)能的建筑外立面影響著為維持室內(nèi)舒適溫度所需的供暖、采光、通風(fēng)以及制冷所使用的能源量(以此影響能源成本和污染量),另一方面也對技術(shù)建筑管理系統(tǒng)的規(guī)模甚至基本需求起到作用(以此影響投資和營運(yùn)成本、它們常常提升室內(nèi)舒適度,以此改善辦公樓和行政樓的工作環(huán)境,這也相應(yīng)增強(qiáng)了用戶的滿意度和效率。視建筑的所在地而定,建筑外立面也或多或少提供了使用可再生能源的潛力。

智能綠色建筑可基于被動、主動、認(rèn)知和能源正輸出概念予以搭建。在被動建筑概念中,被動幕墻組件將室內(nèi)和室外因素盡可能地分開。當(dāng)代的機(jī)械系統(tǒng)保障了一個舒適的室內(nèi)環(huán)境。相反,在主動建筑概念中,動態(tài)幕墻組件對變化的內(nèi)外部環(huán)境做出具體的反應(yīng)。根據(jù)我的個人經(jīng)驗(yàn),只有建筑的位置、高度及使用在—年中至少三分之二的時間不用考慮自然通風(fēng)、太陽能和采光的情況下,單純的被動建筑概念才能突顯其優(yōu)勢。高層建筑中傳統(tǒng)窗戶的自然通風(fēng)和外部遮陽系統(tǒng)的安裝受到高風(fēng)速的限制?；顒拥?、尤其是電動的組件只適合那些樂意維修保養(yǎng)的建筑業(yè)主。

在認(rèn)知型建筑概念中,幕墻和帶動態(tài)調(diào)節(jié)功能的機(jī)械系統(tǒng)組件通過一個智能化的建筑自動化系統(tǒng)互相連接。因此,認(rèn)知型建筑能對多種可預(yù)測可計算的環(huán)境做出反應(yīng),如氣象環(huán)境中每年或每天發(fā)生的波動(太陽高度角)或建筑營運(yùn)的次數(shù)。然而,無法預(yù)知的氣候和營運(yùn)因素一如云的異變和用戶無意識的行為一須通過合適的傳感器或在線天氣預(yù)報來監(jiān)控。對幕墻單個組件的運(yùn)行進(jìn)行分主次地協(xié)調(diào)控制會影響幕墻參數(shù),如整個能源吸收度和熱產(chǎn)量,并延伸“零能源狀態(tài)”。信息物理融合系統(tǒng)(CPS)代表著現(xiàn)存嵌入式系統(tǒng)的下一個進(jìn)化階段。在CPS系統(tǒng)內(nèi),信息組件與物理組件相互協(xié)同作用,成為全球聯(lián)網(wǎng)的一部分。與認(rèn)知技術(shù)相組合,它們會對建筑學(xué)和建筑業(yè)產(chǎn)生巨大影響。CPS使新一代認(rèn)知型建筑及建筑外立面成為可能,其特點(diǎn)就是提升能效、生產(chǎn)力和性能,從而優(yōu)化建筑能耗,改善用戶的舒適度和安防等級。

此外,有針對性地滿足項(xiàng)日對室內(nèi)環(huán)境舒適度的要求往往比遵守普通標(biāo)準(zhǔn)一在某些實(shí)例中是超標(biāo)準(zhǔn)一要更有效地減少建筑能耗。在理想狀態(tài)下,每個建筑區(qū)都能規(guī)定各自的舒適度限值。例如,當(dāng)建筑非常用區(qū)域能適應(yīng)清晨的較低溫度,則夜間被動制冷的能效就能得到提升。若設(shè)計師進(jìn)一步拓寬設(shè)計的“系統(tǒng)化界限”則能進(jìn)一步優(yōu)化能效。如,相鄰建筑中間不受氣候干擾的圈占地可設(shè)計成大型的緩沖區(qū)域,作為中庭或商業(yè)中心。這些緩沖區(qū)域可配各天然系統(tǒng),保證每年的氣溫在15到30° 之間,不受外界影響。為了以最少的能耗實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo),必須通過建筑中央管理系統(tǒng)控制可見光的射入、太陽能的獲取及自然通風(fēng)水準(zhǔn)。另一方面,諸如屋頂和幕墻這些區(qū)域的內(nèi)表面則相對簡單,不用額外考慮風(fēng)力載荷或暴雨的因素。有了“氣候罩”的防護(hù)也提高建筑的使用頻率。在理想情況下,用戶可分別控制幕墻內(nèi)部組件,不會對能耗產(chǎn)生負(fù)面影響。然而,氣候罩的噪聲控制(“ 音量衰減”和熱存儲行為(“ 熱緩沖”)水平也是相當(dāng)重要的。

要談?wù)撃茉凑敵龈拍?我們必須首先減少建筑的能耗。當(dāng)建筑內(nèi)部環(huán)境能在不啟用機(jī)械系統(tǒng)的情況下保持舒適且延長舒適時間,則能顯著減少能源消耗。在此,我們可運(yùn)用被動概念、主動概念或認(rèn)知感念。實(shí)現(xiàn)能源正輸出的最終步驟是將建筑外立面轉(zhuǎn)化為主動的太陽能接收表面。兩種技術(shù)可供參考使用:光電和光熱。目前,相關(guān)組件已能融于建筑設(shè)計特征,極大地適應(yīng)建筑個性化要求。應(yīng)用范圍也從幕墻組件、房頂模塊拓展到遮陽設(shè)備。直接利用太陽能進(jìn)行區(qū)域供暖和熱水供給可通過現(xiàn)存的不同系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),這些系統(tǒng)按照不同的準(zhǔn)則來運(yùn)作,如空氣收集器、集水器或帶熱泵的熱吸收器。對城區(qū)內(nèi)的熱存儲系統(tǒng)進(jìn)行相互連接可提升系統(tǒng)性能。尤其對于辦公樓來說,在熱收集器(吸收式制冷機(jī))的幫助下實(shí)現(xiàn)制冷引起極大關(guān)注。原理很簡單:在制冷需求最大的地方,太陽也會提供最大的熱能源以供制冷。這是完美的“供求平衡”。現(xiàn)如今,整合進(jìn)建筑的太陽光伏系統(tǒng)早已逾越實(shí)驗(yàn)階段?，F(xiàn)在,太陽光伏系統(tǒng)可用于安裝固定和移動遮陽系統(tǒng)的幕墻和屋頂。同時,布線和電力連接的問題也得到了有效解決,性能卓越的系統(tǒng)已上市。通過認(rèn)知技術(shù)和信息物理融合系統(tǒng)將城區(qū)內(nèi)的建筑與不同的“電力用戶及產(chǎn)商”連接在一起可在不久的將來達(dá)到供求平衡并提升太陽光伏系統(tǒng)的能效。認(rèn)知型技術(shù)和信息物理融合系統(tǒng)能幫助提升建筑的安防等級。根據(jù)我們自己的定義,防護(hù)即是對單個或多個偶然因素引起的隨機(jī)突發(fā)事故進(jìn)行防御保護(hù)。