幾世紀以來(lái)，建筑的形狀和類(lèi)型都需適應當地的氣候環(huán)境。多虧了機械空調技術(shù)的發(fā)展，在20世紀，建筑外立面設計終于可以不受當地環(huán)境及各參數的影響。然而這種發(fā)展也帶來(lái)了代價(jià)，不僅造成建筑營(yíng)運成本和初始成本價(jià)格攀升，還增加了對復合技術(shù)的依賴(lài)和對原材料的需求。在過(guò)去30年內，發(fā)達國家與發(fā)展中國家的重點(diǎn)城市無(wú)一不暴露著(zhù)這個(gè)問(wèn)題重重的趨勢，而城市建筑構造也已經(jīng)開(kāi)始影響周邊及郊區。在20世紀90年代中期，歐洲中發(fā)展起一股不同的潮流，那里的人愈來(lái)愈意識到建筑幕墻不僅需要具備出眾的外觀(guān)，還需輔助建筑營(yíng)運，讓建筑擁有持久的生命力。因此，建筑外立面成為室內舒適程度和營(yíng)運費用開(kāi)銷(xiāo)的關(guān)鍵。幕墻不僅與建筑機械系統的操作成本息息相關(guān)，還可決定一棟建筑是否需要或有多需要這些系統。
挑戰
如果我們從更遠的角度審視過(guò)去3O年，很明顯，建筑業(yè)使現有自然資源和不可再生能源大幅度減少。多方面因素造成了這個(gè)全球性的局面，包括人口增長(cháng)和生產(chǎn)力膨脹，工業(yè)化和城市化，這在提高生活水平的同時(shí)要求更大的人均居住面積;另外人們對居住質(zhì)量和舒適程度期望更高。這些需求導致消耗大量—次不可再生資源，包括煤，原油，天然氣和鈾，這些資源都是有限的。
愈來(lái)愈多的市場(chǎng)不斷增加對可持續發(fā)展的關(guān)注G從生態(tài)方面而言，可持續發(fā)展包括保護自然環(huán)境，關(guān)心自然資源。最初焦點(diǎn)集中在減少—次能源的使用，后來(lái)又增加了保護水資源，排除或限制污染。長(cháng)時(shí)間以來(lái)，對“初始成本”的關(guān)注主導著(zhù)人們的思維;而現今，優(yōu)化投資成本及其帶來(lái)的營(yíng)運費用成為了最新標準，至少在中歐如此。另外，可持續發(fā)展的社會(huì )性與文化性引起人們愈來(lái)愈多的重視，如建筑的外部設計，但更重要的是建筑的使用方式以及它們提供用戶(hù)的空間質(zhì)量。建筑業(yè)的可持續發(fā)展需包栝上面提到的所有方面.
節能幕墻
能效戰略目標是將建筑使用的能源、建造和營(yíng)運時(shí)耗費的材料、時(shí)間及開(kāi)銷(xiāo)降到最低。能效是建筑設計及規劃的參數之一。一個(gè)實(shí)施能效理念的關(guān)鍵單元是建筑外立面系統一幕墻。它需要在建筑整個(gè)壽命期保障最高的能源使用效益，這不僅要求建筑外立面的概念和材料符合能源效益，還需在設計，建造和營(yíng)運環(huán)節中發(fā)揮高效節能。
增加能源使用效益意味著(zhù)減少對能源的浪費。然而這并不以犧牲舒適為代價(jià)。人類(lèi)活動(dòng)和福利與舒適程度息息相關(guān)。從簡(jiǎn)單的傳統角度而言，節能通常與舒適程度下降相連。但節能建筑的特征就是以最低的能源消耗保證最高程度的舒適。周?chē)h(huán)境的舒適程度直接影響人們的工作表現和健康水平。但需要注意的是，從建筑不完善的解決方案中滿(mǎn)足巨大能源需求并不會(huì )自然而然地增加舒適。借助節能的建筑外立面可以平衡外界氣候環(huán)境與內部舒適水平的差異。有了這些解決方案不同氣候環(huán)境造起的差異將減小，甚至完全消除。
在溫帶氣候區，幕墻最重要的功能即為抵擋風(fēng)雨，適當隔熱。這要求幕墻扇框，玻璃及不透明區域的整體優(yōu)化。隔熱性越好的幕墻，越重視通風(fēng)造成的熱損失問(wèn)題。從根本上說(shuō)，應避免無(wú)控制的縫隙通風(fēng)。不理想的運作流程不僅大幅度提高營(yíng)運成本，而且還導致室內舒適程度無(wú)法讓人接受。有必要指出建筑用戶(hù)及營(yíng)運者掌握的知識，也就是我們所謂的營(yíng)運能力，對于幕墻節能具有愈來(lái)愈重大的意義。而最創(chuàng )新的建筑理念如果僅停留在理論層面，一不留神也會(huì )敗下陣來(lái)。而最佳的解決方案便是由需求推動(dòng)的電動(dòng)可控窗扇通風(fēng)。
然而，優(yōu)化能源損耗量不該帶來(lái)熱損失。通過(guò)使用被動(dòng)的太陽(yáng)能，建筑本身就成為了太陽(yáng)能收集器。透明和半透明的窗與幕墻表面攝取太陽(yáng)能，轉化為外墻或圍墻表面的熱量。在擁有大面積玻璃外表，內部承受高負荷的建筑中，如果不采取額外的機械措施，夏季太陽(yáng)輻射會(huì )過(guò)高。室外遮陽(yáng)系統大大減少太陽(yáng)輻射及由此生成的熱量。另—方面，光照系統平均分配進(jìn)入室內的日光并優(yōu)化日光質(zhì)量。
適應型幕墻
兼顧節能和舒適的幕墻能對用戶(hù)的舒適需求做出調節并改變外部條件，只在極端情況下才需使用建筑技術(shù)設備。從根本上說(shuō)，這意味著(zhù)建筑結構與相應的幕墻結合，適應其地理位置及使用需求適應型建筑外立面部件有能力對非持續性的多變外部環(huán)境做出反應，這在很多情況下是可以預測或計算的，如每年或每日出現的氣象波動(dòng)(如太陽(yáng)高度角)或是建筑營(yíng)運的次數。然而“適應型”還須包括不可預測的天氣或營(yíng)運因素，如多變的云層和臨時(shí)用戶(hù)。早在1981年，英國建筑師邁克·戴維斯就提出了“多價(jià)墻”概念，即通過(guò)薄薄的功能層控制穿過(guò)建筑外立面的各種能源流。這個(gè)概念是指未來(lái)的建筑外立面會(huì )自動(dòng)適應外部氣候環(huán)境。自那時(shí)起，許多研究人員都在研發(fā)可以控制光，能源，通風(fēng)和聲音通量的半自控材料v其中一個(gè)研究目的是發(fā)明可控制的應用型玻璃。多項技術(shù)已經(jīng)實(shí)現通過(guò)電光或變色玻璃控制分配日光的穿透量。另外還開(kāi)發(fā)出彩光，熱色及熱致變色玻璃種類(lèi)。
緩沖區
如果設計師拓寬系統設計界限，也可起到增加能源效益的作用。例如，可以在毗鄰的建筑之間設計一個(gè)大的防風(fēng)雨緩沖區，類(lèi)似中庭或是林蔭道一樣的區域。這些緩沖區可配備一些系統以提供普通的熱環(huán)境，使每年空氣溫度在15至30℃之間，不受外部氣候因素影響，為了能用最少的能源達到這—目標，必須通過(guò)一個(gè)中央理系統控制建筑外立面的可視光穿透量，生成的太陽(yáng)能熱量和自然通風(fēng)水平。緩沖區內立面以及房頂墻面就相對簡(jiǎn)單，不用對風(fēng)荷載或暴雨多加注意。這樣一個(gè)氣候外立面也增加臨近建筑的利用率。理想狀態(tài)下，用戶(hù)可單獨控制內立面，不會(huì )消耗過(guò)多能源。但內立面的聲音控制能力(“ 降噪”)和熱量存儲能力(“ 熱緩沖”)相當重要∪這些參數由設計師定義并優(yōu)化，一般在整個(gè)建筑壽命期都不會(huì )更改。
在幕墻內積極使用太陽(yáng)能
如果—個(gè)建筑外立面優(yōu)化了能源效益，可以建議利用可再生能源資源去平衡剩余的能源消耗。就幕墻而言，有兩種主要的太陽(yáng)能資源可供積極利用：光電和光熱。通過(guò)按照不同原理工作的各種現有系統，如空氣或水收集器，熱吸收器或熱泵，可直接利用太陽(yáng)能輻射進(jìn)行空間采暖或溫水使用。這些系統和另外的光熱存儲系統一起運行可增加功率。尤其是對辦公樓而言，借助光熱收集器來(lái)生成冷氣(冷凍器/制冷機)引起人們極大的興趣。原理很簡(jiǎn)單：制冷需求最大時(shí)太陽(yáng)會(huì )生成最多的熱量來(lái)制冷。這當然是能源供求之間的完美平衡。
整合進(jìn)建筑的光伏系統(BIPVs)現在早已過(guò)了試驗階段。目前，光伏系統可用于幕墻和屋頂的固定型和移動(dòng)型遮陽(yáng)系統，同時(shí)，這具體解決了排線(xiàn)和插座問(wèn)題，提供了卓越系統。
將電能存儲介質(zhì)全部連成一體也許可以解決電能生成和消耗頻率之間經(jīng)常出現的差異。另外還推薦利用DC—AC轉換器將電能生成和電載荷連成一體，且不會(huì )損失電能。這些基于電學(xué)的創(chuàng )新概念也融于各個(gè)建筑系統和公共交通系統。地區的智能電網(wǎng)能在電負荷高峰和太陽(yáng)能過(guò)剩間達到平衡。
總結
在過(guò)去30年內，全球人口激增，生產(chǎn)力膨脹，導致許多地區工業(yè)化和城市化失衡。人們對居住面積和舒適程度的更大需求也刺激了房地產(chǎn)的增長(cháng)，最終使全球資源供應有限。今天，不可再生的有限石油資源仍然是能源的主要來(lái)源。在供不應求的情況下，越來(lái)越多的國家發(fā)現可持續發(fā)展的重要性，并力求將不必要的資源使用降至最低并優(yōu)化效益。對于建筑業(yè)而言，帶起這一趨勢的首推建筑外立面系統，幕墻。數年來(lái)，人們不僅開(kāi)發(fā)了極其高端的幕墻系統，還在幕墻設計和構造上運用了更多智能和節能手段。今天，現代化幕墻系統經(jīng)常包括動(dòng)態(tài)的適應型部件，這些部件能減少氣候的負面影響(降水，刮風(fēng)，日照，炎熱，寒冷，濕氣及噪聲)，同時(shí)能為建筑采暖，光照和通風(fēng)收集所需(陽(yáng)光，日光，室外空氣)。關(guān)鍵要了解必須根據全球地區，氣候和時(shí)區設計不同的幕墻，應用不同的營(yíng)運手段，這樣能成功優(yōu)化上面提到的幾個(gè)方面。幕墻創(chuàng )新意味著(zhù)將太陽(yáng)能光熱和光電系統整合進(jìn)建筑外立面。幕墻成為可再生能源的“收集表面”。
