如何为建筑设计高能效多功能外观

如何为建筑设计高能效多功能外观一、建立多功能外围护之思路所谓外围护是指将建筑物围合其中的外墙或面层。在生物气候建筑中，建筑围护结构是十分重要的，功能上有建筑内外之间形成一个封闭的过滤器的作用。建筑物的面层是建筑物和光线、阴影和空气的分界面。对建筑物室内需求反应敏感的智能面层，不仅能够控制所有这些界面外的事物，还能将它们变为能源。外围护结构中除了可开启的通风口外，墙壁、地面和屋顶等不透明的区域都是固定的。它们的功能包括热工性能（如通过隔热层和遮阳板实现供热和冷却，利用热量减少温度波动），也包括吸声以及产生能量等功能。建筑物的玻璃构件根据内部及外部条件的短期和长期变化能够做出更为主动的反应。它们也具有更加复杂的功能，如采光、提供外界观景、与外界交流，以及用获得的太阳能采暖或者利用遮阳和通风系统实现冷却等。■外围护结构设计中的可持续性策略●对应朝向。建筑物外的世界不是完全对称的，因此要根据不同立面的朝向所产生的问题和条件，对外围护结构做出调整。●注意建筑保温。尽可能贴近地将保温材料设置在外围护结构的外表面，这样使得外围护结构能够有助于提供热量、缓和外部温度波动、提高室内辐射温度。●针对耐久性做设计。在建筑物的使用期限中，针对长寿命和低维护的需求做好设计，以减少能量和材料的使用。●保持简单的原则。尽可能地采用建筑手段而不是再安装些设备来妥善处理室内环境。外围护结构的作用是非常复杂的，需要在它的设计中考虑下列目标：●节能（也就是建筑物的面层应该对减少能量的消耗有帮助）；●获得日照，避免直射和反射眩光（比如通过饰面层中的遮阳措施）；●遮阳；●雨水收集和排放；●承受风力和自然通风；●朝向和缓冲作用；●景观；●建筑物有不同高度时的地平面的关系；●减少水的渗透和冷凝；●提供彩色、质地和饰面的多种选择；●有适应用于高层建筑结构的能力；●减少结构框架所承受的荷载；●使对维护的需求降到最低限。■常用的多功能外围护外围护的功能●采光●透光●通风●防盗窃●防潮●防机械失调●挡风●隔声●遮阳●防火●防眩光●获得能量●保护视觉二、建立智能型、灵活型外围护自然通风装置技术上的最新进展，促进了新型生态建筑物的发展。建筑外围护现在被视为一种积极元素，可以更大程度地借助当地气候以获得冷暖舒适度。鉴于建筑外围护与室内环境互相作用，所以两者都应该用同一套建筑能量管理系统进行控制。建筑外围护与建筑设备（供暖、通风、空气调节、照明和安全系统）的结合协作是构成智能建筑的基础。■目标；发展更有成效的外围护结构，最优化，更新的材料，更多的功能，更多样的特性。●在外围护结构内整合新的功能-建筑物的通气（附有或不附有预热或冷却设施）；-协助供暖或空调（利用墙体的发散或储存）；-调节与控制。●在外围护结构内整合可更新的能源-能源的产生与储存。●通过利用新材料使外围护结构获得新的性能和不同的特征-有机材料、毫微材料、复合材料、变相材料等。●尽可能缩减建筑物的能量需求-生物气候上的最优化；-大面积绝缘，超绝缘，考虑热桥效应；-以主动或被动的方式同时考虑绝缘和惰性性能；-尽可能地控制墙体内空气（甚至潮气）的转移现象。要求外立面系统具备的性能越来越多、灵活性越来越大，因而对它从一种固定不变的体系发展到附有一些次系统的多层超厚系统的制约条件，也就不断增加。这样外围护结构就具备了多样的功能，既可以满足视觉和热舒适的需要，又可以解决增热和能量消耗的问题。围护面层改革的重要性也就变得越来越明确。现在电子染色玻璃已经可以改变太阳辐射的传导性，热敏性玻璃也可以随着温度升高从完全透明变成乳白色。现代透气外表面在技术装置和外面层间建立了联系。这一技术在外壳中的运用，极大地扩充了外壳形式和功能的潜在可能性。借助可自动调节和多元化的外壳，通过一套精细装置保证外壳具有多种用途，并且未来更具发展空间。三、改善外立面交换控制效能■如何改善外立面交换控制的效能●在外立面使用分段变化材料来储存和恢复能量；●使用日光防护和机动遮光装置。■如何使外立面更加活跃●使用光电-热效应混合系统。装有日光单元的采光系统可以定向为既防止日光辐射，又接收其作为能源；●在外立面嵌入探测仪：红外线探测仪、风探测仪、亮度探测仪、氧气探测仪。●通过外立面过滤污染物；●使用带有结合气象（预报/预测）或通过自测/自调的探测功能的场所管理系统；●在外立面中综合光能系统（电子身份认证、消耗信息、凹槽接触）和启动系统（机械、光线）；●把外立面与建筑的整体管理系统相连。■如何通过外立面产生能量●嵌入光电系统（光电接收卷帘、可变向光电采光系统）；●嵌入风力系统；●嵌入自动接收系统。在产生和节约能量的生物气候型建筑和多功能活动外立面的整体观念中应该将光电概念融入其中。这一观念植根于：●通过外立面和屋顶进行室温调节；-冬季的隔冷和取暖设备；-夏季的空调设备。●回收日光能的外壳；●流体（空气、水）的热工、取暖；●光能发电。四、优化采光处理■优化外围护的采光处理采光设计的目的在于使更多的自然日光照射到室内，从而减少乃至避免在白天使用电力照明，并因此充分节省能源，减少对环境的破坏。巧妙的采光设计能够创造更健康、更舒适的居住环境。改善住宅内部自然采光的关键是对外墙的正确处理。另一个因素是当地的室外环境，例如或近或远的屏障、高大的树木和景观等都会遮住日光。室内设计，如房间进深以及内部空间的表面反射率，也会影响采光效果。基本策略●中国的住宅设计特别注重餐厅和起居室的自然采光和朝向。卧室，尤其是儿童房，也应充分利用自然采光。●公共空间如入口大厅、楼道、楼梯和电梯等，同私密空间一样，也需要自然采光。●间接采光比直接采光的照明效率低，但在房间或建筑进深过大的情况下，间接日照不失为良策，例如可以采用采光井和反光板等。●窗体比墙体的绝热性能差，因此要优化采光方式。需知，窗体上半部分获得的阳光比下半部分高，而水平窗比竖向窗获得的阳光多。●避免在窗前出现任何形式的屏障，这会降低阳光的入射量。●采用表面光洁的室内装饰材料，提高室内反射比。五、优化材料的能量性能■不透明保温材料建筑物的能量消耗在所有领域的能量消耗中占有很大比例（在法国占43%）;而建筑物自身的能耗中，采暖能耗又占据了50%。有保温措施的建筑物，可以用尽量少的费用保证使用者的舒适度。它可以减少采暖和空调所产生的能耗，并通过减少排放温室效应的气体而有助于环境保护。理想的保温措施应该包裹住整个建筑物的待采暖空间。它们朝向外部及其他非采暖区域，并且也可能直接与地面相接。在这些外表面中，主要的不透明部分是墙体、地面和屋面，以及处,于这些表面相接处的热桥。在中国，墙体的建造材料一般是实心混凝土或实心砖。竖向保温通常采取的是内保温，但是目前外保温正得到快速发展。保温措施标准的水平比欧洲普遍实行的标准至少低50％。所使用的保温材料也很少经过检测确保其保温性能和适宜性。推荐策略：不透明表面的保温措施应该在所有相关面层（墙、地面、屋面??）中尽可能一致。这一措施与良好的绝热性能结合，有助于减少表面温度过低和结露的危险。另外还可以快速而有效地增强保温程度。应该特别注意对因保温层的中断或损坏而形成的热桥的处理。这一现象一般出现在表面构件的交接处，有时也会出现在某一表面上（这时保温措施是一些固定系统）。一个建筑物中因未经过处理的热桥而损失的热量，约为整个耗热量的30%。保温标准应根据建筑物所在的气候分区加以调整。在炎热气候下，应该在提高建筑物热惰性的同时完善保温性能。而在寒冷气候下，应该加强保温以降低外围护结构的热损失。最后，在一栋保温良好的建筑物中，由室内通风造成的能量损失更应该引起注意，因而特别建议使用高效能的保温系统。■透明元素的能量性能窗户不再是一个孤立的元素，它已经成为外围护结构中需要精确设计的一部分，窗户的设计也要考虑到能量、对环境的影响以及对各种气候的抵御等问题。“设计师不应该仅仅只是检查玻璃的类型，同时还必须选择合适的系统类型以及窗框材料、密封材料和垫圈，并对玻璃的渗水性、气漏性、热膨胀、防火性，以及传热、透光和传声等性能指标作出界定。设计师必须对材料的防腐蚀的能力进行分析，并且特别注意要由高温、高湿以及酸雨或城市污染问题引起的腐蚀现象。”(KenYeang)好的窗户设计意味着在相互冲突的需求之间实现平衡，如被动的供暖、制冷系统，既要保证获得太阳能热，又要避免出现热度过高的问题；需要提供充足的日照，又要避免眩光；要保证建筑物具有可控的通风系统，又要隔绝过多的噪声；既要能够看到周围环境的景象，又要保证充分的个人隐私和安全性。在一栋可持续建筑中，玻璃窗这个元素往往是最有趣也是最复杂的。玻璃和窗体设计是近年来技术发展最快的两个领域，通过研究已经发展了新型的材料。现在，我们已经可以根据不同纬度和不同朝向的要求，对玻璃幕墙单元的制作进行特定的要求。玻璃技术的显著进步为我们提供了集建筑、构造、经济以及生态等优势于一体的建筑材料。目前，新型覆膜可以使得玻璃在保证最大程度的透明度的同时，抵御热和太阳辐射的影响，而其他的立面建造方式则会使建筑立面从透明变为半透明。■玻璃与能量由于玻璃的选择性辐射传播，玻璃可以通过辐射获得为房屋供暖。短波太阳辐射能够穿过玻璃，尽管玻璃是透明的，但房间向着阳光一侧的内表面发射的长波热辐射会被玻璃反射，从而留在了房间内。这一现象就被称为“温室效应”。■玻璃与太阳能技术近年来，玻璃在太阳能技术领域取得了革命性的发展。光电原理的发现实现了将太阳能直接转化成电能，成为重要的技术飞跃。在那之前，太阳能只是简单地被建筑物收集和吸收，或者是通过遮阳设施反射回天空。而现在，太阳能可以直接转化成能量。建筑学通过这些新技术的发展得到了大量改进的机会，也在感观上获得了新的提高。■其他的透明和半透明材料除了玻璃之外，建筑师和设计师还可以选择其他新型的建筑材料，从完全透明的材料到接近于不透明的材料，一应俱全。这些产品不仅能够满足日趋复杂化的需求和规定，也能够提供还远未发掘殆尽的设计潜能。类似于遮阳屏蔽、防眩光屏、观景屏，或其他新型功能，都可以通过隔膜和穿孔金属板来实现。利用几种材料的有效性能组成的复合产品正在逐渐成为主流。这个领域的革新潜能依然有待挖掘。基于这个原因，透明和半透明的元素正在越来越多地成为多功能主动式外围护结构中的重要部分。六、利用双层幕墙的功效■双层幕墙双层幕墙可以在保持良好的绝热和对夏季得热的控制的前提下，使建筑空间获得更多的自然采光。正如其名，双层幕墙是由两面表皮组成的，中间为和外界连通的空气间层，总厚度为20-100cm。第二层幕墙设于墙面外侧。可作为增添美观的饰面，同时也有助于阻挡噪声和外部热负荷。其中的空气间层可结合形成遮阳防护系统。在设计此类幕墙面时需要考虑：●夏季热舒适的问题；●冬季空气间层的结露可能；●夏季幕墙系统可能的过热问题。在大多数情况下，双层幕墙的内层是墙体的主要绝热部分，玻璃区域通常由绝热玻璃组成。外层幕墙的玻璃通常为单层玻璃，作为双层玻璃的补充。这样，空气间层的通风不会绕过内层幕墙上的保温层。在与层高同高的幕墙单元，高度为多层层高的幕墙单元和与整个立面同高的幕墙中，都可以实现这种通风。在这些情况下，气流通过空气间层下部或上部的开口，分布于幕墙的通高上。从外部进入的空气又会被释放到外部，这可以限制夏季的过热和冬季的表面冷凝问题。无论炎热还是寒冷的季节，双层幕墙都不应该存在有损居住者舒适的生活环境或增加由墙体得热引起的温度问题。同样，也不应该由第二层幕墙增加为场所供暖或制冷的能量消耗。七、新产品介绍通风墙面的外部保温产品——SAINTGOBAINISOVER卷帘墙系统■描述这种卷帘墙系统可用于公共建筑和住宅建筑的通风面墙体，起到保温和隔热作用。这一具有建设性的解决方案可以为建筑节省能源，能够冬季保温、夏季隔热，为使用者带来舒适的环境。外部设备在春夏季避免了热的反射，而且有效控制冷桥的产生。墙体通过增加隔热层，在寒冷季节保存和储藏热量，避免温差带来的热损失。发生在墙体和地板位置的冷桥在本系统中也将得到有效的控制。■系统组成●ISOVER玻璃棉卷毡活板材带单面黑色玻璃毡或玻璃布贴面，宽度：600mm