幾世紀(jì)以來，建筑的形狀和類型都需適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境。多虧了機(jī)械空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，在20世紀(jì)，建筑外立面設(shè)計(jì)終于可以不受當(dāng)?shù)丨h(huán)境及各參數(shù)的影響。然而這種發(fā)展也帶來了代價(jià)，不僅造成建筑營運(yùn)成本和初始成本價(jià)格攀升，還增加了對復(fù)合技術(shù)的依賴和對原材料的需求。在過去30年內(nèi)，發(fā)達(dá)國家與發(fā)展中國家的重點(diǎn)城市無一不暴露著這個(gè)問題重重的趨勢，而城市建筑構(gòu)造也已經(jīng)開始影響周邊及郊區(qū)。在20世紀(jì)90年代中期，歐洲中發(fā)展起一股不同的潮流，那里的人愈來愈意識到建筑幕墻不僅需要具備出眾的外觀，還需輔助建筑營運(yùn)，讓建筑擁有持久的生命力。因此，建筑外立面成為室內(nèi)舒適程度和營運(yùn)費(fèi)用開銷的關(guān)鍵。幕墻不僅與建筑機(jī)械系統(tǒng)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(tǒng)。
挑戰(zhàn)
如果我們從更遠(yuǎn)的角度審視過去3O年，很明顯，建筑業(yè)使現(xiàn)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(dǎo)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。
愈來愈多的市場不斷增加對可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注G從生態(tài)方面而言，可持續(xù)發(fā)展包括保護(hù)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，后來又增加了保護(hù)水資源，排除或限制污染。長時(shí)間以來，對“初始成本”的關(guān)注主導(dǎo)著人們的思維;而現(xiàn)今，優(yōu)化投資成本及其帶來的營運(yùn)費(fèi)用成為了最新標(biāo)準(zhǔn)，至少在中歐如此。另外，可持續(xù)發(fā)展的社會性與文化性引起人們愈來愈多的重視，如建筑的外部設(shè)計(jì)，但更重要的是建筑的使用方式以及它們提供用戶的空間質(zhì)量。建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需包栝上面提到的所有方面.
節(jié)能幕墻
能效戰(zhàn)略目標(biāo)是將建筑使用的能源、建造和營運(yùn)時(shí)耗費(fèi)的材料、時(shí)間及開銷降到最低。能效是建筑設(shè)計(jì)及規(guī)劃的參數(shù)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(tǒng)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(shè)計(jì)，建造和營運(yùn)環(huán)節(jié)中發(fā)揮高效節(jié)能。
增加能源使用效益意味著減少對能源的浪費(fèi)。然而這并不以犧牲舒適為代價(jià)。人類活動和福利與舒適程度息息相關(guān)。從簡單的傳統(tǒng)角度而言，節(jié)能通常與舒適程度下降相連。但節(jié)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。周圍環(huán)境的舒適程度直接影響人們的工作表現(xiàn)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足巨大能源需求并不會自然而然地增加舒適。借助節(jié)能的建筑外立面可以平衡外界氣候環(huán)境與內(nèi)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(qū)，幕墻最重要的功能即為抵擋風(fēng)雨，適當(dāng)隔熱。這要求幕墻扇框，玻璃及不透明區(qū)域的整體優(yōu)化。隔熱性越好的幕墻，越重視通風(fēng)造成的熱損失問題。從根本上說，應(yīng)避免無控制的縫隙通風(fēng)。不理想的運(yùn)作流程不僅大幅度提高營運(yùn)成本，而且還導(dǎo)致室內(nèi)舒適程度無法讓人接受。有必要指出建筑用戶及營運(yùn)者掌握的知識，也就是我們所謂的營運(yùn)能力，對于幕墻節(jié)能具有愈來愈重大的意義。而最創(chuàng)新的建筑理念如果僅停留在理論層面，一不留神也會敗下陣來。而最佳的解決方案便是由需求推動的電動可控窗扇通風(fēng)。
然而，優(yōu)化能源損耗量不該帶來熱損失。通過使用被動的太陽能，建筑本身就成為了太陽能收集器。透明和半透明的窗與幕墻表面攝取太陽能，轉(zhuǎn)化為外墻或圍墻表面的熱量。在擁有大面積玻璃外表，內(nèi)部承受高負(fù)荷的建筑中，如果不采取額外的機(jī)械措施，夏季太陽輻射會過高。室外遮陽系統(tǒng)大大減少太陽輻射及由此生成的熱量。另—方面，光照系統(tǒng)平均分配進(jìn)入室內(nèi)的日光并優(yōu)化日光質(zhì)量。
適應(yīng)型幕墻
兼顧節(jié)能和舒適的幕墻能對用戶的舒適需求做出調(diào)節(jié)并改變外部條件，只在極端情況下才需使用建筑技術(shù)設(shè)備。從根本上說，這意味著建筑結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的幕墻結(jié)合，適應(yīng)其地理位置及使用需求適應(yīng)型建筑外立面部件有能力對非持續(xù)性的多變外部環(huán)境做出反應(yīng)，這在很多情況下是可以預(yù)測或計(jì)算的，如每年或每日出現(xiàn)的氣象波動(如太陽高度角)或是建筑營運(yùn)的次數(shù)。然而“適應(yīng)型”還須包括不可預(yù)測的天氣或營運(yùn)因素，如多變的云層和臨時(shí)用戶。早在1981年，英國建筑師邁克·戴維斯就提出了“多價(jià)墻”概念，即通過薄薄的功能層控制穿過建筑外立面的各種能源流。這個(gè)概念是指未來的建筑外立面會自動適應(yīng)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(yīng)用型玻璃。多項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)通過電光或變色玻璃控制分配日光的穿透量。另外還開發(fā)出彩光，熱色及熱致變色玻璃種類。
緩沖區(qū)
如果設(shè)計(jì)師拓寬系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)一個(gè)大的防風(fēng)雨緩沖區(qū)，類似中庭或是林蔭道一樣的區(qū)域。這些緩沖區(qū)可配備一些系統(tǒng)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(dá)到這—目標(biāo)，必須通過一個(gè)中央理系統(tǒng)控制建筑外立面的可視光穿透量，生成的太陽能熱量和自然通風(fēng)水平。緩沖區(qū)內(nèi)立面以及房頂墻面就相對簡單，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，用戶可單獨(dú)控制內(nèi)立面，不會消耗過多能源。但內(nèi)立面的聲音控制能力(“ 降噪”)和熱量存儲能力(“ 熱緩沖”)相當(dāng)重要∪這些參數(shù)由設(shè)計(jì)師定義并優(yōu)化，一般在整個(gè)建筑壽命期都不會更改。
在幕墻內(nèi)積極使用太陽能
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，有兩種主要的太陽能資源可供積極利用：光電和光熱。通過按照不同原理工作的各種現(xiàn)有系統(tǒng)，如空氣或水收集器，熱吸收器或熱泵，可直接利用太陽能輻射進(jìn)行空間采暖或溫水使用。這些系統(tǒng)和另外的光熱存儲系統(tǒng)一起運(yùn)行可增加功率。尤其是對辦公樓而言，借助光熱收集器來生成冷氣(冷凍器/制冷機(jī))引起人們極大的興趣。原理很簡單：制冷需求最大時(shí)太陽會生成最多的熱量來制冷。這當(dāng)然是能源供求之間的完美平衡。
整合進(jìn)建筑的光伏系統(tǒng)(BIPVs)現(xiàn)在早已過了試驗(yàn)階段。目前，光伏系統(tǒng)可用于幕墻和屋頂?shù)墓潭ㄐ秃鸵苿有驼陉栂到y(tǒng)，同時(shí)，這具體解決了排線和插座問題，提供了卓越系統(tǒng)。
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(xiàn)的差異。另外還推薦利用DC—AC轉(zhuǎn)換器將電能生成和電載荷連成一體，且不會損失電能。這些基于電學(xué)的創(chuàng)新概念也融于各個(gè)建筑系統(tǒng)和公共交通系統(tǒng)。地區(qū)的智能電網(wǎng)能在電負(fù)荷高峰和太陽能過剩間達(dá)到平衡。
總結(jié)
在過去30年內(nèi)，全球人口激增，生產(chǎn)力膨脹，導(dǎo)致許多地區(qū)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，最終使全球資源供應(yīng)有限。今天，不可再生的有限石油資源仍然是能源的主要來源。在供不應(yīng)求的情況下，越來越多的國家發(fā)現(xiàn)可持續(xù)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(tǒng)，幕墻。數(shù)年來，人們不僅開發(fā)了極其高端的幕墻系統(tǒng)，還在幕墻設(shè)計(jì)和構(gòu)造上運(yùn)用了更多智能和節(jié)能手段。今天，現(xiàn)代化幕墻系統(tǒng)經(jīng)常包括動態(tài)的適應(yīng)型部件，這些部件能減少氣候的負(fù)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(陽光，日光，室外空氣)。關(guān)鍵要了解必須根據(jù)全球地區(qū)，氣候和時(shí)區(qū)設(shè)計(jì)不同的幕墻，應(yīng)用不同的營運(yùn)手段，這樣能成功優(yōu)化上面提到的幾個(gè)方面。幕墻創(chuàng)新意味著將太陽能光熱和光電系統(tǒng)整合進(jìn)建筑外立面。幕墻成為可再生能源的“收集表面”。
