智能型幕墙

【前言】智能型幕墙由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。【缘起】 可以说双层玻璃幕墙的原型是寒冷地区的双层窗，但是让人不禁疑问，双层窗仅仅稍微隔绝一下冬季的寒冷而已，何以和节能扯上莫大的关系？在20年代，建筑巨匠柯布西耶就曾经“双层玻璃通风系统”进行过探讨，但是限于当时的成本和造价，没有付诸实践。直到80年...

摘 要： 能源的日益短缺，低碳、环保、节能的呼声越来越高，因此也给建筑以及建筑技术提供了无尽的动力。在此环境下诞生的智能型幕墙，以其良好的节能效果，引起人们的关注。本文主要探讨的是智能型幕墙的组成部分、节能原理、技术关键等，提出相关的成功案例，为未来幕墙的发展提供一个比较理想的模式。

关键词： 智能型幕墙； 热通道双层幕墙； 智能控制系统

中图分类号： G80-05 文献标识码： A 文章编号：1009-8631（2010）06-0060-02

【引子】

随着生活水平的提高，人们对于自己居住、生活的场所，譬如建筑也提出了更高的要求，由此建筑技术飞速发展，并促使建筑也经历了一次一次的变革：比如墙体从建筑的承重体系之中得到解放，玻璃、钢等在建筑中得到应用。当建筑师将玻璃和钢这类材料运用到建筑护材料，也许就昭示着我们今天耳濡目染的玻璃幕墙结构。但是随着玻璃幕墙在建筑中的应用和发展普及，它的弊端也日益凸显，由于玻璃的传热系数大大高于传统的砖石材料，使得在夏季，室内形成“温室效应”，随之产生的供热、制冷的能耗也大大增加。这一结果远离了人们的寻求生活舒适性的初衷，更是对日益稀缺能源的造成了无形的压力。人们不能牺牲采光、通风的基本需求，这就要求玻璃幕墙朝着智能化、能源化发展，比如说双层幕墙结构就是一个比较好的发展方向。

【缘起】

可以说双层玻璃幕墙的原型是寒冷地区的双层窗，但是让人不禁疑问，双层窗仅仅稍微隔绝一下冬季的寒冷而已，何以和节能扯上莫大的关系？在20年代，建筑巨匠柯布西耶就曾经“双层玻璃通风系统”进行过探讨，但是限于当时的成本和造价，没有付诸实践。直到80年代石油危机爆发，使人们开始对建筑能耗重新开始重视，双层幕墙有了进一步的发展。1978年，Cannon Design联合HOK设计了霍克办公大楼。这是第一个实现了柯布西耶关于双层幕墙通风系统的建筑实例：20cm宽的夹层中安装有遮阳系统，双层幕墙按层来分隔。热空气被加热后上升排出，而在寒冷季节则双层幕墙中的空气起到保温作用。[1]90年代后，计算机技术飞速发展、软硬件技术日趋成熟、新材料的应用等等，再配以能源危机日益严重，都十足助力双层玻璃幕墙的发展，从而产生了智能幕墙，并日趋成为建筑整体的有机组成部分，它能对于外界的气候变化做出积极的反应，耗能小的同时也可以满足室内的人的舒适感。

【智能型幕墙的原理】

智能型幕墙(Intelligent glass facade)是指幕墙以一种动态的形式，根据外界气候环境的变化，自动调节幕墙的保温、遮阳通风设备系统，以达到最大限度降低建筑物所需的一次性能源，同时又能最大限度地创造出健康、舒适的室内环境。[2]智能幕墙的设计不是一种独立的纯外墙构造性设计，而是先进的整体建筑能耗平衡设计的重要组成部分，通过外墙构造的调节机制，配合整个建筑技术设备之间的互动，以达到一种能源优化的效果。

智能型幕墙的设计需要有以下原则： 1)利用太阳辐射热，节约冬季采暖所需能源。2)最大限度地利用自然采光以减少人工照明。3)利用建筑楼板、墙体的蓄热性和昼夜温差，减少夏季制冷需求量。配合楼板采暖制冷系统创造舒适健康的室内环境。4)各种幕墙机制、通风、遮阳、蓄热和建筑空调供暖通风等相互之间智能配合，以达到最高效率。

智能型幕墙包括玻璃幕墙、通风系统、空调系统、环境监测系统、楼宇控制系统。其技术核心是一种有别于传统幕墙的特殊幕墙――热通道幕墙。

【热通道幕墙】

要了解智能幕墙，首先要了解热通道幕墙，又名双层幕墙。它主要由一个单层玻璃幕墙和一个中空玻璃幕墙组成，在两个幕墙中间有一个空气缓冲区域，在空气缓冲区域的上下两端有进风和排风设施。热通道幕墙工作原理在于冬天内外两层幕墙中间的热通道由于阳光的照射温度升高，像一个温室。这样等于提高了内侧幕墙的外表面温度，减少了建筑物采暖的运行费用。夏天内外两层幕墙中间的热通道内温度很高，这时打开热通道上下两端的进排风口，热空气自然向上运动，形成从下而上的空气流，在热通道内产生热烟囱效应，在通道内运动的气流带走通道内的热量。这样可以降低内侧幕墙的外表面温度，减少空调负荷，节省能源。通过将外侧幕墙设计成敞开式，内侧幕墙设计成开启式，使通道内上下两端进排风口的调节在通道内形成负压，利用室内两侧幕墙的压差和开启扇可以在建筑物内形成气流，进行通风。

热通道幕墙由于其节能、隔声等效果好已经被国家开始推广和使用，但是鉴于建设成本相对于普通的幕墙要高，所以恐怕要技术和材料等的进一步发展，才能完全取代传统幕墙，达到建筑幕墙的全面节能。

从现状看来，常见的热通道幕墙，根据其构造形式以及通风方式的不同又分为以下几种常见的形式：

箱式双层玻璃幕墙

这种幕墙呈现单元式，每一单元的顶部和底部都开有通风口，外层是单层玻璃，而内层则是可以开启的窗扇，新鲜空气从下层的通风口进入室内，而室内的废气则从上层的通风口排出。各个单元之间一般依楼层或者不同房间设置水平隔断，避免房间之间的废气，噪声等通过双层玻璃幕墙的空气间层传播，减少干扰。所以这种双层幕墙在外部有较高噪声和房间之间有隔声要求的地方得到了较为普遍的应用。

这种箱式幕墙还有一种比较特殊的构造方式，我们常常称之为“井箱式双层式玻璃幕墙”，它由一组箱式单元系统和一个贯通几层的竖井组成，竖井的存在使得整个内外层幕墙之间的空气层形成了一个网状的流通通路，每一层空气从箱式单元进入竖井，从竖井上方的排气孔排出，并且竖井也使得“烟囱效应”能够更加强烈显著，空气流动效率更高，换气的效果更加明显，一旦竖井的排气效果不理想的时候，还可以采用机械排气，获得理想的通风、保温、降噪、节能效果。但是在实践中，竖井的高度会受到限制，使得这种形式的幕墙常常只见于低层建筑。

走廊式双层玻璃幕墙

与箱式幕墙以单元为单位不同，走廊式幕墙是以层为单位的，建筑就是被水平隔断的走廊式双层幕墙包围，这种幕墙的好处在于，冬季被阳光照到加温的空气可以以对流的方式朝向没有受到阳光照射的地方，使被幕墙包围的建筑在各个方向上都能达到很好的保温效果。这种幕墙的进气口设置于楼板的位置，而出气口则设置于天花板的位置，二者皆有通风调节盖板控制开关。但是这种幕墙的进气口和出气口要交错布置，不然出气口排出的废气有可能被上层的进气口又吸收，反而产生负面的影响，并且，由于走廊式幕墙在水平层是环通的，所以房间相当于共用空气间层，废气有可能在水平层之间流动。

多层式双层玻璃幕墙

与前面两者不同，多层式双层幕墙不仅水平层上贯通，而且在竖直方向上可以好多个楼层不设分割，甚至幕墙之间的空间层完全贯通。进风口设置于底层，而出风口则设置于屋顶。这种设置方法的“拔风”作用最强烈，空气循环效率最高，但是各个楼层间的废气的流通和声音的干扰也是其弊病。但是如果外层幕墙设计成可以开转动的叶片，那么这个系统就成为了可以调剂的遮阳、通风系统。

可开启式双层玻璃幕墙

顾名思义，这种双层幕墙的外层可以完全开启，那么它就没有明确的进风口和出风口，当然无法实现比较理想的“烟囱效应”来形成自然通风。但是夏季，当阳光直射的时候，可以利用外层幕墙遮挡辐射，调节内层幕墙受到的直射；冬季的时候，可以使外层幕墙关闭，形成空气缓冲层，给建筑穿上“保暖外衣”。

智能控制系统

正如前面提到，智能型幕墙不仅仅是由热通道幕墙组成，它还包括通风系统、空调系统、环境监测系统、楼宇控制系统。而以上这些，组成了智能控制系统――以智能控制技术为依托，依靠先进的自动化系统，比如传感器、传动器，监测各种气候指标(如风向、风速、雨量)、室内外温湿度、气流和室内光照强度等数据，并同步反应给电脑协同操作，使各种设备运行在最经济、最可靠的状态，从而优化能量管理，提高能源利用。

智能控制系统在国内外已经有不少成功的案例，比如中国国内地位最重要、运输最繁忙的大型国际航空港北京首都国际机场T3航站楼就采用了智能控制系统。由于这栋建筑采用了热通道幕墙，整栋建筑就存在大量的电动开窗以及遮阳需求，于是窗户或者遮阳百叶的开启或者关闭就成为智能控制系统的一部分，通过室外的气象传感器智能控制系统可以根据室外的气象条件比如室外下大雨或者刮大风的时候，自动关闭电动窗实现对大楼的幕墙保护。并且双层幕墙，这种节能型幕墙，如何让它的节能效益发挥到最大？智能控制系统的太阳经纬度自动控制方式，可以根据建筑所处的经纬度测出每天的日照情况，并且根据实时的气象数据，判断大楼遮阳百叶的角度，进而吸收或者反射太阳光，从而降低能耗。由于建筑功能比较复杂，大堂、电梯厅、走廊各个部分对于光线的需求也不一样，那么灯光控制成为了智能控制系统的一部分，通过室外的光线传感器，智能控制系统根据室内的照度变化自动调节室内照明。

可以看出，智能控制技术，通过多种设备的配合实现了照明、遮阳和室内环境的控制，节约能源、降低能耗，同时也减少了管理费用，是值得推广的模式。

实例研究

德国杜伊斯堡商业促进中心大厦一由德国诺曼・福斯特事物所设计，l988年开始设计制造，1993年建成。该建筑的设计造型独特，象一个梭形的透镜，梭长50cm，最宽处16m，7层高，钢筋混凝土结构，幕墙固定在与主体结构相连的外挂钢架上，外表面由36个小面构成，相邻两面的夹角仅为2°，整层玻璃的分割高度1.5m～3.3m，外层为6+6的夹胶单层点式玻璃幕墙，内层为充氩气的低辐射中空玻璃幕墙，两层幕墙之间的通道宽为200m，内层幕墙包括上悬的推拉门，便于开启和清洁，成孔率10%，丝光衬里的百页窗，安装在热通道内，用于调控采光和辐射。

幕墙设计时遇到了两大难题：环境控制和减少层高，如果采用全封闭中央空调系统，要达到室内卫生标准，则能耗很大，层高也无法减少。只有采用自然通风，才能达到降低能耗、减少层高的目的。但自然通风又会受到空气污染、室外温度和噪音的影响，幕墙公司的设计小组通过反复研究和试验，采用了智能化热通道玻璃幕墙热通道内装有用来调控光线的可调节式百页。被处理过的新鲜空气，可以从底部进入通道，调控开启扇，幕墙将向室内供应新鲜空气。

该幕墙智能控制系统的核心是高效的PC机和专用的软件，中心PC机与地区气象站联网，屋顶上还设有建筑物的气象站，用来测量建筑物表面接受太阳光的情况，室外有温度计、风速仪，热通道内有探测器，这些装置提供的数据自动输入计算机，由专用软件进行分析和计算后，向各执行机构发出指令，对建筑物内的通风系统、空调系统、照明系统、遮阳系统及各通风口进行调控，达到高效、节能、舒适和卫生的目的。该系统还可以根据个人的习惯、爱好进行人工调节。建筑物的空调为全水系统，通风系统独立设置。由于通风不起控制温度作用，部分新鲜空气由热通道提供，因此室内的风道断面很小，空气通过地板从幕墙边缘的铝合金管中溢出，并从与灯具组合的排风管排走，通过上述一系列技术措施。建筑层高减少到3.05m，其中混凝土楼板厚220mm，地面厚80mm，吊顶厚250mm，这样能保证室内j争高2.5m，在规定的高度内，用传统方法只能建7层，现在建成了7层高的大楼，达到了降低层高、节约能源、舒适卫生的目的。

发展前景

智能玻璃幕墙是指幕墙以一种动态的形式，根据外界气候环境的变化，自动调节幕墙的保温、遮阳、通风系统，最大限度地降低建筑物的能源消耗，同时最大限度地创造出宜人的室内环境，其主要通过双层幕墙的形式得以实现。其内层幕墙通常由中空保温玻璃构成，外侧玻璃通常由单层钢化玻璃构成。外侧玻璃主要功能是承受风载，防雨水、风沙、噪声以及形成两层玻璃之间一个相对稳定的、可以调节的空气缓冲层。外侧玻璃幕墙上有可调节的进风口和出风口。两层玻璃之间的空间里，通常设置遮阳百叶等装置。智能幕墙是呼吸式幕墙的延伸，在智能化建筑的基础上将建筑配套技术(暖、热、光、电)适度控制，通过计算机网络有效地调节室内空气、温度和光线，从而节省了建筑使用中能源的消耗，降低了生产和建筑物使用过程中的费用。它包括呼吸式幕墙、通风系统、遮阳系统、空调系统、环境监测系统、智能化控制系统等。采用智能幕墙系统的建筑其能耗只相当于传统幕墙的30％，可见智能幕墙将是节能环保幕墙发展的又一新的目标。

结语

在能源日益紧缺，环境日益恶化的大环境下，智能型玻璃幕墙无疑因为它杰出的节能的性能给建筑节能提供了一剂良药，但是受限于高昂的造价和施工技术，它并没有得到大规模的应用，当时相信虽然新材料的发展、构造技术的成熟和施工水平的普及，实现智能型幕墙将是大势所趋，它将为我们的居住、生活的舒适性，做出贡献，为与我们息息相关的环境伸出友谊之手。并且科技发展永无止境，随着新技术的诞生，比如光电技术，与双层幕墙相结合，使得智能型幕墙有可能成为不仅仅节能，也可以产生能源的多智能型幕墙。

参考文献：

[1] 杨居光.关于双层玻璃幕墙的初步研究[C].硕士论文，第3页.

[2] 李晓欣.建筑智能玻璃幕墙系统初探[J].建筑节能，第33卷第27期.

[3] 岑曦，寇玉德.浅议双层幕墙[J].建筑节能，2010.6.

[4] 周涛，宿晨鹏.智能玻璃幕墙在寒冷地区应用分析[J].华中建筑，2010.1（28）.