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　　1.簡介

　　在20世紀初,機械空調(diào)技術(shù)的發(fā)展使建筑的設(shè)計能夠擺脫當?shù)貧夂颦h(huán)境參數(shù)的限制,因此這類建筑的營運和初始成本與對復(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到最大化。此外,還要降低在建筑搭建和營運過程中所造成的材料、時間及成本的浪費。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、生態(tài)和社會文化造成負荷。這也是為什么全球?qū)�可持續(xù)發(fā)展的意識增強,先進的智能型綠色建筑概念正引領(lǐng)著建筑業(yè)的風(fēng)潮�；�本問題是:我們是否需要高科技或者低科技門窗幕墻以實現(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,細致優(yōu)化投資成本和隨之而來的營運成本已成為普通標準。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、拆除拆卸....)

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

　　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,不僅僅因為它關(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。當代的機械系統(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,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（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供）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�；顒拥摹⒂绕涫请妱拥慕M件只適合那些樂意維修保養(yǎng)的建筑業(yè)主。

　　在認知型建筑概念中,幕墻和帶動態(tài)調(diào)節(jié)功能的機械系統(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)或建筑營運的次數(shù)。然而,無法預(yù)知的氣候和營運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行進行分主次地協(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使新一代認知型建筑及建筑外立面成為可能,其特點就是提升能效、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,有針對性地滿足項日對室內(nèi)環(huán)境舒適度的要求往往比遵守普通標準一在某些實例中是超標準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)計師進一步拓寬設(shè)計的“系統(tǒng)化界限”則能進一步優(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現(xiàn)這個目標,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。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”)水平也是相當重要的。

　　要談?wù)撃茉凑�輸出概�?我們必須首先減少建筑的能耗。當建筑內(nèi)部環(huán)境能在不啟用機械系統(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,我們可運用被動概念、主動概念或認知感念。實現(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)來實現(xiàn),這些系統(tǒng)按照不同的準則來運作,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)的幫助下實現(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”�，F(xiàn)如今,整合進建筑的太陽光伏系統(tǒng)早已逾越實驗階段。現(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到供求平衡并提升太陽光伏系統(tǒng)的能效。認知型技術(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,防護即是對單個或多個偶然因素引起的隨機突發(fā)事故進行防御保護。

　　安全則相反的是指不受有計劃的蓄意事故的侵害。防護的主要威脅來自火災(zāi)和自然災(zāi)害,后者可細分為地理學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)和氣候?qū)W方面的事故。

　　而安全方面,我們首要考慮的是針對犯罪行為(即盜竊、蓄意破壞、恐怖事件和間諜行為、我們認為在新技術(shù)領(lǐng)域,防火和抵御自然災(zāi)害會占據(jù)一個次要地位,建筑外圍和周邊可啟用相應(yīng)的認知型技術(shù)和信息物理融合系統(tǒng)實現(xiàn)這一方面的防護。近幾年來,盜賊數(shù)目的增加和因防盜門窗導(dǎo)致的盜竊未遂事件的上升促使我們對優(yōu)化防盜性能的關(guān)注度提升。我們的焦點集中在防范措施。安裝于門（詞條“門”由行業(yè)大百科提供）窗的電磁接觸開關(guān)和玻璃碎裂傳感器可通過CPS系統(tǒng)與警報系統(tǒng)相連,在有人強行進入室內(nèi)的時候發(fā)出警報。高級的信息物理融合警報系統(tǒng)甚至在竊賊還未接近建筑前就對其有所察覺。我們所說的是保護周邊環(huán)境的認知系統(tǒng),在建筑和竊賊間建起極強的屏障,包栝建筑周邊的動景照明設(shè)各、室外監(jiān)控攝像頭、光信號和聲信號安防系統(tǒng)及視頻通訊系統(tǒng)。它們將提升基于CPS系統(tǒng)的住宅區(qū)的防盜效率。

　　4.如何設(shè)計用于未來智能型綠色建筑的門、窗和幕墻?

　　為特定地區(qū)的特定項目尋求最佳解決方案一建筑師致力于可持續(xù)發(fā)展一同時首先考慮用戶舒適度和可控度,與功能品質(zhì)(氣密性、水密性、隔熱、遮陽、自然通風(fēng)、光照、隔聲、安防、可用性)相輔相成。作為職業(yè)工程師,我們專注于使用高端技術(shù)的門窗和幕墻。

　　概念越復(fù)雜,交易的趨同性就顯得愈加重要。趨同性是指行業(yè)合并,模糊單個企業(yè)現(xiàn)有的定位界限。搭建整合了可調(diào)節(jié)功能組的建筑模塊可更有效地設(shè)計并執(zhí)行項目定制解決方案,并提升其質(zhì)量水準�？蓞f(xié)同運作的功能模塊簡化了整合步驟。早在1999年,德國旭格國際集團就在慕尼黑BAU 展會上推出其基于整合式設(shè)計與分散式建筑主體組件的概念幕墻。這種類的幕墻使所有幕墻組件完美相融,包栝控制和管理系統(tǒng),使建筑外立面組件和主體組件的連接和協(xié)同作用成為可能。此外,德國旭格國際集團在2005年BA∪ 展會上推出混合類型幕墻。它的原理是實現(xiàn)幕墻不同組件的功能分離,舉例說明就是某個可移動的不透明組件負責自然通風(fēng),另一個固定的氣密性組件負責控制光照�；旌夏粔�和概念幕墻的創(chuàng)新組合從一方面來說是單層和雙層幕墻的混合體,另一方面是自然通風(fēng)和機械通風(fēng)的組合。

　　德國旭格國際集團抱著理智的心態(tài)使用自然資源,開發(fā)生成能源的新方法。旭格在2007年和2009年的慕尼黑BA∪ 展會上分別推出E2幕墻的頭樣和2度概念,以完成“能源2一節(jié)能并產(chǎn)能”的概念轉(zhuǎn)化。它整合太陽光伏模塊、太陽能轉(zhuǎn)化器、隔熱遮陽性能及帶熱回收功能的分散式機械通風(fēng),為整層式玻璃提供持久的自動化。其結(jié)果是保證最大能效,最大化地降低搭建成本,同時保證建筑的高品質(zhì)外觀,優(yōu)化舒適水準。同時,幕墻的功能單元是創(chuàng)新建筑的設(shè)計特征之一。創(chuàng)新的半透明太陽能光熱（詞條“太陽能光熱”由行業(yè)大百科提供）收集器和多樣化的太陽光伏模塊可實現(xiàn)大規(guī)格化,整層嵌入幕墻。收集器的光影效果賦予幕墻迷人的外觀,打造全新的建筑風(fēng)格。平齊地整合進幕墻的光熱收集器有效利用太陽能為建筑實現(xiàn)制冷。收集器吸收的熱能通過吸入式制冷單元轉(zhuǎn)化為冷水,直接用于空調(diào)設(shè)備。集中的太陽能輻射（詞條“輻射”由行業(yè)大百科提供）一方面增加制冷能源的需求,另一方面提升太陽能制冷系統(tǒng)的性能。這極大地減少了用于空調(diào)的基本能源量。

　　最終,我們要根據(jù)客戶的需求綜合考慮。對投資商而言,他們主要注重遵守項目工期和短期經(jīng)濟影響(投資兒對業(yè)主而言,他們希望建筑的使用是長期而可持續(xù)的,建筑生命周期成本、功能品質(zhì)、靈活度和適應(yīng)性是最重要的。只有很小一部分客戶會注重環(huán)境及社交文化水準。

　　現(xiàn)在讓我回到上面提到的基本問題:高科技和低科技解決方案,究竟哪個略勝一籌?在我看來,答案既非高科技也非低科技,智能科技概念才是最好的。它只使用必要的技術(shù),減少或完全消除不必要的能耗、材料、時間及金錢。

　　目的在于使用最少的資源及能源將氣候的負面影響降至最低,同時將正面影響最大化。智能科技概念遵照生態(tài)氣候設(shè)計戰(zhàn)略,利用自然通風(fēng)、太陽能和光照盡可能減少機械系統(tǒng)的使用。它專為特定的極限條件而設(shè)計。氣候代表著一個城鎮(zhèn)、國家或一大片地區(qū)的天氣現(xiàn)象總和。宏觀氣候受緯度、海平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供）高度、土壤條件和海拔影響。微觀氣候由當?shù)貤l件和周邊環(huán)境(植被、鄰里建筑、交通、建筑坐落面的角度和位置)決定。

　　前進的第一步即是創(chuàng)建綜合設(shè)計方案,將環(huán)境、經(jīng)濟、社會和文化因素都考慮在內(nèi)。它以一個詳盡的逐步分析為基礎(chǔ),分析因素包扌毳成本效益(投資、營運和維護成本λ設(shè)計(實際、正式和象征方面)、能源要求(供暖、制冷、通風(fēng)、照明等)及室內(nèi)舒適程度(氣溫、視覺和聲音因素等、分析必須考慮建筑的整個生命周期,從設(shè)計、規(guī)劃、搭建到運營、使用、翻新再到拆除并回收、重復(fù)利用建筑組件和材料。重要的不是改善單個組件,而是優(yōu)化建筑整體性能,包括建筑結(jié)構(gòu)、建筑外立面、內(nèi)部墻體、地板、天花板、存儲量、技術(shù)固定裝置和五金件及建筑管理技術(shù)。應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計概念是實現(xiàn)此類高度復(fù)雜任務(wù)的完美方案。它通過可變參數(shù)和演算法建立數(shù)學(xué)和幾何的關(guān)聯(lián)層次,基于參數(shù)自動生成建筑組件的形狀和組件的物理特征,并根據(jù)形狀的關(guān)聯(lián)來修改特征。這樣一來,CAD軟件將從繪圖工具轉(zhuǎn)化為有效的設(shè)計工具。德國旭格國際集團在2013年和2015年慕尼黑BA∪ 展會上分別推出參數(shù)化概念和參數(shù)化系統(tǒng)。同時,我們使用參數(shù)化設(shè)計方案循序漸進地創(chuàng)建綜合而詳盡的分析,優(yōu)化日常項目進程。

　　最后我們必須牢記建筑技術(shù)和方案必須適應(yīng)建筑用戶,而不是讓用戶去適應(yīng)最新的技術(shù)和方案。