前言

我國(guó)的建筑總能耗已達(dá)全國(guó)能源總量的45％，比發(fā)達(dá)國(guó)家建筑能耗占國(guó)家總能源的20~30%還高，建筑節(jié)能成為建筑行業(yè)最主要問(wèn)題之一，已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的巨大負(fù)擔(dān)，建筑面臨著一場(chǎng)新的革命，建筑節(jié)能環(huán)保勢(shì)在必行．建筑節(jié)能既要利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等自然能，也要從結(jié)構(gòu)上減少熱損失，才能獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

1雙層幕墻

建筑師和相關(guān)人員經(jīng)過(guò)多年努力，開發(fā)了一種新型玻璃幕墻———智能玻璃幕墻。智能幕墻目前處于發(fā)展初期，造價(jià)昂貴，技術(shù)要求高，但在建筑節(jié)能上卻顯示了巨大的能力。智能玻璃幕墻的核心技術(shù)是雙層幕墻，內(nèi)側(cè)采用中空玻璃，內(nèi)片采用低輻射玻璃，抑制夏季太陽(yáng)透射，又不造成光污染，中間設(shè)置遮陽(yáng)百頁(yè)。由于陽(yáng)光的照射溫度升高，冬天像一個(gè)溫室，夏天打開上下兩端的風(fēng)口，熱煙囪效應(yīng)產(chǎn)生氣流，運(yùn)動(dòng)氣流帶走通道內(nèi)的熱量，其與貯熱結(jié)構(gòu)、輻射采暖和制冷系統(tǒng)協(xié)同工作，從而獲得能源的高效利用。

2雙層幕墻實(shí)例

1986年建成的勞埃德大廈采用“外側(cè)雙層中空玻璃，內(nèi)側(cè)為單層幕墻，75mm寬的熱通道，通道一層樓高，之間互不連通”，被處理過(guò)的空氣通過(guò)設(shè)在架空地板內(nèi)的風(fēng)道送入熱通道，再?gòu)牧硪欢伺抛撸@樣可以帶走通道內(nèi)50%的熱量。2000年竣工的北京會(huì)計(jì)師培訓(xùn)中心幕墻由方大集團(tuán)股份有限公司設(shè)計(jì)施工。針對(duì)業(yè)主提出既要透明，又要高效利用能源的要求，以及北京地區(qū)的氣候、地理環(huán)境，設(shè)計(jì)小組經(jīng)過(guò)研究決定采用熱通道幕墻。該幕墻是中國(guó)大陸最早的熱通道玻璃幕墻。

3光伏幕墻實(shí)例

2003年位于深圳高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的方大集團(tuán)科技中心大廈工程采用的光伏幕墻有效面積93.8平方米，設(shè)計(jì)峰值發(fā)電功率10.3千瓦，建筑標(biāo)高97米，是我國(guó)第一幢光伏幕墻建筑。在深圳已建成的1兆瓦并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站示范工程位于“園博園”內(nèi)，是目前全亞洲第一大并網(wǎng)光伏電站。該電站總?cè)萘?000kW,年發(fā)電能力約為100萬(wàn)kWh，所發(fā)的電量約占園區(qū)用電總量的15%。相對(duì)于火力發(fā)電，年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約384噸，年減排二氧化硫約7.68噸，年減排二氧化碳170余噸，是真正的無(wú)污染的綠色可再生能源項(xiàng)目，它的成功實(shí)施為我國(guó)太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展起到良好的示范作用。

4薄膜光伏雙層幕墻

雙層幕墻主要由一個(gè)單層玻璃幕墻和一個(gè)中空玻璃幕墻組成，將外側(cè)單層普通玻璃換成太陽(yáng)能電池板（用特殊的樹脂將光伏材料粘貼在兩片玻璃之間），太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)與建筑立面圍護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)合，就形成了薄膜光伏雙層幕墻。薄膜太陽(yáng)能電池是世界上最先進(jìn)的電池之一，價(jià)格便宜，且薄膜光伏組件非常適用需要造型的建筑結(jié)構(gòu)。隨著非晶硅太陽(yáng)能電池的衰減降低、GaAs和CdTe太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的突破，薄膜太陽(yáng)能電池更具備競(jìng)爭(zhēng)性。光伏幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)兼顧建筑立面的圍護(hù)功能，提高了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫、隔熱性能，將接線盒、旁路二線管、連接線等隱藏在雙層幕墻結(jié)構(gòu)中，不影響建筑物的外觀效果，達(dá)到與建筑物的完美結(jié)合。

5設(shè)計(jì)方案

光伏幕墻目前主要問(wèn)題：（1）沒(méi)有將光伏組件與熱通道技術(shù)完美結(jié)合；（2）絕大部分采用晶體硅光伏材料，價(jià)格昂貴。我們提出通風(fēng)換氣式薄膜光伏幕墻解決這個(gè)問(wèn)題。采用以下設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；

5.1通風(fēng)換氣式幕墻的結(jié)構(gòu)

凡是要求透明之處，內(nèi)側(cè)采用中空玻璃，中間設(shè)置遮陽(yáng)百頁(yè)。不要求透明的幕墻內(nèi)側(cè)采用防火板、防火保溫棉、復(fù)合鋁板，中間設(shè)置遮陽(yáng)百頁(yè)、布簾，對(duì)隔音隔熱有幫助。根據(jù)季節(jié)改變熱通道風(fēng)口方向，有利于室內(nèi)空氣流通或能量交換。如果需要熱通道承擔(dān)室內(nèi)部分或全部通風(fēng)，通常將外側(cè)幕墻設(shè)計(jì)成封閉式，內(nèi)側(cè)幕墻設(shè)計(jì)成開啟式，通過(guò)對(duì)上下兩端的進(jìn)排風(fēng)口的調(diào)節(jié)在熱通道形成壓差，利用開啟扇在建筑物內(nèi)形成氣流，進(jìn)行通風(fēng)。通過(guò)管道向通道內(nèi)送風(fēng)，可以隨時(shí)向室內(nèi)提供新風(fēng)，承擔(dān)部分或全部通風(fēng)。通風(fēng)換氣主要依靠熱通道實(shí)現(xiàn)，熱通道設(shè)計(jì)優(yōu)化主要解決熱通道寬度和風(fēng)口設(shè)置。尋找最佳空氣層厚度，使結(jié)構(gòu)具有最大熱阻是設(shè)計(jì)熱通道的關(guān)鍵問(wèn)題。

5.2光伏發(fā)電的適宜性及與建筑匹配

要做好太陽(yáng)能光伏發(fā)電與建筑一體化，卻要解決一系列問(wèn)題：太陽(yáng)能資源調(diào)查及光伏幕墻適宜性、當(dāng)?shù)厝晏?yáng)能資源、當(dāng)?shù)貧夂驙顩r。其中有（1）溫度：環(huán)境溫度對(duì)太陽(yáng)能光伏電池的效率有影響，一般來(lái)說(shuō)，溫度越高效率越低。因此，在嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)的氣候可以使得溫度的影響效應(yīng)降低。在炎熱氣候條件下應(yīng)采取一定的措施，使得太陽(yáng)能電池板的溫度不致于過(guò)高；（2）抗風(fēng)、雪荷載、防雨等：光伏幕墻作為建筑圍護(hù)構(gòu)件，還應(yīng)該根據(jù)項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，綜合考慮抗風(fēng)、防雨、雪荷載等問(wèn)題；（3）遮陽(yáng)、采光的需求：通過(guò)光伏組件與玻璃幕墻的結(jié)合，通常會(huì)形成幕墻上的非透明或半透明部分，因此光伏幕墻具有一定遮陽(yáng)的功能，同時(shí)也降低了玻璃幕墻的透光性能。不同氣候區(qū)的建筑對(duì)遮陽(yáng)和采光的需求不同，因此光伏幕墻的設(shè)計(jì)也應(yīng)有所不同。

5.3電池組件的選用問(wèn)題研究

多晶薄膜、非晶硅薄膜電池在建筑一體化設(shè)計(jì)中比較有優(yōu)勢(shì)，宜采用與建筑屋面、墻面、玻璃幕墻相結(jié)合的多晶薄膜、非晶硅薄膜電池。應(yīng)按照地區(qū)，將太陽(yáng)能電池板與屋面，東、南、西向墻面相結(jié)合。根據(jù)建筑要求確定合適的玻璃性能（如采光）及結(jié)構(gòu)（如夾層、中空、異型）。根據(jù)抗風(fēng)等要求確定玻璃的強(qiáng)度要求（鋼化、厚度）。在建筑光伏一體化設(shè)計(jì)中，必須研究選擇性價(jià)比最高的光伏電池。薄膜太陽(yáng)能電池有一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是適合作與建筑完美結(jié)合的光伏發(fā)電組件(BIPV)：雙層玻璃封裝剛性的薄膜太陽(yáng)能電池組件，可以根據(jù)需要，制作成不同的透光率，可以部分代替玻璃幕墻，而不銹鋼和聚合物襯底的柔性薄膜太陽(yáng)能電池適用于建筑屋頂?shù)刃枰煨偷牟糠帧Ｒ环矫嫠哂衅恋耐庥^，能夠發(fā)電；另一方面，用于薄膜太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電薄膜(TCO)又能很好地阻擋外部紅外射線的進(jìn)入和內(nèi)部熱能的散失，雙層玻璃中間的PVB或E－VA，能夠有效隔斷能量的傳導(dǎo)，起到LOW-E玻璃的功能。據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年將占整體太陽(yáng)能電池份額的30%以上，從而與晶體硅太陽(yáng)能電池平分秋色。