“綠色能源”在膜結(jié)構(gòu)中的應用

虞和濤

【摘要】膜結(jié)構(gòu)是對城市環(huán)境影響最小的建筑結(jié)構(gòu)，是綠色建筑的最高應用形式之一。綠色能源是利用現(xiàn)代技術開發(fā)干凈、無污染新能源。綠色能源與“綠色建筑”的結(jié)合體現(xiàn)了國際建筑領域的一種發(fā)展新趨勢。本文通過全程切身參與的實例，緬懷共同奮斗過的人們和歲月。

【關鍵詞】綠色建筑；綠色能源；紫蠶島

一、綜述

膜結(jié)構(gòu)建筑具有“輕、快、好、省、靈”五個優(yōu)異性能。自重輕、施工周期塊、抗震性能好、省地基處理、具有建筑靈性可與其他建筑形式隨意組合。它是對城市環(huán)境影響最小的建筑結(jié)構(gòu)，是綠色建筑的最高應用形式之一。其中最先端的ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）充氣式膜結(jié)構(gòu)，近年來隨著成熟技術的引進，在諸多“高、大、上”的建筑中獲得采用。綠色能源是利用現(xiàn)代技術開發(fā)干凈、無污染新能源，這些能源消耗之后可以恢復補充，無污染。綠色能源與“綠色建筑”的結(jié)合及在具體項目中的實際運用，體現(xiàn)了建筑領域的一種發(fā)展新趨勢。

二、應用案例

2010上海世博會是各參展國家的建筑博覽會，其中將綠色建筑與綠色能源結(jié)合的最徹底的無疑是日本國家館。它有一個可愛的中國名字“紫蠶島”。其核心設計理念是“心之和，技之和”，寓意通過科學技術的進步來創(chuàng)造和諧的生存環(huán)境。因此光、水、空氣等自然資源被最大限度利用。采用一整套相輔相成的動態(tài)節(jié)能系統(tǒng)，將尖端科技融合入于這個會呼吸的建筑。建筑本身來說，它一個最強的理念就是以大自然來使它正常的運行。利用太陽能，雨水，還有風能這些元素使場館像一個生命體一樣可以來呼吸，可以來自動調(diào)節(jié)體溫，同時也能自行發(fā)電供日常使用。

1、會呼吸的建筑。這是一座“會呼吸的建筑”，建筑弧形穹頂上“長著”三個角、三個洞，其作用是強化冷暖空氣的流通，減少空調(diào)能耗。接收雨水并循環(huán)利用，引入陽光減少照明用電。使用循環(huán)式呼吸孔道技術，保持建筑物內(nèi)的持續(xù)新風更換。建筑物室外人員集中處設置噴霧設施，降溫卻不會濕衣。這三個角、三個洞，我們稱之為“循環(huán)式呼吸柱”是利用“光、水、風”等自然要素的循環(huán)系統(tǒng)。光： 弧形穹頂頂部，三根向外突出的“觸角”（又稱“煙突”）和三個向內(nèi)凹陷的“鼻孔”，組成“循環(huán)呼吸柱”，它們與6根建筑內(nèi)部的垂直“循環(huán)呼吸柱”分別連通，構(gòu)成了空氣和雨水循環(huán)系統(tǒng)，呼吸柱向館內(nèi)引入太陽光，呼吸柱的內(nèi)部與室外相連接，成為將外部陽光引入室內(nèi)的通道，實現(xiàn)大進深空間的自然采光、向下導光。白天，外部光線通過這些循環(huán)呼吸柱導入建筑物內(nèi)部，形成了一束束柔和的白色光柱，實現(xiàn)了建筑物中央部分室內(nèi)空間的自然采光水：利用呼吸柱作為收集雨水的通道.降落到屋面的雨水沿著呼吸柱匯集到建筑底部的蓄水池，而收集到的雨水又被送回到屋面膜外側(cè)作為夏季建筑降溫用的噴淋水，噴淋水再次通過呼吸柱收集，從而又構(gòu)成一個完整的水循環(huán)系統(tǒng). 循環(huán)呼吸柱的“鼻孔”將雨水引入展館底層的儲水空間，通過水的蒸發(fā)，降低館內(nèi)溫度。而柱內(nèi)匯聚的一部分雨水又可以通過場館外部安置的水噴系統(tǒng)對建筑物整體降溫。灑落的水會再次通過循環(huán)呼吸柱進行循環(huán)再利用。風：通過呼吸柱將風引入建筑內(nèi)。建筑底部經(jīng)過冷卻的新鮮空氣利用呼吸柱的拔風效果加速上升，向室內(nèi)送風，降低夏季的空調(diào)負荷，而展廳內(nèi)聚集的熱空氣則通過呼吸柱頂端的開口直接向室外排出，形成自然的空氣循環(huán)。循環(huán)呼吸柱的“觸角”則可以有效地使地板下的冷空氣上升，為館內(nèi)通風換氣，以此降低空調(diào)負荷，還可以有效解決挑高展示廳的排風換氣問題。

2、會自潔的建筑。這是一座“會自潔的建筑”，首先建筑外圍護采用雙層氣枕式ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）膜結(jié)構(gòu)形式，ETFE膜材是一種耐擦傷性、耐磨性、耐高溫、耐腐蝕，絕緣性、高安全性材料。其具備超輕重量：膜材薄輕?？拐鹦詢?yōu)越，施工便利。耐久性好：氣候適應：-200～150攝氏度，15年以上惡劣氣候，力學和光學性能不改變。抗拉強度高：破斷伸長率達300%以上。高安全性：阻燃材料，熔后收縮但無滴落物。如遇火災其危害性較小，冰雹氣候，即使玻璃碎了，ETFE也僅留下小小凹痕。材料表面經(jīng)過特殊處理，非常光滑，具有極佳的自潔性能，及時表面由于外周環(huán)境、氣候影響而產(chǎn)生的灰塵積累、污跡殘留等現(xiàn)象，通過雨水沖刷或自發(fā)性的清水沖洗都可去除大部分的污染，回復建筑外立面的光滑、清潔狀態(tài)。連接ETFE氣枕之間的金屬扣件上設置了許多小噴頭，能夠持續(xù)噴灑形成一層流動的水膜，加上薄膜表面涂了一層光觸媒，在帶走熱量的同時也實現(xiàn)了自我清潔其次循環(huán)呼吸柱內(nèi)匯聚的一部分雨水又可以通過場館外部安置的水噴系統(tǒng)對建筑物整體清潔、沖刷表面灰塵，灑落的水會再次通過循環(huán)呼吸柱進行循環(huán)再利用。

3、會發(fā)電的建筑。這是一座“會發(fā)電的建筑”，建筑外圍護ETFE雙層氣枕內(nèi)采用了可彎曲的富士電機非晶硅太陽能電池，太陽能電池板設置在氣枕單元內(nèi)部，單個單元根據(jù)大小，設置5-2塊。共設置395塊薄膜太陽能電池板。每塊太陽能電池板所產(chǎn)生的電能通過匯流箱、集合轉(zhuǎn)換箱，轉(zhuǎn)換為交流電能，大約可產(chǎn)生20到30千瓦的電能，成為整個日本館供電系統(tǒng)的一部分。館內(nèi)局部通道地面設置了最新研發(fā)的人工動能發(fā)電系統(tǒng)，俗稱發(fā)電地板。其由面積50平方厘米“發(fā)電瓷磚”組成，能把壓力轉(zhuǎn)化為能量，點亮周圍發(fā)光二極管燈泡。預示著在實際大面積采用后，可以將設置部位人員流動轉(zhuǎn)化為可使用電能。

三、結(jié)束語

2010上海世博會結(jié)束后，一大批代表世界先進建筑水平的建筑，隨著展會的結(jié)束而拆除，一些涉及各國家尖端技術的建筑被銷毀。橫臥在黃浦江畔的“紫蠶島”，也隨風而去。在全球興起環(huán)保節(jié)能競賽熱潮的今天，“紫蠶島”在綠色建筑領域的綜合使用和探索，意義非凡！其多角度、全層面的節(jié)能系統(tǒng)運用，豐富了建筑變現(xiàn)力和內(nèi)涵，有效節(jié)約了建筑的能耗，提供了人性化的舒適環(huán)境。為我們今后的實際應用中提供了豐富的參考依據(jù)。