用于未來(lái)智能型綠色建筑的門(mén)、窗、幕墻設(shè)計(jì)

　　智能綠色建筑可基于被動(dòng)、主動(dòng)、認(rèn)知和能源正輸出概念予以搭建。在被動(dòng)建筑概念中,被動(dòng)幕墻組件將室內(nèi)和室外因素盡可能地分開(kāi)。當(dāng)代的機(jī)械系統(tǒng)保障了一個(gè)舒適的室內(nèi)環(huán)境。相反,在主動(dòng)建筑概念中,動(dòng)態(tài)幕墻組件對(duì)變化的內(nèi)外部環(huán)境做出具體的反應(yīng)。根據(jù)我的個(gè)人經(jīng)驗(yàn),只有建筑的位置、高度及使用在—年中至少三分之二的時(shí)間不用考慮自然通風(fēng)、太陽(yáng)能和采光的情況下,單純的被動(dòng)建筑概念才能突顯其優(yōu)勢(shì)。高層建筑中傳統(tǒng)窗（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供）戶(hù)的自然通風(fēng)和外部遮陽(yáng)系統(tǒng)的安裝受到高風(fēng)速的限制�；顒�(dòng)的、尤其是電動(dòng)的組件只適合那些樂(lè)意維修保養(yǎng)的建筑業(yè)主。
　　
　　在認(rèn)知型建筑概念中,幕墻和帶動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能的機(jī)械系統(tǒng)組件通過(guò)一個(gè)智能化的建筑自動(dòng)化系統(tǒng)互相連接。因此,認(rèn)知型建筑能對(duì)多種可預(yù)測(cè)可計(jì)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(dòng)(太陽(yáng)高度角)或建筑營(yíng)運(yùn)的次數(shù)。然而,無(wú)法預(yù)知的氣候和營(yíng)運(yùn)因素一如云的異變和用戶(hù)無(wú)意識(shí)的行為一須通過(guò)合適的傳感器或在線(xiàn)天氣預(yù)報(bào)來(lái)監(jiān)控。對(duì)幕墻單個(gè)組件的運(yùn)行進(jìn)行分主次地協(xié)調(diào)控制會(huì)影響幕墻參數(shù),如整個(gè)能源吸收度和熱產(chǎn)量,并延伸“零能源狀態(tài)”。信息物理結(jié)合系統(tǒng)(CPS)代表著現(xiàn)存嵌入式系統(tǒng)的下一個(gè)進(jìn)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,成為大部分國(guó)家聯(lián)網(wǎng)的一部分。與認(rèn)知技術(shù)相組合,它們會(huì)對(duì)建筑學(xué)和建筑業(yè)產(chǎn)生巨大影響。CPS使新一代認(rèn)知型建筑及建筑外立面成為可能,其特點(diǎn)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(hù)的舒適度和安防等級(jí)。
　　
　　此外,有針對(duì)性地滿(mǎn)足項(xiàng)日對(duì)室內(nèi)環(huán)境舒適度的要求往往比遵守普通標(biāo)準(zhǔn)一在某些實(shí)例中是超標(biāo)準(zhǔn)一要更有效地減少建筑能耗。在理想狀態(tài)下,每個(gè)建筑區(qū)都能規(guī)定各自的舒適度限值。例如,當(dāng)建筑非常用區(qū)域能適應(yīng)清晨的較低溫度,則夜間被動(dòng)制冷的能效就能得到提升。若設(shè)計(jì)師進(jìn)一步拓寬設(shè)計(jì)的“系統(tǒng)化界限”則能進(jìn)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(jì)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。為了以較少的能耗實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),必須通過(guò)建筑中點(diǎn)管理系統(tǒng)控制可見(jiàn)光的射入、太陽(yáng)能的獲取及自然通風(fēng)水準(zhǔn)。另一方面,諸如屋頂和幕墻這些區(qū)域的內(nèi)表面則相對(duì)簡(jiǎn)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(hù)也提高建筑的使用頻率。在理想情況下,用戶(hù)可分別控制幕墻內(nèi)部組件,不會(huì)對(duì)能耗產(chǎn)生負(fù)面影響。然而,氣候罩的噪聲控制(“音量衰減”和熱存儲(chǔ)行為(“熱緩沖”)水平也是相當(dāng)重要的。
　　
　　要談?wù)撃茉凑敵龈拍?我們必須首先減少建筑的能耗。當(dāng)建筑內(nèi)部環(huán)境能在不啟用機(jī)械系統(tǒng)的情況下保持舒適且延長(zhǎng)舒適時(shí)間,則能顯著減少能源消耗。在此,我們可運(yùn)用被動(dòng)概念、主動(dòng)概念或認(rèn)知感念。實(shí)現(xiàn)能源正輸出的較終步驟是將建筑外立面轉(zhuǎn)化為主動(dòng)的太陽(yáng)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(jì)特征,較大地適應(yīng)建筑個(gè)性化要求。應(yīng)用范圍也從幕墻組件、房頂模塊拓展到遮陽(yáng)設(shè)備。直接利用太陽(yáng)能進(jìn)行區(qū)域供暖和熱水供給可通過(guò)現(xiàn)存的不同系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn),這些系統(tǒng)按照不同的準(zhǔn)則來(lái)運(yùn)作,如空氣收集器、集水器或帶熱泵的熱吸收器。對(duì)城區(qū)內(nèi)的熱存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行相互連接可提升系統(tǒng)性能。尤其對(duì)于辦公樓來(lái)說(shuō),在熱收集器(吸收式制冷機(jī))的幫助下實(shí)現(xiàn)制冷引起較大關(guān)注。原理很簡(jiǎn)單:在制冷需求非常大的地方,太陽(yáng)也會(huì)提供非常大的熱能源以供制冷。這是無(wú)缺的“供求平衡”�，F(xiàn)如今,整合進(jìn)建筑的太陽(yáng)光伏系統(tǒng)早已逾越實(shí)驗(yàn)階段�，F(xiàn)在,太陽(yáng)光伏系統(tǒng)可用于安裝固定和移動(dòng)遮陽(yáng)系統(tǒng)的幕墻和屋頂。同時(shí),布線(xiàn)和電力連接的問(wèn)題也得到了有效解決,性能優(yōu)越的系統(tǒng)已上市。通過(guò)認(rèn)知技術(shù)和信息物理結(jié)合系統(tǒng)將城區(qū)內(nèi)的建筑與不同的“電力用戶(hù)及產(chǎn)商”連接在一起可在不久的將來(lái)達(dá)到供求平衡并提升太陽(yáng)光伏系統(tǒng)的能效。認(rèn)知型技術(shù)和信息物理結(jié)合系統(tǒng)能幫助提升建筑的安防等級(jí)。根據(jù)我們自己的定義,防護(hù)即是對(duì)單個(gè)或多個(gè)偶然因素引起的隨機(jī)突發(fā)事故進(jìn)行防御保護(hù)。
　　
　　安全則相反的是指不受有計(jì)劃的蓄意事故的侵害。防護(hù)的主要威脅來(lái)自火災(zāi)和自然災(zāi)害,后者可細(xì)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(duì)犯罪行為(即被盜、蓄意破壞、恐怖事件和間諜行為、我們認(rèn)為在新技術(shù)領(lǐng)域,防火和抵御自然災(zāi)害會(huì)占據(jù)一個(gè)次要地位,建筑外圍和周邊可啟用相應(yīng)的認(rèn)知型技術(shù)和信息物理結(jié)合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一方面的防護(hù)。近幾年來(lái),盜賊數(shù)目的增加和因防盜門(mén)窗導(dǎo)致的被盜未遂事件的上升促使我們對(duì)優(yōu)化防盜性能的關(guān)注度提升。我們的焦點(diǎn)集中在防范措施。安裝于門(mén)窗的電磁接觸開(kāi)關(guān)和玻璃碎裂傳感器可通過(guò)CPS系統(tǒng)與警報(bào)系統(tǒng)相連,在有人強(qiáng)行進(jìn)入室內(nèi)的時(shí)候發(fā)出警報(bào)。高等的信息物理結(jié)合警報(bào)系統(tǒng)甚至在竊賊還未接近建筑前就對(duì)其有所察覺(jué)。我們所說(shuō)的是保護(hù)周邊環(huán)境的認(rèn)知系統(tǒng),在建筑和竊賊間建起較強(qiáng)的屏障,包栝建筑周邊的動(dòng)景照明設(shè)各、室外監(jiān)控?cái)z像頭、光信號(hào)和聲信號(hào)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。