织物建筑的绿色节能技术

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  中图分类号:TE08文献标识码: A
  织物建筑是一个古老的形式演变过来的一种建筑形式,随着新的材料的应用、结构的完善,膜结构已经成为大家公认的建筑结构形式之一,织物建筑因其造型独特,能提供大的无柱空间,抗震、防火、防风性能优越,在各个行业都得到了广泛的应用。
  绿色建筑始于可持续理论的提出,面对世界范围内人口剧增、土地严重沙漠化、自然灾害频发、温室效应、淡水资源的日渐枯竭等人类生存危机,可持续发展理论被提出,对建筑的要求已经不再是以前的遮风挡雨基本要求了,他對建筑提出更多的要求,以最节约能源、最有效利用资源的方式,尽量降低环境负荷,同时为人们提供安全、健康、舒适的工作与生活空间。
  织物建筑能否满足这些可持续发展的要求,直接影响到织物建筑在未来的发展。本文通过介绍织物建筑,分析织物建筑的优缺点,再结合绿色建筑的要求,通过合理的技术手段完善织物建筑,使其成为环保、节能、低碳、可持续使用的绿色建筑形式。通过本文的研究,期望对织物建筑设计有参考和借鉴作用。
  主题词:织物建筑;膜结构;绿色建筑;可持续发展;节能;低碳
  
  织物建筑的绿色节能技术
  1.1织物建筑综述
  织物建筑又称膜结构建筑(Membrane building),膜结构建筑是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式.膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类.充气膜结构是靠室内不断充气,使室内外产生一定压力差(一般在10㎜~30㎜水柱之间),室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力,从而实现较大的跨度.张拉摸结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型,其造型非常优美灵活
  1.2织物建筑的优缺点分析
  1.2.1织物建筑优点
  艺术性:能创造出更加自由的建筑形体和更丰富的建筑语言。
  大跨度空间:织物建筑提供大跨度无柱空间,其重量只是传统建筑的三十分之一。
  经济性:膜建筑重量仅为常规建筑的1/30,这就降低了材料的造价。成本只相当于传统建筑的二分之一或更少,特别是在建造短期应用的大跨度建筑时,就更为经济。
  快速性:膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成,可减少现场施工时间,避免出现施工交叉,相对传统建筑工程工期较短,它几乎要快一倍
  节能性:膜材有较高的反射性及较低的光吸收低,并且热传导性较低,这极大程度上阻止太阳能进入室内。另外,膜材的半透明性保证了适当内光能利用。
  环保性: 织物建筑所使用的材料均为环保且可回收再利用的材料,同时织物建筑所用材料都为非自然的合成材料,不破坏生态。优质膜材在加工裁切然后进行热合连接或者机械连接等。全过程不使用任何胶。无甲醛污染。
  1.2.2织物建筑缺点
  耐久性差:设计寿命可达30年以上,处于临时性建筑--永久性建筑的转变时期
  耐磨性差:不能被尖锐物体划,不能接触高温物体
  保温性能不够好:单层膜保温性能弱于普通建筑维护
  发展织物建筑,就要回避改良其劣势,发展其优势,满足持续发展的要求,使其成为绿色建筑。
  2.1绿色建筑理论的形成
  对绿色建筑的探索和研究始于20世纪60年代。60年代美籍意大利建筑师保罗·索勒瑞(Paola soleri)把生态学(Ecology)和建筑学(Architecture)两词合并为“Arology”,提出“生态建筑学”的新理念。70年代石油危机后,工业发达国家开始注重建筑节能的研究,太阳能、地热、风能、节能围护结构等新技术应运而生,其中在掩土建筑研究方面的成果尤为突出。80年代,节能建筑体系日趋完善,并在英、德等发达国家广为应用,但建筑物密闭性提高后产生的室内环境问题逐渐显现。建筑病综合症(SBS)的出现,影响了人们的身心健康和工作效率。以健康为中心的建筑环境研究因此成为热点。发展是人类社会永恒的主题。90年代之后,面对世界范围内人口剧增、土地严重沙漠化、自然灾害频发、温室效应、淡水资源的日渐枯竭等人类生存危机,人类不得不明白“我们只有一个地球”。90年代之后,绿色建筑理论研究开始走入正规。1992年联合国环境与发展大会制定并通过了《全球21世纪议程》,在全球范围推进可持续发展战略。
  2.2绿色建筑定义及要求
  绿色建筑也可称为生态建筑、可持续建筑,可将其定义为:在建筑全生命周期(物料生产、建筑规划设计、施工、运营管理及拆除过程)中,以最节约能源、最有效利用资源的方式,尽量降低环境负荷,同时为人们提供安全、健康、舒适的工作与生活空间。其目标是达到人及建筑与环境三者的平衡优化和持续发展。其主要研究人(生产和生活)、自然与建筑的相互关系;追求三者之间协调和平衡发展;提倡应用可促进生态系统良性循环、无污染、高效、节能、节水的建筑技术。
  建筑的可持续发展,不仅对建筑环境工程师、建筑设备工程师提出挑战,更重要的是对建筑师的挑战。绿色建筑的一个重要方面就是节约能源,降低建筑能耗。在决定建筑能量性能的各种因素中,建筑的体型、方位及围护结构形式起着决定性作用,直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平。而这三方面涉及的内容将构成70%以上的建筑采暖通风空调能耗。因此建筑结构体系对建筑的能量性能起着主导作用。
  3.1织物建筑绿色技术研究
  3.1.1结构技术优化
  传统织物建筑结构骨架为钢结构,表面油漆处理。油漆现场处理质量参差不齐,甲醛含量高。大型建筑用镀锌钢管代替油漆面钢管,防腐防锈处理均在工厂中完成时电镀锌的锌层表面十分光滑致密、组织均匀,附着力强;具有良好的力学性能和抗腐蚀能力。这样的钢结构在使用时不易生锈,而且不使用油漆,无甲醛污染。小型的织物建筑可采用铝合金骨架,结构组成部分整体成型,强度好.不易变形.水密和风压好,重量轻,不生锈。这些特性增强了它使用耐久性和维护方便性;另外由于不使用油漆,它更具环保特性。采用铝合金轻质结构,还可多次拆装,充分使用,便于移动、储存。
  镀锌钢管或者铝合金代替油漆面钢管能很好解决质量及环保问题,同时节省现场施工时间。
  3.2覆盖物优化
  膜材开发:优质膜材使用年限超过30年,且可回收利用,符合环保要求。使用优质膜材是保证织物建筑质量的关键之一。但目前优质膜材几乎全部靠进口,国内无生产能力。膜材成本较高导致织物建筑的成本大幅提高。发展国内技术,生产国产优质膜材是降低成本的重要解决办法,也是提高中国自主膜结构产业的关键。
  光能的充分利用:膜材的天然透射率可达25%,充分利用它的这一特性才能发挥织物建筑的优势。顶部用浅色透光率高的膜材内部产生均匀的漫射光,无阴影,无眩光,具有良好的显色性,同时可以节约大量用于照明的能源。夜晚,在周围环境光和内部照明的共同作用下,建筑表面发出自然柔和的光辉。节约夜间亮化能量损耗。
  提高织物建筑保温性能:单层织物的保温性能一般,单层织物材料的保温性能与砖墙相同,大致相当于夹层玻璃。目前广泛采用的膜材还不能较好地隔绝外部温度的影响。膜建筑内部也可以采用其他方式调节其内部温度。例如用两层膜设计,在两层膜之间应有25cm~30cm的空气隔层,为了增加保温效果,可以在双层膜中间加保温材料填充。另外有一种特殊保温膜材,相当于普通膜材保温系数的1.5倍。这样处理可以使建筑适应气候能力更加广泛。
  3.3施工工艺优化
  3.3.1活动的基础
  传统建筑,包括织物建筑大多采用地下基础,在地下开挖浇筑,这对场地地质要求高,同时会破坏地面.为了增加织物建筑的灵活性,我们必须解放出场地,新型的一种地上基础可以解决.其原理就是生产成品的基础水泥浇筑块,运到需要安装的现场,放到基础需要的位置,现场植入预埋件,安装预埋板.然后安装上部结构.
  标准构件, 采用地上基础,不仅大大地减少建筑搭建所用的时间,还避免了对地面得大面积破坏。同时对建筑迁移带来了便利。
  3.3.2节点处理
  节点主要有刚接和铰接两种连接方式,传统织物建筑大多采用焊接的方式连接结构部件,这种连接方式对加工精度要求不高,有大量的现场焊接工作量,,加大了施工现场工作设备,电源要求,加大了现场工作量,而且焊接质量不容易保证,焊接处容易生锈,另外不可进行二次组装. 铰接节点构造简单,施工比较方便,直接采用高强螺栓现场连接,焊接工作量多在工厂完成,节点表面全部采用铰接热镀锌节点,防腐效果好,容易保证质量。铰接节点加工防腐均在工厂完成,现场不能有修改,要求所有构件精度非常高。提高加工精度是织物建筑实现铰接的关键。
  3.3.3模块化
  开发一些标准的基本形体单元,通过基本模块组合成满足不同功能的建筑。有了标准构件和标准单元建筑就可以在工厂进行标准生产线,结构全部可以在工厂生产,安装的部分工作也可以在工厂进行,现场只需要做些组装工作。从理论上甚至可以达到在工厂把各个单元全部组装完毕,然后通过机械将建筑单元运输到现场只需进行拼接就可使用。
  3.4配套设计优化
  3.4.1声学性能:
  膜结构的声学问题包括对内部声音的反射和对外部噪声的屏蔽两方面。织物膜材对声波振动具有很强的反射性,这种反射性会使音樂声音变得恶劣,并使人很难听清讲话内容。对于某些具有内凹面的建筑,如充气膜结构或拱支式膜结构,顶棚会使声波反射汇集。另外,声波穿过织物膜材时的衰减也是需要考虑的,通常单层膜的隔声性能仅在10dB左右。一种较为可行的方法是在膜结构顶棚上每隔一段距离悬挂一些标牌,以增加对声波的吸收,并改变顶棚的曲线造型,从而改变反射方向。 对声效有特殊要求的(如音乐厅、大型会议室等)可以采用专用的提高声效的相关膜材。
  3.4.2通风设计
  建筑的通风从动力来源上可分为自然通风和机械辅助通风两种模式,织物建筑一个完全封闭的空间,也需具备两套通风措施。自然通风可根据要求在指定位置开设窗口促进自然通风;机械通风是在结构上也预留了通风口,装配一些通风设备辅助通风,推荐装设自动涡轮通风器在建筑顶部,不需电源,不需损耗能源,直接通过微风把自然风引入室内。
  3.4.3顶面处理
  可开合系统是膜结构一大显著的特色,一般用于大型体育场馆。可以开发一些小型开合系统,运用与普通居住和商业空间。部分开启的屋顶采用双层结构,一层透明织物,便于白天采光和夜间观赏夜空,另一层不透明便于在天气不佳的情况进行维护,另外在屋顶开启部分下增加一层遮阳层,采用遮阳织物,可过滤大部分紫外线,在日间阳光强烈时可以撑开弱化日光。这样就实现了传统建筑可开合屋顶的梦想。
  3.4.4遮阳处理
  选用专业的防紫外线的遮阳帘膜材,同时配合使用光学感应器,根据太阳的方向角度控制这样板开启的角度,根据不同的时间、地点调节强光从而不影响阳光的高品质
  在织物建筑窗户上可以选用优质的双层织物,一层可以选择特殊网孔内层的固定结构,不仅具有很好的通风和防蚊虫功能,而且纤维还会散发出自然的芬芳,能够净化室内空气的作用。另一层采用整体外墙表面织物,可自由开启,起到很好的防护作用。
  4.小结
  随着可持续发展理论的提出,人们越来越关注建筑与环境的协调,建筑与人的协调,人们要求建筑能够给人类提供更加环保,高效、舒适的空间,这对织物建筑也带了严峻的挑战,要想继续在建筑的舞台展现,就必须开发完善它的技术,利用本身的优势,去发扬,通过一些技术手段回避弥补他的缺点,使其满足人们对空间的新的要求。开发专属织物建筑的绿色技术刻不容缓,为真正实现“绿色建筑”做出了有益的尝试。这不仅带动织物建筑的发展,这对可持续发展理论也是一种促进。
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