“绿色能源”在膜结构中的应用

虞和涛

【摘要】膜结构是对城市环境影响最小的建筑结构，是绿色建筑的最高应用形式之一。绿色能源是利用现代技术开发干净、无污染新能源。绿色能源与“绿色建筑”的结合体现了国际建筑领域的一种发展新趋势。本文通过全程切身参与的实例，缅怀共同奋斗过的人们和岁月。

【关键词】绿色建筑；绿色能源；紫蚕岛

一、综述

膜结构建筑具有“轻、快、好、省、灵”五个优异性能。自重轻、施工周期块、抗震性能好、省地基处理、具有建筑灵性可与其他建筑形式随意组合。它是对城市环境影响最小的建筑结构，是绿色建筑的最高应用形式之一。其中最先端的ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）充气式膜结构，近年来随着成熟技术的引进，在诸多“高、大、上”的建筑中获得采用。绿色能源是利用现代技术开发干净、无污染新能源，这些能源消耗之后可以恢复补充，无污染。绿色能源与“绿色建筑”的结合及在具体项目中的实际运用，体现了建筑领域的一种发展新趋势。

二、应用案例

2010上海世博会是各参展国家的建筑博览会，其中将绿色建筑与绿色能源结合的最彻底的无疑是日本国家馆。它有一个可爱的中国名字“紫蚕岛”。其核心设计理念是“心之和，技之和”，寓意通过科学技术的进步来创造和谐的生存环境。因此光、水、空气等自然资源被最大限度利用。采用一整套相辅相成的动态节能系统，将尖端科技融合入于这个会呼吸的建筑。建筑本身来说，它一个最强的理念就是以大自然来使它正常的运行。利用太阳能，雨水，还有风能这些元素使场馆像一个生命体一样可以来呼吸，可以来自动调节体温，同时也能自行发电供日常使用。

1、会呼吸的建筑。这是一座“会呼吸的建筑”，建筑弧形穹顶上“长着”三个角、三个洞，其作用是强化冷暖空气的流通，减少空调能耗。接收雨水并循环利用，引入阳光减少照明用电。使用循环式呼吸孔道技术，保持建筑物内的持续新风更换。建筑物室外人员集中处设置喷雾设施，降温却不会湿衣。这三个角、三个洞，我们称之为“循环式呼吸柱”是利用“光、水、风”等自然要素的循环系统。光： 弧形穹顶顶部，三根向外突出的“触角”（又称“烟突”）和三个向内凹陷的“鼻孔”，组成“循环呼吸柱”，它们与6根建筑内部的垂直“循环呼吸柱”分别连通，构成了空气和雨水循环系统，呼吸柱向馆内引入太阳光，呼吸柱的内部与室外相连接，成为将外部阳光引入室内的通道，实现大进深空间的自然采光、向下导光。白天，外部光线通过这些循环呼吸柱导入建筑物内部，形成了一束束柔和的白色光柱，实现了建筑物中央部分室内空间的自然采光水：利用呼吸柱作为收集雨水的通道.降落到屋面的雨水沿着呼吸柱汇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作为夏季建筑降温用的喷淋水，喷淋水再次通过呼吸柱收集，从而又构成一个完整的水循环系统. 循环呼吸柱的“鼻孔”将雨水引入展馆底层的储水空间，通过水的蒸发，降低馆内温度。而柱内汇聚的一部分雨水又可以通过场馆外部安置的水喷系统对建筑物整体降温。洒落的水会再次通过循环呼吸柱进行循环再利用。风：通过呼吸柱将风引入建筑内。建筑底部经过冷却的新鲜空气利用呼吸柱的拔风效果加速上升，向室内送风，降低夏季的空调负荷，而展厅内聚集的热空气则通过呼吸柱顶端的开口直接向室外排出，形成自然的空气循环。循环呼吸柱的“触角”则可以有效地使地板下的冷空气上升，为馆内通风换气，以此降低空调负荷，还可以有效解决挑高展示厅的排风换气问题。

2、会自洁的建筑。这是一座“会自洁的建筑”，首先建筑外围护采用双层气枕式ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）膜结构形式，ETFE膜材是一种耐擦伤性、耐磨性、耐高温、耐腐蚀，绝缘性、高安全性材料。其具备超轻重量：膜材薄轻。抗震性优越，施工便利。耐久性好：气候适应：-200～150摄氏度，15年以上恶劣气候，力学和光学性能不改变。抗拉强度高：破断伸长率达300%以上。高安全性：阻燃材料，熔后收缩但无滴落物。如遇火灾其危害性较小，冰雹气候，即使玻璃碎了，ETFE也仅留下小小凹痕。材料表面经过特殊处理，非常光滑，具有极佳的自洁性能，及时表面由于外周环境、气候影响而产生的灰尘积累、污迹残留等现象，通过雨水冲刷或自发性的清水冲洗都可去除大部分的污染，回复建筑外立面的光滑、清洁状态。连接ETFE气枕之间的金属扣件上设置了许多小喷头，能够持续喷洒形成一层流动的水膜，加上薄膜表面涂了一层光触媒，在带走热量的同时也实现了自我清洁其次循环呼吸柱内汇聚的一部分雨水又可以通过场馆外部安置的水喷系统对建筑物整体清洁、冲刷表面灰尘，洒落的水会再次通过循环呼吸柱进行循环再利用。

3、会发电的建筑。这是一座“会发电的建筑”，建筑外围护ETFE双层气枕内采用了可弯曲的富士电机非晶硅太阳能电池，太阳能电池板设置在气枕单元内部，单个单元根据大小，设置5-2块。共设置395块薄膜太阳能电池板。每块太阳能电池板所产生的电能通过汇流箱、集合转换箱，转换为交流电能，大约可产生20到30千瓦的电能，成为整个日本馆供电系统的一部分。馆内局部通道地面设置了最新研发的人工动能发电系统，俗称发电地板。其由面积50平方厘米“发电瓷砖”组成，能把压力转化为能量，点亮周围发光二极管灯泡。预示着在实际大面积采用后，可以将设置部位人员流动转化为可使用电能。

三、结束语

2010上海世博会结束后，一大批代表世界先进建筑水平的建筑，随着展会的结束而拆除，一些涉及各国家尖端技术的建筑被销毁。横卧在黄浦江畔的“紫蚕岛”，也随风而去。在全球兴起环保节能竞赛热潮的今天，“紫蚕岛”在绿色建筑领域的综合使用和探索，意义非凡！其多角度、全层面的节能系统运用，丰富了建筑变现力和内涵，有效节约了建筑的能耗，提供了人性化的舒适环境。为我们今后的实际应用中提供了丰富的参考依据。