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中国厨卫 智能建筑外立面的应用及其发展前景靳扬畅（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳）摘 要 随着科技的不断发展 智能建筑的概念逐渐成为人们关注的焦点之一 而其中的一个重要方面就是智能建筑外立面 其能够通过科技手段实现对建筑外墙的调控和优化 文章深入讨论了两种新型的智能建筑外立面设计与应用 即 可控外遮阳 与 电致可变玻璃 这两种方案均可通过 控制系统实现对电致可变玻璃及遮阳板的智能控制 以调节阳光入射量 减少噪声 提高建筑节能性能等 具有广泛的应用前景 关键词 智能建筑 可变玻璃外立面 可变遮阳板 人工智能中图分类号 收稿日期：作者简介：靳扬畅（），研究方向为 设计、智能建筑设计、建筑自动化领域。引言随着人类社会的发展和进步，建筑行业已经成为能源消耗和碳排放的主要来源之一。在建筑节能领域，建筑立面是一个非常重要的方面，建筑立面不仅影响建筑外观和美观度，还会对室内的温度和光照环境产生重要影响。因此，如何优化建筑立面的设计，实现建筑节能和可持续发展，是建筑行业亟待解决的行业难题。物理原理 可控外遮阳板的物理原理智能建筑外立面的遮阳板可以采用不同的物理原理来实现控制阳光的入射量。其中最常用的是调节遮阳板的角度和位置。通过调整遮阳板的角度和位置，可以在不同的时间段内有效地控制阳光的入射量。此外，还有一些应用物理学原理可以用于控制遮阳板，例如光学、热学和电学原理。这些原理可以实现更加精确和高效的遮阳控制，为建筑节能提供更多的可能性。在光学原理方面，可以使用特殊的涂层和材料来控制光线的反射和吸收，从而实现调节遮阳板的能力。这种涂层和材料可以根据不同的光照条件自动调整其反射和吸收性能，从而确保建筑内部始终保持舒适的温度和光线照射。在热学方面，可以使用热敏材料来控制遮阳板的开启和关闭。这种热敏材料可以根据不同的温度条件自动调节遮阳板的开合程度，从而达到节能的效果。例如，在炎热的夏季，遮阳板可以完全关闭以避免过多的阳光进入建筑内部；而在较为凉爽的天气中，遮阳板则可以适当地开启以获得更好的采光效果。在电学方面，可以使用智能传感器和控制器来控制遮阳板的运动。这些传感器和控制器可以通过感知建筑内外的环境变化，自动调节遮阳板的开启和关闭，以确保建筑内部始终保持舒适的温度和光线照射。电致可变玻璃的物理原理当光线通过玻璃时，玻璃会对光线进行反射、透射和折射。可变玻璃外立面技术通过调整玻璃表面的反射和吸收中国厨卫 智能技术与设计 年 期 特性，可以调节玻璃对光线的反射、透射和折射效果，从而实现建筑节能的效果。具体来说，可变玻璃外立面技术采用的是电致变色玻璃或电致调光玻璃。这些玻璃都含有一层特殊的涂层或薄膜，能够通过外部电源的控制，改变其反射和吸收特性。当电压施加在玻璃上时，玻璃表面的涂层或薄膜会发生电致变色或电致调光的效应，从而改变玻璃的光学性能。例如，电致变色玻璃采用了一种叫做氧化钒的材料作为其涂层，氧化钒的电化学还原和氧化反应可以改变其吸收和反射特性。当玻璃表面施加电压时，氧化钒的电子转移会发生变化，使得涂层的颜色发生变化，从而改变玻璃的透明度和反射特性。电致调光玻璃则是通过改变其内部的液晶分子方向，调节玻璃的透明度和反射特性。应用意义 可控遮阳板的节能与减噪通过电控开合的遮阳板来控制光线的通量，是实现低碳节能的关键之一。在建筑中，能源消耗的最大部分都用于供暖和制冷。智能可控遮阳板可以通过控制阳光的进入，调节室内温度，减少室内空调和供暖系统的使用，从而达到节能低碳的目的。例如在夏季，当室内温度过高时，遮阳板可以自动打开并与阳光形成垂直角度，屏蔽阳光射入的同时充分利用自然空气流动，降低室内温度，避免过度依赖空调系统。当晚间室内温度过低时，遮阳板则可以关闭，保留室内热量，减少供暖系统的使用。此外，智能可控遮阳板还可以根据季节和天气等因素进行自适应调节，从而最大程度地提高节能效果。除了上述通过控制光线而进行温度调节的最主要功能以外，智能建筑外遮阳板还可以减少噪声的传递。比如在设计智能遮阳板时，可以在铝板内部嵌入隔音材料，形成一种隔音复合遮阳板，使智能遮阳板具备隔音功能。常用的隔音材料包括玻璃纤维、岩棉、泡沫塑料等，这些材料不仅可以隔音，还具有保温和防火的特点。此外，智能遮阳板的开合也可以影响噪声的传递。当智能遮阳板关闭时，遮阳板和建筑立面之间形成一个密闭的空间，可以有效地减少噪声的传递。当遮阳板需要开启时，可以通过 控制系统实时监测噪声的变化，自动调整遮阳板的开合程度，使噪声控制在合适的范围内。电致可变玻璃的绿色节能数学模型首先，电致可变玻璃的透光率和反射率可以通过电场强度和电介质的介电常数来控制，用电学模型来描述这种关系。例如，可变玻璃可以被视为具有可变电容的电介质材料，使用电学公式来计算电场强度和介电常数之间的关系，从而计算出透光率和反射率。玻璃的折射率和反射率可以通过斯涅尔定律和反射率公式进行计算。，其中 和 分别是空气和玻璃的折射率，和 分别是光线在两个介质中的入射和折射角度。其次，玻璃的反射率可以由反射率公式计算得到：（）（），其中 是反射率，和 分别是空气和玻璃的折射率。最后，可变玻璃外立面技术的性能和效率可以通过建筑热学模拟和能源分析来评估和优化。这些模拟和分析可以使用建筑能量模拟软件来进行，例如 、和 等软件，这些软件可以帮助建筑设计师和工程师评估不同设计方案的能源性能，从而提高建筑的可持续性和节能性。简单来说，可变玻璃外立面技术采用反射和吸收特性，实现玻璃表面的实时调整，从而降低建筑的能耗和碳排放，提高建筑的舒适度和可持续性，增强建筑的智能化和可视化程度，促进建筑节能技术的发展。智能建筑外立面的参数化设计 数据采集通过传感器和监测设备，采集建筑的环境数据、能源消耗数据等信息，建立建筑的基础数据模型。录入国际、国家等建筑节能与碳排放标准及相关政策文件，作为基础的标准化参数资料让 进行记忆与学习。数据分析通过机器学习和数据挖掘技术，对采集到的建筑环境数据、节能标准及政策等进行分析和处理，提取出建筑的能源利用模式和舒适性需求，为后续的设计提供数据支持。模型设计通过建立建筑的物理模型，采用建筑能量仿真软件例如“、”等，对建筑外表面的光学和热学性质进行实时监测和调整，以此得出当前建筑物节能情况的大量现实数据，使得 能够有效地进行学习、模仿、计算、判断，以便正向模拟玻璃的反射、吸收特性或遮阳板的开启角度、方位朝向等，优化建筑的照明、通风、温度及能耗控制。参数化设计基于前几步的数据分析和模型设计，通过 参数化设计算法，对建筑的外立面进行自动化和智能化的设计，自动计算与调节该建筑的电致可变玻璃面板、各个立面的遮阳板等，为建筑提供更加高效、智能和环保的外立面实时节能调节方式。评估和优化通过模拟和评估建筑的能源利用效率、舒适性等指标，对 参数化设计进行优化和改进。同时，可以通过 技术对设计过程进行实时监测和优化，提高设计的效率和精度。智能技术与设计中国厨卫 中国厨卫 应用案例分析 可控外遮阳板的应用案例（）塔于 年 月在阿拉伯联合酋长国首都阿布扎比建成，阿布扎比的温度通常会在 以上，因此保持建筑室内凉爽是一项重大挑战。在这种极端天气条件下，塔的外墙设计了一层由三角形构成的屏风。每个三角形都涂有玻璃纤维，并按照预设的编程使屏风相对太阳移动的位置而移动，从而减少太阳直射。晚上，程序将会关闭，屏风也会停止移动。据估计，这样将减少建筑物表面 以上的太阳光，并减少建筑物空调系统使用的能源，每年可减少碳排放达 。（）奥地利 技术展示厅。该展厅于 年落成并展示在奥地利维也纳，它是一个办公楼动态智能遮阳系统的展示空间。这套户外智能遮阳板系统的外立面，采用个性化的单元式设计，每一块遮阳板可以像折纸一般独立展开或合拢，从闭合的遮阳形态到全通透形态转化只需要 。而外立面共安装了 块这样的单元式电动多孔铝遮光板，并交由 个接入智能终端的电机进行控制，这使得这栋建筑的外立面会根据每天的不同时间、不同温度、不同天气智能移动，在风雨交加的早上，关闭遮光板的同时打开通风系统；在烈日当空的正午，完全关闭遮光板进行遮阳；在清风徐徐的夜晚，折遮光板的开合角度，让更多自然风进入室内。电致可变玻璃的应用案例（）厦门欣贺研发设计中心由著名建筑师马岩松为厦门欣贺服装公司设计，年在厦门市落成，采光顶采用了主钢梁玻璃肋结构体系，面玻采用合肥威迪生产的电致变色玻璃，可以起到温度感应并实时调控遮阳的功能，玻璃遮阳系数 （可变），透光率 （可变），依据实时天气及光线强度进行自适应调节，在节能节电的同时也能提高室内环境的舒适度。（）（圣戈班）法国巴黎总部。本身就是全球最大的可变玻璃研发与生产商，其于 年首次发明电致可变玻璃，并在过去的三十年中得到了发展。这种玻璃是一种可防止太阳得热和眩光的动态玻璃，同时还优化了自然光的吸收。是一种可持续发展且美观的解决方案，其对外部条件的适应性消除了对百叶窗或百叶窗的需求。为了发挥作用，利用先进的预测日光算法，将温度、照度、占用率、窗户尺寸、一天中的时间、季节、建筑物的方向、太阳角度和天空条件考虑在内，以准确地调节色调，获得最佳条件。这允许在不需要遮光装置的情况下将眩光降至最低，同时仍可优化自然光的进入，以减少对人造光和能源消耗的需求。这些系统输入由屋顶和立面传感器跟踪，这些传感器可以与现有的建筑物管理系统（）集成在一起。而圣戈班巴黎总部就是其研发的电致可变玻璃最好的应用案例。智能建筑外立面的应用前景随着全球环保意识的不断提高，建筑节能已经成为建筑设计的重要指标之一，而可变玻璃外立面技术正是一种非常有效的节能手段。随着慢慢迭代、降本增效，其经济效益凸显，将逐渐成为未来建筑节能设计与应用的主流。首先，智能建筑外立面技术可以为建筑节约能源。据统计，建筑用电量和能耗占全球总用电量和能耗的比例非常高，尤其是在夏季，需要大量的空调和照明设备来维持建筑的舒适度。采用 智能建筑外立面外立面技术，建筑可以根据季节、时间和气候等因素实时调节室内的光照、通风和温湿度，从而降低空调和照明设备的能耗及能源成本。其次，智能建筑外立面技术可以提高建筑的舒适度。人们对建筑的舒适度要求越来越高，尤其是在办公场所和公共场所，良好的舒适度对工作和生活的质量都非常重要。实时调节室内的光照和温湿度，可以大大提高建筑内部的舒适度，为人们提供更加舒适的工作和生活环境。最后，可控外遮阳板与电致可变玻璃外立面都可以提高建筑的设计性能和美观度。传统的建筑立面设计通常采用单一的玻璃材料，无法满足不同季节、时间和气候的需要，导致建筑外观单一，缺乏变化和个性化。而采用以上两种智能外立面技术，建筑可以根据不同的需要和要求，实时调节建筑的外观和色彩，提高建筑的设计性能和美观度。结语 智能建筑外立面技术将会对建筑物的节能、降噪、美观、经济性和舒适度产生有利影响，为新建筑带来更多的创新和发展机遇的同时，也为旧建筑带来更新换代的机会。同时 智能化的介入，可以将应用此技术的建筑并入物联网，网络可视化的数据将不断改良和优化建筑智能立面系统，同时也为国家早日实现城市与建筑可持续发展、碳中和碳达峰等目标提供强有力的支撑。参考文献 邓群，仇志强，高旭东建筑设计中的人工智能应用建筑学报，（）：邵浩然，李志杰，张华智能遮阳系统在建筑节能中的应用及前景绿色建筑材料，（）：田野，李博文，许凯明利用智能遮阳技术实现建筑节能的研究建筑学报，（）：王卓，赵希，张健智能玻璃及其在节能建筑中的应用能源与建筑，（）：田昕宇智能玻璃在建筑节能中的应用研究城市建筑，（）：刘明智能玻璃在建筑节能中的应用及其未来发展生态建筑杂志，（）：中国厨卫 智能技术与设计