伦敦标志性的水晶宫用创新的材料重新改造

材料专家材料委员会继续调查伦敦传奇水晶宫重生计划所提供的材料创新和建筑设计技术的可能性。

由Grimshaw设计的伊甸园生物群落项目。Jurgen Matern拍摄

高效、坚固的六边形-三-六边形结构的伊甸园生物群落 

低成本、大跨度 在玻璃之外，如果我们要从**初的水晶宫的意图中获得灵感，我们应该关注结构的设计，比如Grimshaw的伊甸园项目和Richard Rogers合作伙伴的千年穹顶。很能说明问题的是，伊甸园项目的联合创始人蒂姆•斯密特(Tim Smit)已被任命为顾问委员会成员，负责制定该建筑的设计原则，罗杰斯和格里姆肖都已入围。 千年穹顶和里面的“千年体验”无疑是受到了展览本身的启发。虽然结果不是水晶宫的公众和关键的成功(证明了它目前作为一个多用途的娱乐场所更成功)，许多建筑限制是类似的。 千禧巨蛋在15个月内就建成了，而且就其规模而言，它的预算已经相当便宜了。建筑师通过使用标准化组件和**跨度的聚四氟乙烯涂层玻璃纤维拉伸膜实现了这一点。它由一根70公里高强度钢索组成的网状结构支撑，钢索悬挂在12根100米高的钢桅杆上。结果要么是****性的帐篷，要么是**不**性的建筑。 伊甸园计划的生物群落与帕克斯顿的水晶宫有更多的相似之处，使他的许多设计理念得以实现。

千禧穹顶由Rogers Stirk Harbour + Partners设计，是世界上**的拉伸膜结构。图像由德博特 

帕克斯顿的设计适应了海德公园的特殊需求，增加了桶形的拱形屋顶来容纳海德公园现有的树木，而伊甸园生物群落的网格状圆顶也被部分地选择了这种能力;与地面交界的测地线六边形可以被添加或移除，使得圆顶很容易适应和跟随采石场的不均匀和不断变化的地面轮廓。 水晶宫的结构中首次使用了晶格梁，使得帕克斯顿能够创造出不受结构柱干扰的大型开放展览空间。这使得日光以前所未有的方式穿透整个建筑。 伊甸园的穹顶采用高效、坚固的“六角-三-六角”结构，由预制的标准化铝或镀锌钢构件网络组装而成。这形成了一个完全自给自足的外壳，跨越240米**的生物群落，没有任何内部支持，创造了内部不受干扰的热带生态系统。 该结构覆以共聚物乙烯四氟乙烯(ETFE)。ETFE的重量为玻璃的1%，它的跨度可以达到屋顶支撑距离的六到七倍。这种ETFE覆层采用了膨胀的三层枕头的形式，提供了良好的透光性和绝缘性(当水平使用时，获得比三层玻璃更好的U值)。完整的ETFE覆盖层系统的碳足迹大约是同类透明系统的80倍，安装时成本比玻璃低24-70%。

帕克斯顿为水晶宫设计的机械操作的卢浮宫系统，是今天活跃的立面的前身 

Paxton通过将之前在温室设计和建造中探索的想法转化为人们的功能展示空间，开创了解决设计问题的先行者。 膨胀的玻璃表皮允许过多的光和热辐射进入建筑内部。当与来自人群的辐射热和观看展览时无法避免阳光直射相结合，创造了难以忍受的温暖和不舒服的条件。 为了缓解这些问题，Paxton在建筑的屋顶上加装了外部的帆布遮阳板，以减少太阳辐射，并使光线漫射到展览空间。通过将水喷到这些帆布遮罩上，它们还充当了一个巧妙而简单的蒸发冷却系统，将热量从建筑中带走。帕克斯顿还采用了被动通风系统，通过烟囱效应来冷却室内。利用位于玻璃墙上的机械操作的百叶窗，来自建筑底部的阴凉、凉爽的空气通过地板的缝隙被吸上来，并迫使上层的暖空气通过开放的百叶窗流出。

金正日Øyhus SunVale,一个有趣的技术提供太阳能控制。图片由金正日Øyhus 

中融集团的竞赛简报承认，在为用户创造舒适的室内环境的同时，很难平衡半透明的表皮。这表明，他们希望通过采用更智能的解决方案来降低建筑的运行能量，并指定一个积极的立面来尽量减少对动力供暖、通风和空调的需求。 一系列**近开发的适应性技术可以用来补充或取代现有的、固定的太阳能控制技术，如遮阳、涂层或烧结。所有的太阳能控制方法都在一定程度上影响了围护结构的光学透明度，但通过使用活动立面，这可以智能地管理，只发生在需要的立面局部区域。通过这种方式，太阳可以在一天中创造建筑外观的变化。 “智能玻璃”技术，如电致变色玻璃，利用小电流改变悬浮在薄膜上的颜料或粒子的方向，根据内部或外部传感器或手动控制的反馈改变颜色和光线的量。这减少了额外的遮阳需求，保留了视野，减少了眩光，减少了加热和冷却的需求，也保护了室内的物体免受紫外线的伤害。半透明的变化可以通过加深颜色、乳白色的不透明度变化或**近发展的反射率增加来实现。

多苏的玻璃面板，热双金属百叶窗系统。“智能金属”加热时卷曲，调节太阳能进入 

Dosu百叶窗系统的几何图案序列也为活跃的立面提供了美学价值

一个令人兴奋的低技术含量的“智能玻璃”SunValve,挪威金Øyhus发明的。使用两张由空气间隙隔开的透明塑料反光棱镜(在自行车反射器中可以找到)，SunValve可以在不透明和透明状态之间切换，用透明液体填充间隙。 当阀门为空时，阀门关闭，棱镜将光和热反射回光源，使材料呈现出非凡的发光外观。当充满液体时，窗口变得透明。SunValve是简单、机械、低成本的替代和已发布的Øyhus没有专利,鼓励其收养,虽然迄今为止被忽视和仍然uncommercialised。 查克·霍伯曼(Chuck Hoberman)和适应性建筑倡议(Adaptive Building Initiative)探索的适应性熔块技术，也可以根据需要控制以允许更多或更少的直射光。印在玻璃或塑料层上的图形图案相互重叠，调节透明度，控制透射光、太阳能增益、隐私和视野。这也可以通过典型的覆盖层装置中的ETFE枕头来实现。通过改变枕头上两个印刷箔片之间的压力，可以改变印刷图案的排列，从而改变允许的光线量。

电致变色“智能玻璃”在阳光直射下全彩显示，就像建筑物的变色太阳镜一样。图像由视图玻璃提供

透过彩色电致变色玻璃看到的室内景观。遮阳提供了在阳光直射下的舒适环境，同时保持了视野。图像由视图玻璃提供 

自适应遮阳的作用类似，通过改变进入室内的直接光线来控制光线和太阳能增益，但也可以用来控制通风和气流，类似于帕克斯顿的百叶窗。尽管它确实呈现了一个更持久、更坚实的视觉屏幕。 多丽丝·宋的建筑和研究工作室，Dosu，一直在探索完全被动的自适应遮阳组件，不需要额外的能量输入。这些热双金属元素是两种金属的薄片，它们以不同的速率膨胀和收缩。这导致它们要么在加热时卷曲打开，提供通风，要么由于热量而关闭，控制太阳能进入，这取决于所需的策略。热双金属可以校准，以在规定的温度下工作，并允许一定程度的通风或光线进入。

Dosu的Bloom装置由镶嵌的热双金属瓦组成，加热后会卷曲，以便更好地通风 

与帕克斯顿公司原始的蒸发冷却技术类似，新产品采用相变材料(PCMs)可以对热量的进出环境提供完全被动的控制。 pcm吸收过多的内部和外部热量，并在温度下降和需要热量时再次释放。GlassX等产品将这一技术应用到IGUs中，使用半透明的水合物作为相变材料，密封在透明的聚碳酸酯中。 虽然这些单元不具有典型的透明玻璃窗的外观，但它们可以比其他材料元素(如混凝土或砖石墙)更不协调地应用于整个玻璃立面。它们为玻璃的低热质量提供了解决方案——混凝土结构的主要好处，稳定内部和外部温度波动——同时仍然允许自然光通过立面。GlassX声称，对于一些建筑物，动力加热或冷却的要求可以完全消除。

封装在IGUs中的GlassX相变保温技术为建筑物提供了更大的热质量，极大地提高了建筑物稳定内部温度波动的能力。图片由GlassX 

显然，为了捕捉帕克斯顿原始水晶宫的精神，还有大量令人兴奋的技术有待开发和约束条件有待测试。现在轮到入围的建筑师们一起创造一个标志性的、开创性的建筑，这可能会再次改变我们对建筑空间及其实现过程的看法。