祁 冰， 范 立， 常建國， 孫旭燦， 王 放

（1.河南省建筑科學(xué)研究院有限公司，鄭州 450053； 2.河南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，鄭州 451464）

天然光環(huán)境是人類視覺中最舒適和親切的環(huán)境. 研究表明，室內(nèi)良好的天然光環(huán)境能夠紓解人們緊張情緒、提高工作效率，對人類生理和心理健康都有著很大的促進(jìn)作用［1-2］. 同時，有效的天然采光設(shè)計(jì)可以在一定程度上降低建筑照明、制冷和采暖能耗，在建筑節(jié)能方面意義重大［3-4］.

隨著大進(jìn)深大空間建筑的不斷涌現(xiàn)，為了使建筑空間內(nèi)部能夠獲得充足的天然光照明，屋面采光成為其常用形式. 屋面作為建筑最上層覆蓋的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，為建筑的耐久性和安全性提供保證，而且成為防水、節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)及智能建筑技術(shù)發(fā)展的平臺. 采光屋面作為以天然采光為目的的功能屋面，也有著發(fā)揮建筑形態(tài)塑造、色彩呈現(xiàn)、意境表達(dá)、藝術(shù)創(chuàng)造等功能，因此采光屋面對透光材料也有著較為特殊的要求.

近年來，采光屋面設(shè)計(jì)越來越趨于多樣化、復(fù)雜化，建設(shè)工藝和技術(shù)也越來越高，透光材料也日趨豐富［5］.玻璃在采光屋面中應(yīng)用最早也最為廣泛. 聚碳酸酯板和ETFE膜材料在采光屋面應(yīng)用推廣上也很迅速，出現(xiàn)了很多工程實(shí)例. 本文對采光屋面透光材料應(yīng)用現(xiàn)狀作以綜述，同時對幾種典型透光材料的應(yīng)用與研究進(jìn)展進(jìn)行梳理.

1 采光屋面透光材料應(yīng)用與研究現(xiàn)狀

1.1 屋面玻璃

作為一種脆性材料，安全性是玻璃在采光屋面上應(yīng)用的首要考慮. 由于在屋面上的應(yīng)用比在幕墻和窗上有著更嚴(yán)格的要求，各國均規(guī)定采光屋面需要使用安全玻璃.

鋼化玻璃和夾層玻璃同屬安全玻璃范疇. 多項(xiàng)研究表明［6-7］，鋼化玻璃的自爆問題使得其在屋面上的應(yīng)用存在較大風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橐坏┳员瑢ο虏靠臻g人們頭部威脅很大. 而夾層玻璃在能抵擋意外撞擊的穿透的同時，碎片也會和夾層膠片結(jié)合一起，降低了跌落的風(fēng)險(xiǎn). 我國最新標(biāo)準(zhǔn)《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》［8］和《建筑玻璃采光頂技術(shù)要求》［9］中已經(jīng)舍棄鋼化玻璃，統(tǒng)一采用夾層玻璃作為玻璃采光頂?shù)拿姘宀牧?

采光屋面用夾層玻璃可以是平板玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃、著色玻璃等原片的復(fù)合，也能夠以基本單元復(fù)合成夾層中空玻璃和夾層真空玻璃，可以根據(jù)建筑需求進(jìn)行不同的選擇.

普通透明平板玻璃具有良好的透光性能，但其傳熱系數(shù)較大，不利于節(jié)能. 中空玻璃和真空玻璃通過中空層和真空層的設(shè)計(jì)，能夠有效提升玻璃熱工性能. 彭小云［10］、許海鳳等［11］學(xué)者研究表明，Low-E玻璃具有傳熱系數(shù)低和反射遠(yuǎn)紅外線的特點(diǎn)，無論是對傳熱耗能，還是太陽輻射耗能，都有非常大的降低. Zheng等［12］研究表明，雙銀Low-E玻璃比中空玻璃在夏熱冬暖地區(qū)的采光屋面中有著更好的隔熱和節(jié)能效果.

1.2 聚碳酸酯板

聚碳酸酯板又稱為陽光板，早期被用于廣告燈箱、公路聲屏障等，有著廉價(jià)和臨時性的印象. 近些年來，聚碳酸酯板在采光屋面建筑中應(yīng)用越來越廣泛，例如用于工業(yè)廠房、體育場館和航空港等建筑中.

聚碳酸酯板的最佳性能之一是高抗沖擊性. Moretti等［13］總結(jié)發(fā)現(xiàn)，其該項(xiàng)性能最多可以比普通鋼化玻璃高200倍以上. 同時數(shù)據(jù)顯示，聚碳酸酯板的密度不到普通玻璃密度的一半，質(zhì)量輕，可以節(jié)省運(yùn)輸、安裝以及支承框架的成本.

顧書英等［14］對聚碳酸酯板在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探討. 結(jié)果表明，聚碳酸酯板具有很好的加工性能和設(shè)計(jì)多樣性，可依設(shè)計(jì)圖在工地現(xiàn)場采用冷彎方式，安裝成拱形、半圓形等曲線結(jié)構(gòu). 此外設(shè)計(jì)師可以根據(jù)需要選用不同顏色、不同透明度的產(chǎn)品，從而設(shè)計(jì)出具有各種藝術(shù)效果的建筑風(fēng)格.

聚碳酸酯中空板在采光屋面上應(yīng)用較多，韓煜資等［15］測試表明其透光率最高可達(dá)到82%，與普通透明玻璃的透光性相當(dāng). 同時自然光透過聚碳酸酯中空板材進(jìn)入室內(nèi)后會形成柔和的漫射光，避免產(chǎn)生眩光. 中空板在熱工性能上與典型中空玻璃相當(dāng)［14］，如：3X/16 mm 多層板傳熱系數(shù)值為2.2 W/（m2·K），比6+9+6中空透明玻璃傳熱系數(shù)2.87 W/（m2·K）略小.

資料顯示［16］，聚碳酸酯板與鋼材、鋁合金等支承型材的物理性能差別較大，例如聚碳酸酯板的熱膨脹系數(shù)約為普通玻璃的7倍. 如此，一旦工藝不當(dāng)容易導(dǎo)致板材腐蝕、黏接破壞、接縫形變，輕則引發(fā)滲漏，重則危及屋面結(jié)構(gòu)安全. 高樹鵬［17］和曾榮［18］等學(xué)者提出，合理的屋面布局設(shè)計(jì)、設(shè)置合適的膠縫寬度、選擇具有相對位移能力和黏結(jié)性好的密封膠，是保證聚碳酸酯板屋面工程防水功能的重點(diǎn).

1.3 ETFE膜

ETFE膜是乙烯和四氟乙烯共聚而成的半結(jié)晶性含氟聚合物的膜結(jié)構(gòu)，在國外應(yīng)用較早，國內(nèi)的應(yīng)用起步于2008年北京奧運(yùn)會場館的建設(shè).

資料顯示［19］，ETFE單層膜厚度通常為0.05～0.25 mm，每平方米只有0.15～0.35 kg，是極為輕質(zhì)材料. 同時，在力學(xué)性能上，ETFE膜延展性能好，具有極佳的張力和延展性，屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度都較高. 郭曉娟［20］的研究表明，相比于玻璃屋面耐受不住冰雹沖擊而破壞，ETFE膜屋面僅僅留下一點(diǎn)凹坑，具有很好的安全性能.

ETFE單層透明膜的可見光透過率非常高，在95%以上. ETFE氣枕可以通過在不同層膜表面進(jìn)行圖案印刷對透光率起到選擇和控制，在起到遮陽作用的同時，能夠承現(xiàn)出五彩繽紛的視覺效果［21］. 此外ETFE膜材料有著較好的保溫隔熱性能. 林琦等［22］對“水立方”ETFE膜導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了測定，結(jié)果為0.10 W/（m·K），不到絕熱材料閾值0.23 W/（m·K）的一半，屬于良好的絕熱材料.

張英［23］認(rèn)為，ETFE膜結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到其他傳統(tǒng)材料結(jié)構(gòu)所相當(dāng)?shù)谋?、采光、?jié)能等功能，或者有更優(yōu)秀的表現(xiàn). 同時鑒于其良好的耐候性和自潔性，有學(xué)者［24］認(rèn)為ETFE膜材料的使用壽命在25年以上，是大型采光屋面理想材料. 隨著越來越多的建筑設(shè)計(jì)師開始接觸這種優(yōu)異的材料，ETFE膜在國內(nèi)外大型公共建筑屋面與幕墻領(lǐng)域得到較快推廣. 表1為國內(nèi)外大型ETFE膜屋面工程舉例.

表1 國內(nèi)外大型ETFE膜屋面工程Tab.1 Large ETFE membrane roofing projects in the world

工程實(shí)例表明［25-26］，ETFE膜多層膜氣枕形式應(yīng)用于建筑中，施工工藝較為復(fù)雜，一次性投資高. ETFE氣枕首先需要完整的膜剪裁、熱合、成型、預(yù)充氣等工序，在支承結(jié)構(gòu)完善以后，還要對每一個氣枕安裝充氣系統(tǒng)，包括充氣管路、充氣泵、電氣控制等. ETFE氣枕系統(tǒng)在使用過程中，也需要機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備持續(xù)監(jiān)控和補(bǔ)充氣壓，維修保養(yǎng)也比較復(fù)雜.

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)錢景［27］對ETFE膜材的制備進(jìn)行梳理表明，目前我國大部分企業(yè)對ETFE膜的研發(fā)還處于實(shí)驗(yàn)室研制階段，距離實(shí)現(xiàn)ETFE材料的商品化仍有一定差距. 現(xiàn)有國內(nèi)的ETFE膜建筑工程，材料的生產(chǎn)技術(shù)仍然是從國外引進(jìn)，最終使得造價(jià)昂貴.

1.4 不同透光材料的應(yīng)用形式及對比

采光屋面是透光材料與支承結(jié)構(gòu)的結(jié)合，三種材料的屋面結(jié)構(gòu)應(yīng)用形式及優(yōu)劣對比如表2所示.

表2 三種屋面透光材料應(yīng)用對比Tab.2 Comparison on the application of three transparent materials of skylight

玻璃的線膨脹系數(shù)與鋼材接近，使得兩者能夠很好地結(jié)合使用成為采光屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu). 最新《建筑幕墻與采光頂設(shè)計(jì)施工手冊》［28］中強(qiáng)調(diào)，玻璃材料已經(jīng)從建筑構(gòu)件發(fā)展為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，新型玻璃裝配技術(shù)也已經(jīng)大量使用，使得玻璃采光屋面成為技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合. 隨著玻璃梁為承重結(jié)構(gòu)的全玻璃采光頂?shù)某霈F(xiàn)，這種具有全視野的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)深受設(shè)計(jì)師的青睞.

聚碳酸酯板和玻璃同為面板材料，在屋面上的空間結(jié)構(gòu)比較相近. 不同的是，聚碳酸酯板的優(yōu)勢在于質(zhì)量較輕，抗沖擊性能優(yōu)異、成本相對較低. 而玻璃的單位面積質(zhì)量較重，因此需要與較復(fù)雜的支承結(jié)構(gòu)相結(jié)合，才能完成形態(tài)各異的采光屋面造型上.

作為輕質(zhì)膜材，Hu等［29］指出，ETFE膜降低了支承結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，拓展了單元的跨度，對采光屋面造型多樣化設(shè)計(jì)是極大的推動. ETFE膜形成的氣枕可以多達(dá)幾十到幾百平方米［24］，例如國家游泳中心“水立方”最大氣枕面積約90 m2，而上海某新建成的游樂場項(xiàng)目氣枕更是長達(dá)70 m，寬3 m，面積超過200 m2. 清華大學(xué)鄭方［30-31］從大空間建筑設(shè)計(jì)角度進(jìn)行分析指出，輕質(zhì)屋面透光材料在覆蓋大空間時色彩、造型和光控制方面會展現(xiàn)出強(qiáng)烈的表現(xiàn)力，因此ETFE膜將會成為設(shè)計(jì)師偏愛的材料.

2 典型采光屋面透光材料研究進(jìn)展

上文對屋面玻璃、聚碳酸酯板和ETFE 膜三大類透光材料在采光屋面的應(yīng)用進(jìn)行了概述與分析. 由于屋面的特殊性，如何保證其安全性能是需要首先考慮的重點(diǎn). 同時，在全球能源與資源危機(jī)的大背景下，提升采光屋面節(jié)能效果和太陽能利用也是透光材料發(fā)展的重要方向. 針對上述方面，接下來就四種典型的透光材料在屋面上的應(yīng)用與研究進(jìn)展作以介紹.

2.1 SGP夾層玻璃

作為夾層玻璃不可或缺的材料，中間膜在很大程度上影響整個玻璃制品的質(zhì)量和性能. 目前市面上使用的夾層膜以聚乙烯醇縮丁醛（PVB）膜為主，而普通PVB夾層玻璃，一旦破碎會產(chǎn)生很大的彎曲變形，整塊脫落的危險(xiǎn)增大，給玻璃采光屋面安全帶來挑戰(zhàn)［32］. 美國杜邦公司制備了一種新型離子性中間膜Sentryglas?Plus，簡稱SGP膜，具備與玻璃極強(qiáng)的黏接性能，促進(jìn)夾層玻璃性能的提升.

SGP膜力學(xué)性能優(yōu)異，它的剪切模量是PVB膜的50倍以上，撕裂強(qiáng)度比PVB膜高5倍［33］. 劉強(qiáng)等［34］通過實(shí)驗(yàn)和模擬得出，PVB夾層玻璃梁開裂后的裂縫貫穿整個截面，而SGP夾層玻璃梁開裂后形成一個扇形的碎裂域，在梁截面內(nèi)部形成新的承力機(jī)制. 研究表明，在-20～60 ℃范圍的溫度下，SGP膜的剪切強(qiáng)度和剛度均能保證其在玻璃和支承結(jié)構(gòu)之間傳遞載荷［35-36］，因此SGP夾層玻璃梁在斷裂后仍能表現(xiàn)出很強(qiáng)安全性能.

Serafinavi?iu等［37-38］比較了SGP、PVB、EVA（乙烯-醋酸乙烯）三種夾層玻璃在變溫度、長時間載荷下的性能，結(jié)果SGP夾層玻璃的中間撓度和縱向應(yīng)變最小，而且SGP膠片滑動位移甚至小到可以忽略不計(jì). 因此，SPG夾層玻璃破損后的抗彎曲能力，使整片從高空落下的概率大大降低，采光屋面上玻璃板塊能夠突破規(guī)范［9］中單塊小于2.5 m2、長邊小于2 m的限值.

因此，當(dāng)SGP夾層玻璃作為承重構(gòu)件時，可以增大全玻璃采光頂?shù)目缍龋卣箍臻g體系；而當(dāng)SPG夾層玻璃作為采光頂?shù)拿姘宀牧?，又能夠放寬單塊玻璃的尺寸，簡化支承結(jié)構(gòu). 除此之外，SPG膜對水分不敏感，外露的條件下也不會開膠、分離，作為采光屋面邊緣構(gòu)件無須封邊即可投入工程應(yīng)用［33］.

價(jià)格昂貴和專利壟斷是限制SGP夾層玻璃大規(guī)模應(yīng)用的重要原因［39］，但隨著技術(shù)壁壘的打破和成本的降低，SGP夾層玻璃將會取代PVB夾層玻璃成為采光屋面玻璃的首選.

2.2 氣凝膠玻璃

屋面是熱工性能要求最高的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采光屋面的熱工設(shè)計(jì)更為嚴(yán)格. 屋面透光部分面積越大，夏季室內(nèi)太陽輻射得熱越多，增加相應(yīng)制冷能耗. 同時與非透光屋面相比，采光屋面材料的傳熱系數(shù)較大，室內(nèi)外溫差傳熱導(dǎo)致的耗能也很大. 基于此，我國《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［40］中將甲類公共建筑的屋面透光部分限制在總面積的20%，否則需要進(jìn)行權(quán)衡判斷.

現(xiàn)有的透光材料中，真空玻璃傳熱系數(shù)可以低至0.7 W/（m2·K）以下，但其制造工藝復(fù)雜、造價(jià)昂貴［41］.聚碳酸酯中空板、ETFE 多層氣枕和中空玻璃的傳熱系數(shù)均在2.0 W/（m2·K）左右［42］，相比節(jié)能材料仍然較高. Low-E玻璃的造價(jià)較高、銀層易氧化；而熱反射玻璃的可見光透過率低、傳熱系數(shù)高.

眾多學(xué)者在研究屋面透光材料節(jié)能適用性的同時，也在積極探索節(jié)能型透光新材料. SiO2氣凝膠玻璃因其高效隔音、高隔熱性和高透光性，越來越引起人們的關(guān)注［41］，被認(rèn)為在未來窗戶和采光頂上有著巨大的節(jié)能潛力［43］.

呂亞軍等［44］對顆粒氣凝膠玻璃透光隔熱性能進(jìn)行實(shí)測研究，結(jié)果表明，相比于相同尺寸的普通中空玻璃，氣凝膠玻璃的傳熱系數(shù)最多可降低50%以上，隔熱效果可以提高5～10 ℃. 同時，氣凝膠玻璃的透光率和傳熱系數(shù)可以通過填充粒徑大小和填充厚度進(jìn)行變動，為未來用戶的個性化定制提供了可能.

多項(xiàng)研究表明，氣凝膠玻璃在寒冷氣候下的節(jié)能效果突出. Wang等［45］通過模擬對比了氣凝膠玻璃與其他常用玻璃在我國不同氣候區(qū)的節(jié)能效果. 結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣凝膠玻璃在哈爾濱、北京、上海三地的節(jié)能率分別可以達(dá)到20%、11%、9%，表明氣凝膠玻璃在嚴(yán)寒地區(qū)的適用性很強(qiáng)，在寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)具有一定的適用性. 陳友明等［46］將氣凝膠玻璃與雙層中空玻璃在不同朝向的太陽能效用量差值作為參考依據(jù)，得出氣凝膠玻璃的氣候適用性序列為在哈爾濱＞北京＞長沙＞昆明，即氣凝膠玻璃在嚴(yán)寒地區(qū)最適用，寒冷地區(qū)次之.

鑒于整塊狀氣凝膠玻璃的生產(chǎn)非常困難［47］，顆粒氣凝膠填充玻璃在商業(yè)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位. 相關(guān)歐美國家已經(jīng)有相應(yīng)成熟的生產(chǎn)線，而國內(nèi)對氣凝膠玻璃研究起步較晚，2015年才首次在長沙實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)［48］. 要實(shí)現(xiàn)氣凝膠玻璃在采光屋面的規(guī)模化應(yīng)用，還需要完善相關(guān)的工藝流程和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提升技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)可行性.

2.3 光伏玻璃

光伏建筑一體化（BIPV）是將圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面太陽能轉(zhuǎn)化為電能，從而降低建筑能耗的集成技術(shù)［49］. 在面積相同的情況下，南向坡屋面和平屋面接收的太陽輻射量分別是南立面的1.85倍和1.65倍［50］，屋面在太陽能光伏利用上有著天然的優(yōu)勢. 隨著融合采光和光伏發(fā)電功能的光伏玻璃出現(xiàn)，采光-光伏一體化屋面概念被正式提出.

光伏玻璃可分為晶體硅光伏玻璃和薄膜光伏玻璃兩大類，在采光屋面上使用時需要和夾層玻璃復(fù)合以保證安全. 其中，薄膜太陽能電池用料少、工藝簡單、能耗低，在成本上有一定優(yōu)勢，已成為國際光伏市場發(fā)展的新趨勢和新熱點(diǎn)［51］.

光伏玻璃除了美觀、節(jié)能發(fā)電以外，還有透光可控的特點(diǎn). 胡軍師［52］對有20%和40%透光率的太陽能薄膜中空玻璃在屋面上的性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明，針對室內(nèi)照度要求選用不同透光率的光伏玻璃，可以同時滿足發(fā)電、采光、遮陽的需求.

李卓等［53］在采光設(shè)計(jì)中提出，通過光伏玻璃和非光伏玻璃間的排布、光伏玻璃的電池覆蓋面積占比的調(diào)節(jié)，無須設(shè)置遮陽設(shè)施即可防止室內(nèi)眩光的出現(xiàn). 為解決采光與發(fā)電之間的平衡問題，Hong等［54］提出了一種透射聚光式光伏幕墻，該系統(tǒng)在中午時有28.2%的最小透射率，在早上9：40之前和下午15：40之后透射率超過55%，整天時間均能滿足房間的照明要求，該技術(shù)可以通過借鑒應(yīng)用于采光屋面中.

光伏玻璃屋面在標(biāo)志性建筑工程中已經(jīng)有所應(yīng)用. 2019中國北京世界園藝博覽會中國館實(shí)現(xiàn)了建筑的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)［55］，其巨型屋架上除了運(yùn)用ETFE膜、納米鈦瓷噴涂鋁單板等多種現(xiàn)代材料外，還包括多達(dá)1056塊碲化鎘薄膜光伏玻璃，總面積近1600 m2，所產(chǎn)生的電能供給建筑使用. 由于有著應(yīng)用及優(yōu)化自然能源的功能，光伏玻璃被認(rèn)為是新型可持續(xù)的建筑材料［56］，在未來采光屋面中應(yīng)用前景廣闊.

2.4 PV-ETFE氣枕系統(tǒng)

早在2010 年上海世博會，日本館“紫蠶島”就提出了ETFE 氣枕與太陽能電池（PV）結(jié)合的零能耗建筑概念［57］. 現(xiàn)如今，在ETFE 膜成為未來采光屋面透光材料的大趨勢下，將PV 與ETFE 氣枕結(jié)構(gòu)融合，形成PV-ETFE氣枕屋面系統(tǒng)的新型光伏一體化建筑，成為這一趨勢的又一拓展.

PV-ETFE 氣枕系統(tǒng)可以將PV的性能特點(diǎn)和氣枕結(jié)構(gòu)性能優(yōu)勢相結(jié)合. ETFE 氣枕可以在工廠進(jìn)行模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制，而且封閉形式可以初步收集和存儲熱能，這些特點(diǎn)與薄膜太陽能電池的柔韌性和高溫適應(yīng)性相匹配［58］. ETFE薄膜透光率高，有利于保證PV的光電轉(zhuǎn)化效率；ETFE氣枕結(jié)構(gòu)提供安放PV電池的內(nèi)部空間，可以避免風(fēng)、雨等對PV的影響.

PV-ETFE氣枕系統(tǒng)形式有雙層氣枕上層外表面集成PV、下層內(nèi)表面集成PV、三層氣枕中層上表面PV等形式. Abdolzadeh 等［59］將氣枕的氣壓調(diào)節(jié)考慮在內(nèi)，建立了PV-ETFE 雙層氣枕的數(shù)值計(jì)算模型，可以合理地預(yù)測不同操作條件下的系統(tǒng)性能. 結(jié)果表明，氣枕內(nèi)部不間斷的通風(fēng)對光伏組件有冷卻作用，促使發(fā)電量提升了15%，但考慮到鼓風(fēng)機(jī)的電耗，系統(tǒng)的凈輸出功率反而有所降低.

上海交通大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心對不同PV-ETFE氣枕系統(tǒng)做出了大量的研究，其中包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受力分析［60］、氣枕內(nèi)部熱環(huán)境測試與模擬［61］、系統(tǒng)在夏季和冬季工況下功能特性測試［62-63］，以及系統(tǒng)電-熱-力綜合性能評價(jià)［64］等. 結(jié)果表明，在合理的設(shè)計(jì)下，PV-ETFE氣枕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)宏觀性能足以滿足建筑要求，在典型天氣下運(yùn)行平穩(wěn)且良好，壓力范圍穩(wěn)定在300 Pa 左右、充氣時間間隔大于15 min，具備投入工程應(yīng)用的條件. 同時，PV-ETFE氣枕系統(tǒng)在日照輻射100 W/m2時即可正常工作，冬季日均工作時長大于7.7 h，系統(tǒng)發(fā)電量是耗電量的4倍以上，在保證自身獨(dú)立運(yùn)行的同時還能夠供給建筑使用.

PV-ETFE 氣枕系統(tǒng)在采光屋面應(yīng)用的可行性已經(jīng)得到驗(yàn)證，但投入工程應(yīng)用還需多個專業(yè)協(xié)同推動.PV-ETFE氣枕屋頂系統(tǒng)可以使建筑成為低能耗、可持續(xù)、環(huán)境友好建筑. 在低碳、節(jié)能、綠色成為建筑發(fā)展方向的今天，PV-ETFE氣枕屋面系統(tǒng)必將迎來廣闊的應(yīng)用前景.

3 結(jié)語

透光材料作為特殊的功能材料，其性能對建筑外在形態(tài)和內(nèi)部環(huán)境均有很大影響. 本文對屋面玻璃、聚碳酸酯板、ETFE膜三大類透光材料在采光屋面的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行概述與分析，同時對四種典型透光材料的應(yīng)用與研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，有助于更好地展望采光屋面透光材料的發(fā)展方向和應(yīng)用趨勢.

玻璃采光屋面應(yīng)用廣泛，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)豐富，功能材料的拓展與施工技術(shù)日臻完善. 聚碳酸酯板的造價(jià)較低，在初投資上有著很大競爭力，應(yīng)加強(qiáng)適用于聚碳酸酯板和支承結(jié)構(gòu)的密封膠研究和施工工藝的探索，完善其在采光屋面中的防水措施. ETFE 膜材料性能優(yōu)越，有成為采光屋面主流材料的趨勢，應(yīng)加強(qiáng)ETFE 膜制造工藝的研究投入，降低生產(chǎn)成本，早日實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)商品化.

安全、節(jié)能、太陽能利用是未來采光屋面透光材料的發(fā)展方向. SGP 夾層玻璃的應(yīng)用將極大提升玻璃采光頂?shù)陌踩阅?，會逐步取代現(xiàn)有PVB 夾層玻璃成為玻璃采光頂材料的首選. 在提升采光屋面節(jié)能方面，除應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)有透光材料的節(jié)能研究以外，還應(yīng)加強(qiáng)氣凝膠玻璃的規(guī)模化推廣和應(yīng)用. 采光-光伏屋面是有著廣闊的應(yīng)用前景，各專業(yè)應(yīng)加強(qiáng)協(xié)同合作，共同推動光伏玻璃和PV-ETFE 氣枕系統(tǒng)在屋面上的應(yīng)用.