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如何制作一个“纯粹”的玻璃球体

Adrian Smith + Gordon Gill建筑事务所为2017年哈萨克斯坦世博会设计了一个25层的能源地球。

2016年2月18日|

由Adrian Smith + Gordon Gill架构设计的哈萨克斯坦馆,展示了球体顶部的风力涡轮剪裁。渲染礼貌为+ gg。

拿一张复印纸,把它平握在手里。然后,轻轻地均匀地往下推,使两边形成平滑的曲线。现在,把你的左手拇指向上,右手拇指向下。哈!你创造了一个双曲面。

用纸做起来似乎很容易,但用玻璃做起来并不容易,尤其是如果你想把光伏集成到组装中。

这是来自Adrian Smith + Gordon Gill建筑事务所的团队在设计2017年哈萨克斯坦首都阿斯塔纳世博会主展厅时遇到的问题。该国总统努尔苏丹·Nazerbayev(1990年以来),想要一个巨大的玻璃球在430英亩的展览场地的中心象征世界,他的国家,而丰富的石油储备(300亿桶)和铀(这是世界上最大的生产商),主要的方法是碳未来。这个球体将作为一个科技博物馆继续存在下去,提醒后代,这里就是世博会主题“未来能源”的发源地。

在2013年的2017年世博会竞赛中,其他公司提交了临时展览建筑的方案,这些建筑将在世博会结束后被拆除。AS+GG团队(由合作伙伴Adrian Smith, FAIA, Gordon Gill, FAIA,和Robert Forest, FAIA, LEED AP,以及AIA, LEED AP主任Alejandro Stochetti领导)将世博会视为这个前苏联集团国家对城市生活和可持续环境的新思考方式的催化剂。

一张施工照片显示了截至1月中旬球体的进展。照片:列夫·彼得罗夫斯基。

休斯顿在草原上

阿斯塔纳成立于1830年,1997年成为哈萨克斯坦的首都。政府大楼(议会大厦、最高法院、Ak Orda总统府)、纳扎尔巴耶夫大学和以100米高的哈萨克Eli(“金鸟”)塔为标志的现代主义市中心,哈萨克斯坦的第二大城市(人口875 000)是“纪念性的,但没有为人们,步行,AIA AS+GG项目经理Matt Dumich说。

在他们的建议中,+ GG强调了三个月长的世博会的长期潜力。第1阶段划定了世博会的网站计划和建筑物:3000人的国会中心;酒店,圆形剧场和中央公用事业厂;四个专题展馆,每个专题展示致力于“未来能源”的特定方面;和艺术和性能空间。第2阶段包括“遗留”作为“第三工业革命城”,借用Jeremy Rifkin的术语。博览会后整个基础设施都会有新的生活。

停车场和服务区将被改造成能容纳4000个家庭的充满活力的住宅区。新社区将通过缓冲人行道与市中心相连。(阿斯塔纳是世界上第二冷的首都城市,仅次于蒙古的乌兰巴托。冬季的温度可达零下40℃。)

世博会会馆的设计将允许在世博会后插入一个间隙层。这将使它们成为高科技公司的办公空间和邻近大学的科学/研发实验室。“院长告诉我们,有了这个技术中心,他们招收俄罗斯和该地区的学生会容易得多,”斯托克蒂港说。

这个团队把“未来能源”放在心上。LEED AP高级设计师安东尼·维奥拉(Anthony Viola)说:“在应用可再生能源系统发电之前,我们如何尽可能地减少建筑的能源使用,利用建筑本身的被动式策略?”

环境保护部长Nurlan Kapparov支持AS+GG的加入。“他把这个项目看作是城市其他地方的原型,”Dumich说。

2014年10月,AS + GG击败了像Coop Himmelb(L)Au,Hok,Snøhetta,Unstudio和Zaha Hadid建筑师那么重击球手。当他陪同获奖团队到机场的航班时,卡帕洛夫提到了纳粹总统纳粹主夫所爱的建议 - 但哈萨克斯坦馆必须是一个领域。

形成一块具有集成PVS的单弯曲的玻璃(上方)证明可行,但含有集成的PVS的弯曲玻璃形成双曲线(上方右侧)根本是不切实际的。

制作一个“平滑”球体

在他们提交中,AS + GG团队提出了一个类似于巨型Yurt的主要展馆 - 该地区的传统游牧遗址。现在他们必须弄清楚如何建立一个符合赢得竞争的原则的领域。

他们不想做的一件事是设计另一个平板,球型圆顶。“我们想要一个纯粹的球体,一个光滑的球体,而不是多面体。它必须是完全弯曲的。”每一块玻璃板都必须在三维空间中轻轻扭曲和塑形。球体还必须产生能量,这意味着必须将光电集成到玻璃中。

AS + GG使用了PV集成的平板玻璃,用于韩国工业总部的联合,在首尔,双弯曲退火玻璃 - 减去FKI的邻近会议中心的PVS。但没有人将PVS集成到双弯曲的玻璃中。

在为期10天的欧洲10个城市玻璃制造商的旋风之旅中,该团队接受了一个速成班,了解为什么这么做如此困难。

一个制造商向他们展示了一种方法,其中PV可以与两片单曲线玻璃之间的聚乙烯缩缩夹层一起安装。将热压和压力施加到材料上以形成层压单元。但由于PVS基本上是黑色的,因为暴露在阳光下时,它们会变热,需要安装在钢化玻璃中。否则,所述Stochetti,“光伏区域和透明区域的玻璃之间的热差动可以打碎玻璃。”几种制造商能够产生单弯钢化玻璃,但是必须化学加强双弯曲的钢化玻璃。

另一个制造商表示,它们可以在一个方向上弯曲钢化玻璃并通过冷弯曲迫使第二曲率。“这本来是一个更简单的选择,但它需要边缘由连续金属帽保持,”STOCHETTI说。“如果你这样做,你不会看到一个平滑的球体。”划伤那个想法。

有两家制造商——位于巴塞罗那的Cricursa和意大利帕多瓦的Sunglass srl——可以制造双曲面玻璃。Cricursa是FKI会议中心的双曲面玻璃制造商。玻璃在特殊的烤箱中加热,直到材料足够柔软,可以在烤箱中形成模具。然后慢慢冷却玻璃。这一过程可能需要13-20个小时,产生双弯退火玻璃。但是如果你想将pv集成到退火玻璃中,你必须将其装配到一个高度专业化的化学强化过程中来进行回火。不是一个选择。

Cricursa向他们介绍了一项新技术,利用PV“珠子”在玻璃上形成一个像玻璃碎片一样的表面。他们认为,这种方法虽然有可能降低热应力,但仍处于实验阶段。斯托克蒂说:“我们不能等待这项技术以我们需要的规模投入商业应用,同时又能及时实现。”

来自土耳其安卡拉Sembol Construction总承包商的工作人员正在哈萨克斯坦馆工作。阿斯塔纳是世界上第二冷的首都城市,气温可达零下40摄氏度。照片:列夫·彼得罗夫斯基。

寻求另一种选择

他们的选择开始缩小。他们应该否定一个“平滑”球体的梦想,并在平面或单弯曲的玻璃上妥协,其中包含集成的PVS?这看起来像Epcot Center Redux。他们应该忘记集成的光伏吗?那么,他们将如何满足馆的可再生能源目标?如果不是PVS,那么什么?

那么风怎么样?阿斯塔纳的稳定,如果残酷的,西南风会变成资产吗?AS + GG团队再次转向RWDI咨询工程师,Guelph,Ont的老朋友。在风力工程中的专业知识并询问:哈萨克斯坦馆可以转换成巨型风能机器吗?

也许,回答了RWDI专家。合并的设计团队决定测试在球体上进行一种曲面术的想法:通过在顶部舀出凿孔,风可以在内部皮肤上进入渠道,在那里它将被引导到节能涡轮机。

维奥拉说:“风能研究的目的是找出在40年的时间里,我们可以产生多少能源,同时平衡整体能源使用。”有
权衡。“如果你添加切口,你就增加了表面积。在哈萨克斯坦这样的地方,每增加一平方米暴露在地面上,就可能有大量的热量损失,从而增加能源需求。”这种切口还会增加材料成本、总能耗和施工时间,这些都是建模时必须考虑的因素。

经过众多研究 - 一个咧着嘴笑的长笛告诉我,它似乎是“1500万”的他们 - + GG和RWDI优化了25层全球的切口的形状。它们甚至能够将PVS集成在带有直接太阳辐射的风切口的部分上,其中可以采用平坦的或单弯曲的玻璃面板(具有PVS)。

去年3月,AS+GG向位于土耳其安卡拉的Sembol Construction总承包商提交了最终文件。截至1月中旬,钢结构框架几乎被盖满。世博建筑几乎全部覆盖了建筑一体化的pv。

与此同时,Sunglass SRL繁忙地搅拌了2,675个双弯板,总计18,225次。由于面板上没有PVS,因此太阳镜塑造它们,为游客提供室内遮阳。

并不是AS+GG总体规划的每个细节都得到了最终的删减。一座横跨基地和大学之间高速公路的人行桥将变成隧道——考虑到气候,这并不是一件坏事。pv覆盖的住宅建筑,没有按照AS+GG的计划朝向西南,而是坐落在一个直线网格上,降低了它们捕捉太阳光线的能力。

迄今为止,已有60个国家(不包括美国)承诺参展。2017年6月10日开业,为期三个月。

找球。你不会找不到的:它有80多米高。

Astana Expo City 2017,“未来能源”世界公平在哈萨克斯坦的首都。渲染礼貌为+ gg。

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