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太阳能建筑的整合设计.pdf

太阳能建筑的整合设计

lvliugen
2012-05-31 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《太阳能建筑的整合设计pdf》,可适用于经济金融领域

!""#年第$期!"#!"#$’()赵群李桂文人与自然环境的适应经过几千年的积累!已经形成了一种协同进化的依赖关系"人类通过光合作用的产物满足自身最基本的生存需要!通过感知天光来感知自然界的各种变化!季节#气候$$满足自身的定位感#安全感#场所感的需要"在漫长的进化时间里!人类很早就学会了利用太阳能"从太阳能在建筑上的使用程度就可以见证这一点"建筑伊始!人类就有了朝向的概念凿户牖可以进光有了檐口!遮雨的同时也在不断的追逐阳光古代屋顶曲线的反宇向阳允许了更多的光线进入室内"现代人在建筑中对太阳能的利用同样跨越了一段技术的#思想的历程!一般被分为!种类型’第"种是被动式接受技术!它通常通过透明的建筑围护结构和相应的构造设计!直接利用阳光中的热能来调节建筑室内的空气温度"第#种是太阳能集热技术!它通常通过集热器把阳光中的热能储存到水或者其他介质中!在需要的时候被释放出来!一定程度上满足建筑物的能耗需求"第!种是太阳能光电转换技术!它通过太阳电池把光能直接转换成电能!为建筑物提供照明#驱动耗电设备运转等能源需求"第"种方式常常可以用常规的技术手段实现!后两种方式则更多地体现出高技术的运用"随着人类能源意识的不断深入!发展出越来越多的太阳能技术替代驱动建筑设备运转的常规能源"比如用太阳能集热器与吸收式或吸附式制冷机相结合实现的太阳能吸收式空调系统不仅可在夏季制冷!还可在冬季为室内供暖!过渡季节提供生活热水"尚有在屋顶上使用的利用太阳能升温拔风的太阳能烟囱!在窗口上设计的光电转换百叶卷帘!太阳能驱动的降温水幕墙等等$$越来越多的建筑构件不再只具备单一功能!复杂和可控的同时融合了更多的太阳能技术"可以看到!无论从建筑设计角度!还是从细部构件的生产角度!整合设计已经成为趋势"系统的思维有助于从更全面#更高的角度审视从前的设计!制定更为合理的方案"丹尼尔斯说’(用整体总合设计取代线型思维!才能设计出节约能源的建筑$$这样将可节约$!!’的能源)"今天!当我们面对即将耗尽的化石能源!日益严重的环境负荷!越来越多的失业压力$$种种社会问题齐集而来时!建筑师还如何能够埋头于案牍继续专注于传统的形式呢*科技时代的到来不止带来了挑战!更多的是机遇"新的技术和方法需要新的思考模式和角度"应该看到给予社会关注对于以往的设计经验来说是非常有益的补充"(太阳能标准被看作是对这一社会文化最终目标的一大贡献"它们不应被看作直接与现存标准竞争!也不意味着取代它们"阳光标准的目标是刺激生成一种新的#独立的思想方法"对于设计和建造!考虑章程和规范!在必要的地方做补充和连接!并且在评估的地方促进更正")很多时候!进行太阳能住宅的设计!涉及的建造技术并不复杂!这样做的目的绝不仅仅是对技术的追求!还包括了建筑师对价值观和生存方式的探索"太阳能在建筑中的应用实例对于太阳能的运用可以有很多创造性的方式"对建筑的传统认知方式是固定的方位!坚固的维护结构!一旦落成结构上具有不可变性"而当代的许多建筑师却打破了这样的思考模式"人类对于阳光的追求永无止境!却受限于不变的建筑朝向!即使可以将四面都开窗!却要付出冷风渗透#高导热以及高能耗的代价"于是有建筑师设计出可以追踪太阳运转的方位角!自身可旋转!可以全天接受日照的建筑"这就是()*,在"年设计的位于德国弗莱堡的向日葵住宅*)),图"它的所有房间采暖需求都由太阳能提供!其余热需求由栏杆处的真空管太阳能集热器和一个土壤空气热交换器提供"还设置了蓄水池作为必要时的热量存储的缓冲设备"安装于屋太阳能建筑的整合设计!"!""#年第$期!"#!"#$’()顶平台中央柱上的光电板由双轴驱动追踪太阳轨迹!可以产生!"#倍于自身消耗的能量!同时还可以遮阳和防雨"$’()*(的设计理念!验证了低能耗的设计思路#自由的建筑创作和室内舒适度之间绝非相互排斥!他们之间的结合将导致建筑在技术和美学上的创新发展"图!向日葵住宅格雷姆肖设计的,年塞维利亚世界博览会英国馆$图位于西班牙南部城市塞维利亚!该市夏季气候炎热!极端温度可达!"英国馆坐西朝东!朝向十分不利"鉴于东晒相对较弱且博览会开放时间相对较晚!格雷肖姆在建筑的东侧设计了水幕!在西侧设置了蓄热水箱!这样就可将水箱散热时间延迟到闭馆之后南侧则采用双层纺织品做遮阳处理屋面造型独特的遮阳板!不但提供了屋面架空通风层!其太阳能光电转换系统还为驱动水幕的水泵提供了动力"英国馆建成后!取得了极佳的节能效果!是博览会,#座展览馆建筑中能源消耗最低的"这座建筑反映了建筑师积极适应气候!减少对常规能源的依赖!充分利用太阳能的设计思想"研究表明!开敞有限容积内的热空气受热后不能像大空间那样自由膨胀!无限制的增厚热边界层!所以空气平均温升比自由空间大!密度更小!空气流动更快"根据这个原理设计的太阳能烟囱通过太阳能对烟囱内气体的加热可以诱导室内通风"加藤义夫设计的医生住宅$图就应用了这个措施!建筑剖面成塔形!室内空间隔而不断!每个房间的空气都可以通过屋顶设置的太阳能烟囱与外界进行交换"空气的对流作用被加强!而起作用的仅仅在屋顶的一个传统的建筑构件’’’烟囱塔上附加了太阳能集热设备"这对我们的设计是一个很好的启发!在传统的建筑构件中融入新的技术!扩展或是加强了他们原来的功能!可以提升整个建筑物的运行效率"可以看到!设计思路的转变能够带来潜在的巨大收益"图"!##"年塞维利亚世界博览会英国馆霍普金斯事务所设计的英国国会大厦$图!也在通风系统中应用了太阳能!所不同的是他们设计的风塔可以旋转!引风和排风口都位于烟囱塔上!而由太阳能提供旋转动力"我们还可以列举许多应用了太阳能技术的建筑!比如尼古拉斯(格里姆肖在英格兰圣奥斯特尔设计的伊甸园$图设于球状屋面的光电板!未来系统设计的)绿鸟*采用的光伏发电立面等等!他们无论在设计理念方面#技术上还是美学角度来看都具有相当高的欣赏价值"整合设计太阳能建筑的整合设计就是在建筑设计中系统地应用太阳能供暖#太阳能热水#太阳能空调以及光伏发电等主动太阳能技术以及各种可能的被动措施!通过分析场地#气候#材料等条件!优化组合可能的太阳能技术!寻找最适宜的太阳能建筑方案"系统应向集成化发展!若同一套太!"!""#年第$期!"#!"#$’()阳能系统能够满足全年不同季节的制冷!采暖和热水的要求"则可以显著提高太阳能系统的利用率和经济性#整合了太阳能利用的建筑设计应该主要从几个方面进行思考$能量的获取收集途径"结构上的合理设置部位和构造措施"能量的存储方式和部位现有的获得太阳能的设备主要有太阳能集热器太阳能光电板和被动收集方式采用的集收集存储于一体的建筑围护结构本身建筑上可能的设置部位包括墙体屋面窗檐口阳台等等"只要可以提供足够的表面合宜的朝向和有效的入射角度"几乎建筑外表面的每个部位都可以利用目前的构造结合方式主要分两类’’’附着式和嵌入式前者需要提供有效支撑面而后者则要求较为复杂的结合层及构造措施"技术难点集中于管道敷设防水处理保温隔热避免局部或收集板背面温度过高有效的防雷措施等等能量的存储部位主要由蓄热方式决定’’’!蓄热墙"岩石仓等建筑及其附属构件("屋顶水箱"水墙"地下储水池(#相变材料($光电转换蓄电池(光化学反应反应物质#太阳能建筑的美学形式也是目前争议颇多的焦点#随意铺放的屋顶热水器已经成了众矢之的"杂乱无序的状态也阻碍了他们自身的发展#当对太阳能的利用和建筑设计做一体化考虑的时候"将突破现存的太阳能设备作为附属物影响建筑造型和城市美观的状态#一个典型的例子就是托马斯赫尔佐格设计的慕尼黑联合体住宅)图’*这套住宅采用了一种热量分层的设计策略’’’其调温作用的空间围绕作为住宅的内核布置住宅有独立的维护结构"处于玻璃覆盖的斜面钢架之下"$(角的斜面上装配有当时最新的主动太阳能设备’’’包括’)*"的光电板和真空管太阳热水器#个$))的水箱安置于屋顶阁楼外观上看"大面积的玻璃轻质透明"与太阳能设备毫无冲突"体现了一种特定时代的技术美图!慕尼黑联合体住宅关于推广问题众所周知的是我国太阳能建筑的应用普及率极低"当发达国家已经朝向百万光伏屋顶!千万光伏屋顶迈进的时候"我们还处在试验!示范阶段目前影响太阳能在建筑上的应用的主要障碍在于$建筑界!大众认识上的片面性(太阳能产品生产技术!与建筑物结合的建造技术都具有相当的局限性(行业独立性造成了各学科合作的紧密程度不足"相互间缺乏了解"太阳能设备多为后置附属物"造成了一定程度的城市视觉污染(部分太阳能产品造价过高"有些需要特殊的建筑构造措施"初始投资过高(对于太阳能建筑节能的监测尚未形成有效的图"伊甸园图#英国国会大厦图!加藤义夫设计的医生住宅!"!""#年第$期!"#!"#$’()水阀!自动排气阀!止回阀!安全阀等控制元件"阀门性能应符合相关产品标准的要求"并预留检修空间#!$确定系统的计量方式局部太阳热水供应系统以户为单位"不需计量集中太阳热水供应系统宜采用热量表计量#!"!管道系统设置及选型"$管道系统设置原则"$重点考虑管材的耐久性!防垢性"应有补偿管道热胀冷缩的措施#$集热器阵列的集热管配置应采用同程布置$$集中式热水供应系统应设置热水回水管道"同程布置’#$管材选用原则系统的配管有金属管!塑料管!橡胶管只是集热配管$等"应了解各种管材的特性"并结合太阳热水系统的特点合理选用’注意避免因阳光直射和热引起伸缩!膨胀等变形及防止管材老化"也不要引起异种金属腐蚀电蚀$等’#$绘制配管及管井详图!"#经济技术分析工程应用中采用太阳能作为热源供应生活热水是一项新技术"系统设置根据太阳能保证率!投资回收年限!辅助热源的种类和比例!集热器类型!系统的贮热水容积等因素的组合有不同的性价比"缺乏成熟的技术经济评价方法’由于增加太阳能集热设备"系统的初投资较高但可降低组合能源的消耗"节约运行费用"经济效益高同时节能!环保"社会效益高’所以"工程选用时应首选太阳能与其他能源辅助能源$组合供生活热水"并从下列方面作经济技术分析与评价’$各种集热器性价比"运行方式及传热类型的性价比’$系统的热性能评价分析定期进行检测"掌握太阳热利用状况’检测内容主要包括(外界气象条件!室内热环境条件!系统供热量!太阳热利用量!辅助热源热量’计算系统的集热效率!太阳能保证率’$$综合性能评价分析$比较系统实际的集热效率!太阳能保证率与预期值的差别"当大于或接近预期值时"系统设计合理’$常规能源的热水系统比较"确定系统的节能量及节约的常规能源费用’$$水供应稳定性评价’包括(卫生的水质!适宜的水温!稳定的水压!充足的水量’作者单位(国家住宅与居住环境工程技术研究中心评估体系)政策上虽然出台了一些鼓励性的指导法规"但尚无有效的强制措施’为使太阳能产品尽早步入建筑行业"首先要研究不同地域!经济状况!建筑形式下太阳能产品与建筑外观相协调的总体方案"设计出与建筑不同结构构件相适应的太阳能产品’同时"要重视太阳能产品的标准化!系列化以及施工安装的规范化"加强与建筑设计各部门的密切合作"建立相应太阳能建筑设计标准图册和太阳能建筑设计技术规范"使太阳能产品真正成为建筑的配套设备"以期尽早为建筑师所采纳"使建筑设计!产品开发和建筑施工都进入规范化的轨道’要真正实现太阳能与建筑的有机结合"特别是要形成太阳能与建筑结合的产业化"还有一系列技术!观念!认识!政策等问题亟待科研单位!生产企业和政府部门共同解决’建筑师如何将节能的设计理念贯穿和融入建筑作品之中"是需要重点解决的问题’因此"要加强这方面的引导和培训在高等院校对建筑系的学生要开设这方面的课程在注册建筑师的继续教育中增加这方面的内容等"以培养建筑师的意识和能力’同时要加强科研攻关"增强产品的适应性和通用性以及多层次性"并做到与电能或其它热源相结合"实现自动化!智能化运行"提高太阳能产品的技术水平和适应性"为终端用户提供多种技术选择的可能’政府应该制定一些优惠政策"积极扶持太阳能产业"要大力进行太阳能利用产品的推广和普及工作"调动各界应用太阳能产品的积极性’作者单位(哈尔滨工业大学建筑学院!上接第’页"!"

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