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        某高層住宅太陽能生態(tài)設(shè)計

        2016-07-20 06:07:15孫金坤陳長虹
        四川建筑 2016年3期
        關(guān)鍵詞:生態(tài)設(shè)計高層住宅太陽能

        孫金坤, 陳長虹, 莊 紅

        (1.攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院,四川攀枝花 617000;2.攀枝花市工程結(jié)構(gòu)技術(shù)研究中心,四川攀枝花 617000)

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        某高層住宅太陽能生態(tài)設(shè)計

        孫金坤, 陳長虹, 莊紅

        (1.攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院,四川攀枝花 617000;2.攀枝花市工程結(jié)構(gòu)技術(shù)研究中心,四川攀枝花 617000)

        【摘要】結(jié)合工程實例,介紹太陽能生態(tài)設(shè)計在高層住宅上的運用。采用“六米一線、宜居陽光”的設(shè)計理念,通過建筑平面的靈活組織和布局,建筑空間的虛實搭配,太陽能資源的充分利用,暨屋頂太陽能平板集熱器的集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)和建筑單體南立面可移動式太陽能光電板的設(shè)計和利用,將生態(tài)理念引入到了該高層住宅設(shè)計中,實現(xiàn)節(jié)能、舒適、生態(tài)的高層住宅設(shè)計目標(biāo)。

        【關(guān)鍵詞】高層住宅;太陽能;生態(tài)設(shè)計;六米一線;宜居陽光

        隨著城市化的發(fā)展,全球的自然資源和環(huán)境受到極大的威脅,可持續(xù)發(fā)展的理念已深入到建筑設(shè)計中。目前攀枝花城市轉(zhuǎn)型,打造陽光康陽基地。太陽能作為一種清潔的天然能源運用于高層住宅的生態(tài)設(shè)計中必然成為一種發(fā)展趨勢。將太陽能的集熱系統(tǒng)和光電系統(tǒng)運用在高層住宅之中,提供建筑自身部分的能源自給,實現(xiàn)節(jié)能、舒適、生態(tài)的高層住宅設(shè)計目標(biāo),極大提高建筑使用周期的節(jié)能環(huán)保效率。

        1工程概況

        本工程位于四川省攀枝花市區(qū),其南側(cè)為江南二道城市主干道,北側(cè)和東側(cè)為規(guī)劃的城市道路,建筑面積35 039.2m2。項目包括兩棟85.5m高的高層住宅。高層建筑地上28層為住宅,地下1層為車庫和設(shè)備用房。建筑效果圖見圖1,建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見圖2。

        圖1 建筑效果

        圖2 建筑平面布局

        2設(shè)計理念和目標(biāo)

        本項目所在地四川省攀枝花市,氣候干燥、炎熱,冬暖夏熱,年平均氣溫20.3℃,無霜期達(dá)350d,全年日照時間長達(dá)2 737h,年太陽輻照總量為6 300MJ/m2,是四川省年日照時間最長、年平均氣溫最高的地區(qū)。進(jìn)行太陽能建筑一體化,實現(xiàn)生態(tài)建筑,具有非常優(yōu)越的氣候和環(huán)境條件[1]。

        本項目結(jié)合環(huán)境和氣候條件在建筑設(shè)計上以“六米一線、宜居陽光”為設(shè)計理念,通過建筑平面的靈活組織和布局,建筑空間的虛實搭配,入戶花園的引入,后庭院空間的設(shè)置以及太陽能資源的充分利用,暨屋面太陽能平板集熱器的集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)和建筑單體南立面可移動式太陽能光電板的設(shè)計和利用,將生態(tài)理念引入到了該高層住宅設(shè)計之中,使建筑、環(huán)境、人和諧統(tǒng)一,實現(xiàn)節(jié)能、舒適、生態(tài)的住宅設(shè)計目的。

        根據(jù)這一理念,本高層住宅制定了如下可持續(xù)目標(biāo),以實現(xiàn)生態(tài)、舒適、節(jié)能的設(shè)計理念:(1)生態(tài)性。結(jié)合攀枝花的生態(tài)環(huán)境,提升住宅與環(huán)境的生態(tài)潛力;(2)舒適性。保證居住空間有良好的溫度、濕度和照度;(3)節(jié)能設(shè)計。通過利用太陽能與高層住宅平面、立面的有機結(jié)合,實現(xiàn)高層住宅運行過程中的部分能源自給,建筑節(jié)能60%~70%的目標(biāo);(4)低排放。采用清潔能源,實現(xiàn)高層住宅運行過程中二氧化碳等大氣污染物質(zhì)的低排放[2]。

        本項目主要在生態(tài)化規(guī)劃布局、太陽能源利用、節(jié)能建筑等方面實現(xiàn)可持續(xù)低碳綠色建筑目標(biāo),為攀西地區(qū)推行綠色建筑提供技術(shù)參考。

        3平板太陽能熱水集中供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用

        3.1平板太陽能選擇

        平板太陽能集熱板常用材料是銅、鋁合金(防銹鋁)、不銹鋼、鍍鋅板,可結(jié)合建筑特點從產(chǎn)品適應(yīng)度、成本造價等因素具體選擇。吸熱板技術(shù)要求有一定的承壓能力、與水的相容性好、熱工性能優(yōu)良、加工工藝簡單等特性[3]。吸熱板涂層有選擇性和非選擇性兩種,涂層應(yīng)薄而均勻[4]。

        3.2屋面平板太陽能板的運用

        本高層住宅的生態(tài)設(shè)計中運用了屋面平板太陽能集熱板集中供熱系統(tǒng):以6m為一個單元的組合形式,通過兩種坡度(12.5%和8.3%)的變化布局,合理的安排組織平板太陽能集熱板,形成具有凹凸變化、高低差異的屋面建筑形式,極具韻律感,豐富和美化了建筑本身[5],如圖3和圖4所示。

        圖3 屋面平板太陽能集熱器組合形式

        圖4 平板太陽能熱水器供水示意

        3.3平板太陽能熱水器選擇

        平板太陽能熱水器,外觀造型簡潔,與中國傳統(tǒng)建筑的單坡頂有著異曲同工之妙,對于建筑一體化設(shè)計具有很好的結(jié)合和美化作用。

        平板太陽能熱水器里面的翅片將吸收的太陽輻射轉(zhuǎn)換成熱能,使得集熱器換熱管內(nèi)的工質(zhì)的溫度不斷升高,利用熱液密度小,冷液密度大的特點,形成一個向上的動力,因此構(gòu)成一個熱虹吸系統(tǒng)。通過循環(huán)管路,在集熱器與水箱之間形成冷水自上而下,熱水自下而上的自然循環(huán)。如此循環(huán)往復(fù),最終整箱水都被高至一定的溫度[2],從而為高層住宅提供熱水來源。

        3.4平板太陽能熱水器的優(yōu)勢

        (1)特性特別適合建筑一體化的要求。

        (2)具有較高的熱效率。平板太陽能熱水器的效率一般要高于真空管太陽能熱水器效率6%以上。

        (3)具有良好的承壓性能。可承受來自自來水和循環(huán)泵的壓力。作為建筑屋頂能承受風(fēng)荷載和雨荷載等一般自然荷載的沖擊。

        (4)組成大系統(tǒng)時性能穩(wěn)定[6]。

        4太陽能光電系統(tǒng)應(yīng)用

        4.1太陽能電池

        太陽能硅電池是一種具有光電轉(zhuǎn)換作用的器件[5]。太陽能電池的光電板顏色豐富,包括單晶硅電池(MonoCrystalline)黑色、多晶硅電池(PolycrystallingSiliconCells)藍(lán)色、非晶硅電池(AmourphcusSillicon)黑色,膜電池綠色,因此將太陽能電池板運用在建筑立面裝飾上既能充分利用太陽能,又能形成豐富的建筑語言。

        4.2太陽能光電板在立面設(shè)計中的動態(tài)運用

        本項目每兩個6m通高4層的一個太陽能光電板單元在,整個“一線”——建筑南立面一弧面上的設(shè)計,使平面“一弧線”形成平面間斷而又不間斷的光電板組合形式,每個平面單元有6組可移動的光電板加上4個豎向通高的固定光電板立面組合形式組成,配合每層平面上的太陽能軌道帶整個“一線”的弧面,形成了每個區(qū)域的一個個小單元內(nèi)的電路循環(huán)系統(tǒng),每個橫向形成5個小區(qū)域的電路循環(huán)系統(tǒng),這5個分區(qū)又恰好是每戶住戶的后庭院空間,使整個建筑極具空間感和現(xiàn)代感。5小區(qū)域之間通過橫向軌道帶和豎向固定光電板組聯(lián)系起來,最終循環(huán)受控于整個弧面近端的太陽能用房系統(tǒng)。這樣就構(gòu)成了整個南立面弧長71m、高84m的光電板電路立面循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)共有42塊可移動光電板組合單元(弧面2m寬,12m高)和4塊通高固定光電板組合單元(弧面3m寬,84m高),將生態(tài)、舒適、現(xiàn)代的設(shè)計很好的運用在了建筑的設(shè)計中。如圖5~圖7所示。

        圖6 太陽能光電板立面分區(qū)示意

        5結(jié)束語

        本項目以高層住宅的太陽能生態(tài)設(shè)計為目標(biāo),以“六米

        圖7 太陽能光電板立面電路示意

        一線、宜居陽光”為設(shè)計理念,通過建筑平面的靈活組織和布局,建筑空間的虛實搭配,將太陽能光熱資源的充分利用,暨屋面太陽能平板集熱器的集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)和建筑單體南立面可移動式太陽能光電板的設(shè)計和利用,將生態(tài)理念引入到高層住宅設(shè)計之中,使建筑、環(huán)境、人和諧統(tǒng)一,實現(xiàn)節(jié)能、舒適、生態(tài)的住宅設(shè)計目的,創(chuàng)造出宜人的現(xiàn)代化城市居住空間和環(huán)境,做到建筑與環(huán)境和諧共生,為周邊地區(qū)高層住宅太陽能生態(tài)設(shè)計的發(fā)展起到了示范與推動作用。

        參考文獻(xiàn)

        [1]李一平,杜成勛,陳永瓊,等.攀枝花太陽能源評價[J].高原山地氣象研究,2009(1):44-49.

        [2]王林,陳正洪,成馳.太陽能開發(fā)利用氣象保障服務(wù)進(jìn)展綜述[J].太陽能,2015(11):9-13.

        [3]李芬,陳正洪,段善旭,等.太陽能資源開發(fā)利用及氣象服務(wù)研究進(jìn)展[J].太陽能,2014(3):20-25.

        [4]韓世濤,劉玉蘭,劉娟.寧夏太陽能資源評估分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2010,24(8):131-135.

        [5]郝斌,李現(xiàn)輝.太陽能光伏建筑一體化探討[J].建設(shè)科技,2009(20):32-34.

        [6]董葉莉,黃中偉.光伏建筑一體化結(jié)合形式的探討[J].建筑節(jié)能,2013(6):34-36.

        [基金項目]四川省教育廳太陽能技術(shù)集成應(yīng)用實驗室基金項目(項目編號:SZjj2014-023)

        [作者簡介]孫金坤(1975~),男,碩士,副教授。

        【中圖分類號】TU241.91

        【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

        [定稿日期]2016-03-28

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