李曉嵩

（黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150008）

在我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部“十四五”規(guī)劃中，建筑節(jié)能和綠色建筑革命成為建筑業(yè)發(fā)展的六大目標(biāo)之一，寒地建筑冬季保溫耗能巨大，采暖過程中碳排放量大、對環(huán)境大氣污染較大，傳統(tǒng)保溫技術(shù)措施能效轉(zhuǎn)化率偏低，因此寒地建筑保溫節(jié)能研究已經(jīng)刻不容緩，成為當(dāng)前建筑設(shè)計、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)的前沿領(lǐng)域。

隨著我國經(jīng)濟(jì)地位的提升，目前我國已經(jīng)成為汽車制造與消費的第一大國，截至2021年年底，我國私家車保有量突破2億輛，停車問題日益突顯，高質(zhì)量車庫建設(shè)缺口加大，嚴(yán)寒地區(qū)停車問題尤為突出，冬季戶外停車無論是對車輛本身還是駕駛體驗都會產(chǎn)生較大影響，低碳、低能耗的保溫節(jié)能車庫設(shè)計建設(shè)問題亟待解決。

黑龍江省地屬嚴(yán)寒地區(qū)，目前私家車保有量接近700萬輛，停車存車方式主要有3種：（1）地上集中立體停車場停放；（2）地下車庫停放；（3）地面停放。到了冬季汽車戶外停放由于長時間低溫與霜雪的自然侵害，對車輛使用壽命、使用安全影響較大，因此一到冬季暖庫停車需求倍增。

集中立體保溫停車場由于占地面積大、投資高等問題目前數(shù)量較少；住宅小區(qū)地下車庫車位有限租金較高、商場單位地下暖庫同樣存在費用高取車不便等問題。而戶外停車受氣候影響極大存在問題更多，以哈爾濱為例，冬季最低溫度低于-30℃，冷啟動對汽車傳動系統(tǒng)、變速箱傷害較大，用車需提前預(yù)熱，費時費力；駕駛室溫度過低影響駕駛舒適感；如遇冰雪天氣會對車輛造成物理傷害與車體污染加速車體老化等問題，但大多數(shù)車主出于使用方便與經(jīng)濟(jì)考慮無奈只能被動選擇露天停車。能不能充分利用大量的地上停車這位，通過技術(shù)創(chuàng)新，使其具備保溫車庫的性能，同時又具有靈活環(huán)保節(jié)能的屬性呢？經(jīng)過3年相關(guān)橫向課題的研究，課題組創(chuàng)新研發(fā)了寒地便攜式保溫節(jié)能車庫，很好地解決了上述問題。產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入試生產(chǎn)階段。寒地便攜式保溫節(jié)能車庫包含便攜式車庫結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、被動式寒地節(jié)能車庫輔助系統(tǒng)、共享車庫App系統(tǒng)3部分。

1 便攜式車庫結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

目前，戶外停車為了保護(hù)車輛夏季防曬，冬季保溫多采用柔性車衣防護(hù)，車衣使用便攜靈活能簡單防雨防塵防曬，但在防冰雪、保溫隔熱等方面就遠(yuǎn)不及車棚車庫這類硬性車體防護(hù)的效果。經(jīng)過調(diào)研比對，我們設(shè)計出了可拆卸的半圓形傘棚骨架式車庫。

1.1 可拆卸的半圓形傘棚骨架結(jié)構(gòu)研究

支撐結(jié)構(gòu)采用一種剛?cè)峤Y(jié)合可自由開啟的鋼架結(jié)構(gòu)支撐形式。12架U型可拆卸主骨架由φ6的DN50無縫鍍鋅鋼管分部栓接，通過底架與側(cè)向支撐構(gòu)建起完整地結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)（圖1）。骨架結(jié)構(gòu)結(jié)合寒地建筑荷載計算需求，進(jìn)行了抗壓、抗剪、風(fēng)荷、雪荷等相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計與驗算。

圖1

（1）骨架荷載抗剪力計算：

經(jīng)過結(jié)構(gòu)驗算，主骨架體系在風(fēng)荷載、雪荷載、骨架抗剪、螺栓群抗剪等方面完全符合使用需求，通過蒙皮材料將骨架連接實現(xiàn)庫體的空間閉合。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中段門式骨架固定于地面，兩側(cè)五架主骨架彈相互間簧連接，根部同心栓接于中段門式骨架根部并且通過鏈條式機(jī)械傳動裝置與實現(xiàn)兩側(cè)棚架的自由開合。這樣就解決了車輛從不同方向進(jìn)入車庫存放的需要?？刹鹦?、可分離的結(jié)構(gòu)工藝特點使庫體具備了異地安置組裝簡便靈活的特點，一個人2h左右即可安裝使用。

1.2 蒙皮保溫結(jié)構(gòu)

寒地便攜車庫的開發(fā)得益于寒地被動式建筑近幾年來取得的實踐成果。結(jié)合寒地建筑保溫節(jié)能的實際需求，構(gòu)建不依賴主動能源供給，僅依靠自身耗能，完全通過車庫自身的空間形式、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑材料與構(gòu)造的設(shè)計來實現(xiàn)建筑節(jié)能保溫以及創(chuàng)造車庫內(nèi)部舒適的物理環(huán)境需求。被動式建筑要求建筑氣密性良好、良好的保溫隔熱性、良好的通風(fēng)及可再生能源的利用效率。

在本車庫的設(shè)計研發(fā)中，采用了庫體內(nèi)外雙層蒙皮設(shè)計，完全阻斷熱橋的產(chǎn)生，結(jié)合半環(huán)狀直接落地的結(jié)構(gòu)特征實現(xiàn)了庫體的良好密閉性，N50≤0.6/h。外層材料采用隔熱保溫效果極佳的雙層硅膠阻燃布內(nèi)夾50厚巖棉整體設(shè)計，硅膠布在防火、阻燃、防水、抗凍等方面有著極佳的材料表現(xiàn)，與巖棉復(fù)合后創(chuàng)新出的這種新型柔性保溫材料，氣候耐受溫度在-60～250℃，熱阻值達(dá)到1.25㎡K/W。蒙皮結(jié)構(gòu)的內(nèi)層采用帶有及反射膜的阻燃保溫布（圖2）。蒙皮材料與結(jié)構(gòu)支撐通過若干連接節(jié)點柔性連接，實現(xiàn)了對庫題的密閉包裹，形成了內(nèi)外雙層保溫系統(tǒng)，良好的保溫性能實現(xiàn)了對車體自散熱的有效回收利用，經(jīng)過冬季試室外24h使用實際檢測，當(dāng)室外溫度達(dá)到-18℃時，在沒有任何輔助加熱情況下其內(nèi)部溫度達(dá)到4℃，完全滿足設(shè)計的要求。由于蒙皮結(jié)構(gòu)隔熱效果良好，夏季使用也能很好地解決日曬造成的車內(nèi)溫度過高、車輛內(nèi)飾加速老化的問題。

圖2

2 被動式寒地節(jié)能車庫輔助系統(tǒng)

（1）太陽能供電系統(tǒng)。車庫的輔助電力來源，依賴蒙皮結(jié)構(gòu)上設(shè)置的光伏太陽能板，這種覆蓋在庫身外側(cè)的柔性非晶硅薄膜太陽能板，器件總厚度約100um左右(含封裝層)，功率重量比可達(dá)到500W/kg以上，光伏太陽能板通過DC/AC轉(zhuǎn)換器將電能存儲至蓄電池，蓄電池為加熱器、照明系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)智能系統(tǒng)供電，柔性非晶硅薄膜太陽能技術(shù)，通過太陽能蓄電池實現(xiàn)光能的綠色轉(zhuǎn)換，材料的實驗室效率達(dá)10.8%，實現(xiàn)了清潔能源的高效利用。

（2）尋車照明系統(tǒng)。由庫內(nèi)、庫外LED智能燈具及附屬設(shè)備組合完成，LED燈比傳統(tǒng)照明燈具節(jié)電60%以上，而且壽命長，是綠色光源。庫外照明主要完成尋車功能，及夜間戶外照明任務(wù)。當(dāng)車主利用汽車鑰匙尋車時，庫外燈具聯(lián)動亮起，規(guī)律閃爍完成提示尋車任務(wù)，當(dāng)車主距離車庫在5m距離范圍時貼附在外蒙皮材料上的LED智能感應(yīng)燈亮起完成車庫外圍3m范圍內(nèi)的有效照明任務(wù)；當(dāng)庫體使用開合啟動時，貼附在內(nèi)蒙皮材料上的LED智能感應(yīng)照明燈啟動，滿足汽車庫70Lx的照度要求，實現(xiàn)庫內(nèi)的即時照明需求。

（3）被動式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要包括通風(fēng)換氣、空氣清潔、溫濕度調(diào)控等，在設(shè)計研發(fā)中借鑒被動式建筑物先進(jìn)經(jīng)驗采用零能耗的物理調(diào)控技術(shù)，將設(shè)備集中設(shè)于庫體中部的固定骨架上，雙層蒙皮結(jié)構(gòu)的中空夾層中，這樣做不僅使結(jié)構(gòu)固定更加牢固，也實現(xiàn)了設(shè)備的集成隱蔽需求。在內(nèi)外兩層蒙皮材料適當(dāng)位置錯位開設(shè)可調(diào)控開合的通風(fēng)洞口，利用室內(nèi)外的溫度差來實現(xiàn)庫內(nèi)空氣的物理流通，通過洞口開合面積的調(diào)控控制風(fēng)量，形成高效帶熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛夏季的及時散熱，冬季停車后汽車散熱的熱量回收（圖3）。

圖3

便攜式迷你空氣凈化設(shè)備實現(xiàn)可空氣的清潔與溫濕度的調(diào)控，設(shè)備規(guī)格大小200×200×200mm，重量僅為0.8kg的球型設(shè)計，HEPA濾網(wǎng)對直徑為0.3微米以上顆粒有99.99%的過濾功效，有效祛除揮發(fā)性有機(jī)化合物甲醛、甲苯、硫化氫、氯苯和空氣中的污染物,除臭效率可達(dá)到95%以上。實現(xiàn)了庫體封閉后由于汽車尾氣、汽油揮發(fā)等造成的庫內(nèi)空氣污染，平衡室內(nèi)的溫濕度。被動式空氣調(diào)劑系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場實地測試在輔助加溫（通過庫體內(nèi)表皮金屬隔熱反射底層上敷設(shè)電熱膜）的工作狀態(tài)下，冬季車庫內(nèi)部的溫度比正常溫度提升達(dá)到15℃，當(dāng)室外溫度達(dá)到-30℃時，庫內(nèi)溫度依然可以恒定在0℃以上，滿足了汽車?yán)鋯右约榜{駛員對舒適性的要求。

（4）網(wǎng)絡(luò)智能系統(tǒng)的開發(fā)實現(xiàn)了車庫通過智能電子集成器實現(xiàn)對車庫各分項系統(tǒng)進(jìn)行模塊化管理，包括庫體自動開合、內(nèi)外照明、輔助加熱、空氣調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程遙控等功能的管理模塊，集成器固定于庫體中部豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件之上，通過傳感裝置，根據(jù)設(shè)定參數(shù)自動智能協(xié)調(diào)各分管系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，同時，可以通過手機(jī)APP對集成器進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，實現(xiàn)時時監(jiān)控。

3 共享車庫App系統(tǒng)

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，共享城市已經(jīng)成為今后城市發(fā)展的趨勢，保溫節(jié)能車庫能很好的解決冬季停車場戶外停車的安全、舒適、保溫、防護(hù)要求。其具有施工安裝方便靈活、不增加原有車位面積、冬季保溫性能優(yōu)越、智能環(huán)保等優(yōu)點，非常符合目前的戶外公共收費停車場的改造升級的需要。通過手機(jī)智能App軟件，可實現(xiàn)就近停車、車位預(yù)定、遠(yuǎn)程遙控、實時監(jiān)控、電子付費等全方位的共享使用服務(wù)，為共享城市的發(fā)展提供了新的服務(wù)方向（圖4）。目前，寒地便攜式保溫節(jié)能車庫已進(jìn)入試生產(chǎn)階段，通過使用驗收。各項指標(biāo)達(dá)到或超過了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，技術(shù)研發(fā)成果獲得多項國家專利。項目的成功研發(fā)為我國寒區(qū)冬季戶外停車提供了一個可行的解決方案，為城市共享經(jīng)濟(jì)的發(fā)展拓展了一個新的領(lǐng)域。

圖4