浅析建筑表皮与太阳能技术的结合手段

2019-09-29 版权声明 举报文章

浅析建筑表皮与太阳能技术的结合手段

【摘要】本文通过分析当前太阳能技术对于建筑表皮设计的主要影响因素以及建筑表皮的各种形式,对建筑表皮与太阳能设施的结合手段进行了梳理,得出建筑表皮存在不仅仅作为围护与美观,更可作为建筑可持续发展的动力源泉,藉此希望为日后建筑与太阳能相结合提出了新思路。

【关键词】 太阳能表皮光热光电采光遮阳

中图分类号:TK511 文献标识码:A 文章编号:

一、前言

(一)概况

建筑高耗能问题已成为世界通病,全球能源调查报告显示,每年的建筑能耗约占总能耗的30% ~40%。我国情况更为严重,建筑能耗约占社会总能耗的31%,单位建筑能耗是发达国家的3倍。针对建筑能耗过高的问题,欧美国家不断深化与自然和谐共存的可持续发展的概念理念和技术,推广环保节能概念,利用清洁能源--太阳能与建筑结合的设计水平日益成熟。

我国自上世纪80年代起,各种节能政策和管理条例鼓励和督促建筑师转变思路,尝试环保节能建筑的设计,自本世纪以来不同类型竞赛与示范性建筑纷纷亮相,显示我国对太阳能与建筑一体化的重视程度,同时也表明太阳能建筑已逐渐成为当今建筑界的一个重要潮流之一(图1 )。

(二)问题

目前在我国,建筑与太阳能系统的结合仍然普遍存在以下问题:

1、利用形式单一。国内利用太阳能的主要方式是太阳能热水器, 1999年,全世界的太阳能热水器面积达5400万平方米,我国则高达到400万平方米,居全球之首。2008年全球太阳能光伏系统装机总量已累计达15GW,而国内光伏系统的累计装机容量仅为10万千瓦(100MW)。

2、安装使用粗放。太阳能热水器安装缺乏统一规划:规格各异、位置参差不齐、管道布置零乱;施工困难,太阳能装置易破坏屋顶防水层,无预设管道,管线长期暴露;建筑的防水、防雷、防风、承重方面造成安全隐患。

3、设计缺乏考虑。建筑师对于太阳能利用技术与建筑本身相互结合欠缺考虑。建筑外观处于杂乱无章的无序状态,形成视觉污染。

二、建筑表皮与新能源结合

太阳能与建筑一体化是建筑节能的重要途径,也是科技水平的综合运用。它是将太阳能利用技术与先进的建筑节能技术和节能产品等优化组合,调整建筑耗能比例结构、提高太阳能保证率,为建筑提供采暖、制冷和热水,营建低能耗、高舒适性的使用环境。

(一)光电系统与表皮结合

主动式太阳能建筑往往由于建筑师设计与施工方安装不同步不协调而显得相互间格格不入。“一体化设计,统一施工”就是建筑方案设计之初,将光伏电池系统作为美学一部分纳入设计思路中,并做到从技术层面使之可行、可用,从艺术方面可观、可赏(图2 )。

光伏电池的物理特性为隔热保温,防水防潮,可作为玻璃幕墙成为建筑表皮的一部分;当光伏电池位于屋顶与墙壁等护结构时,彩色光模块与造型光模块可以成为屋面或墙体的构成材料,不仅节约外装,同时使建筑外观更具魅力。

(二)光热系统与表皮结合

国家《可再生能源中长期发展规划》要求,将太阳能热利用作为可再生能源发展的重点领域。大幅度提高太阳能供热系统能力,不仅提供热水,还可为家用采暖系统提供热力辅助,将太阳能与建筑的结合推向更深的层次。预计到2020年,太阳能热水器总集热面积将达到3亿平方米,可替代约5000万吨标准煤,总产值会超过3000亿元。

辐射板技术建筑一体化 图3辐射板技术与建筑表皮融为一体

在建筑的墙面和屋顶上安装具有选择性吸收涂层的辐射板,提高建筑护结构的保温隔热性能,利用太阳能、空气源和低温太空源,通过显热储存系统短期调节自然条件对系统性能的影响,建立超低能耗的可再生能源综合利用建筑,既可降低建筑所需能耗,又可减少对大气和环境的污染。辐射板系统可以满足建筑的外观材质与颜色的需要,管道藏于墙内,可替代暖气与空调,做到与建筑表皮融为一体(图3)。

2、结构与构件蓄热

为了贮存热量,把建筑物的围护结构里皮,装以蓄热材料,作成“特隆布墙”,将蓄热体直接设置在南面窗户的后面,当蓄热体吸收太阳辐射,加热后能再通过辐射和对流方式加热房间内部空气。

新型建筑外墙双层中空玻璃可以同时起到太阳热水器的作用,玻璃40%的面积是透明的,余下部分被盘旋状的可以通水的铜管以及银反射管所覆盖,覆盖物位于玻璃内层双层中空玻璃可以吸收太阳能,并把水加热,对于一个大楼来说,仅仅利用外墙玻璃就能把热水问题解决,每年可节省大量的电力和煤气。

(三)采光遮阳与表皮结合

据统计,建筑的空调系统与公共建筑的照明耗费的能源数据相当惊人。国内建筑由于文化传统考虑自然通风与采光,但国外一直以来崇尚机械通风采光。在节能为首的基础上,越来越多建筑师通过不同的采光与遮阳手段展现建筑的魅力。

1、导光系统与表皮结合

通过外部构件的设置,使得外部光线合理的引入内部空间,避免强光,同时也为背光侧引入太阳光。(图4)这样就使整个建筑呈现一种类似于“暖水保温瓶”的现象,在一定程度上实现了建筑物的单向热传导性,降低建筑内热能或冷能的流失,减少建筑的整体能耗。

遮阳系统与窗结合(图5) 图5 遮阳系统 不仅可以调节室内光

线的强度,更可以创造出令人震撼的建筑

表皮效果。

在室外或室内甚至双层体系中增加可调遮光百叶或安装倾斜角度可控的钢制遮阳板。此类建筑的前期投入并不比普通建筑高很多,但在长期运营过程中,却能取得很好的节能效益。

三、结语

国内利用太阳能方兴未艾,在已颁发的《可再生能源法》中明确规定:国家鼓励单位、个人安装和使用太阳能热水系统、供热采暖和制冷系统、光伏发电系统等设施,太阳能成为了最佳的替代性能源。如果太阳能系统中各种色彩和肌理的组件,也可以取代和节约昂贵的外饰材料(如玻璃幕墙等),使建筑物的外观统一协调,增加建筑美感。建筑与太阳能结合一举多得,建筑的表皮同样可以用蕴含的能量巨大的太阳能设施。不同学科对此问题思考的越多,对社会的贡献越大。

【参考文献】

[1]宣晓东.太阳能光伏技术与建筑一体化应用初探[D]..合肥工业大学硕士学位论文,2007.4

[2]艾明星.变相储能材料的研究[D].河北工业大学硕士学位论文,2003.3

[3]张扬.建筑遮阳设计研究[D] .同济大学硕士学位论文,2006.2,

[4]李齐颖.建筑中综合应用太阳能系列研究[D] .中国建筑设计研究院硕士学位论 文,2005.12,

[5]赵玉文.太阳能利用的发展概况和未来趋势[J] .中国电力出版社,2003,(9),

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