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規劃與建筑設計中的太陽能利用
發布于:發布時間:2014-11-17 10:49:00     點擊:

規劃與建筑設計中的太陽能利用

 

  商場建筑在社會經濟發展中起著非常重要的作用,隨著國民經濟的快速發展,人民生活水平的提高,我國商業建筑的面積日趨增大,商業建筑的能耗問題日益凸現出來,根據商業建筑的能耗調查統計,設有空調系統的商業建筑每年的能源消耗費用接近150元每平方米,全國各地的商場每年消耗著大量的能源。在全社會都在關注生態和節能的大背景下,商業建筑的節能問題正引起社會各界的關注。商業建筑節能主要技術途徑包括兩個方面:一是節流,即提高供暖、空調系統效率和減少建筑本身所散失的熱能;二是開源,即開發利用新能源。

從上世紀70年代以來,隨著“可持續發展”的觀念逐漸深入,太陽能逐漸受到世界各國的關注。太陽能是太陽內部連續不斷的核聚變反應過程產生的能量,與礦物能源相比太陽能有明顯的優越性。它取之不盡,適用范圍廣,也不產生環境污染,是一種可持續使用的綠色能源。本文章從場地規劃和建筑設計角度對商場的太陽能利用進行探討。

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  一、結合地理環境和氣候特點,在場地規劃階段引入太陽能理念

  任何建筑設計都必須立足于對周圍氣候及地理環境特征的分析和理解之上。我國地域遼闊,各地地理環境、氣候特點各自不同,太陽能資源的分布有明顯的差異。根據氣象部門測量太陽能年輻射量的大小,一般將大陸地區分為四個太陽能輻射資源帶,太陽能建筑設計必須根據當地的不同氣候條件及地理環境做出不同的應對策略。同時太陽能技術的應用也應結合地勢高差、周圍植被生長,環境狀況等自然地理特征,合理確定建筑的布局和形式,為充分利用太陽能創造條件。使商場建筑在平面在布局上應盡可能將長邊做為南北方向。使集熱面處于正南方向±30度以內,并根據當地的氣象條件地理位置做適當調整,使之有更多的朝陽面,便于進行太陽能利用。建筑的平面盡量利用集中式的圓形、扇形、方形等組合的方式進行平面布局,減少建筑的體型系數,減少能量耗散。

  二、商場設計中太陽能技術的集成優化

  1.商場建筑的特點。商場(集貿市場),是指向社會供應生產和生活所需的各類商品的交易場所,主要是室內百貨商場(店)、商業大樓、貿易中心、購物中心、商城及大型集貿批發市場。商場與其他建筑相比有其自己的特點:商場的功能性質,決定了其位置往往處于城市繁華熱鬧的中心地帶,建筑擁擠、用地緊張,在緊張的用地條件和建筑內部無嚴格日照要求的情況下,商業建筑往往有體量大、空間集中、外表面相對簡潔、內部進深大等特點。同時為滿足消費者的心理,吸引成千上萬的顧客,經營決策者都非常注重形象,因為外觀時尚和通透的特點,外部常常使用大面積的櫥窗和玻璃幕墻,在商場內部則設置上下透空的共享中庭。使購物者有豐富而有情趣的空間感受。充分了解商場的空間和形體特征是下一步確立太陽能利用方案的前提條件。

  2.因地制宜,確定適宜的技術方案。太陽能利用技術方案的確定是商場太陽能利用設計中至關重要的環節,合理適宜的技術方案對降低成本和方便推廣有重要的現實意義。太陽能技術在建筑領域已經開發應用在多個方面,如采暖、熱水、通風、降溫、發電、導光等。太陽能從利用方式上分為主動式、被動式兩類。使用機械裝置收集、蓄存太陽能,并在需要時向房間提供熱能的建筑,被稱為主動式太陽能利用;根據當地氣象條件,在基本不增加機械設備的條件下,通過建筑布局、構造和材料等處理,使建筑本身能夠吸收、蓄存太陽能,從而達到采暖、空調、供給熱水的目的,稱為被動式太陽能利用。

  被動式太陽能利用由于不需要機械外力的驅動,使用成本低、可操作性強而有很大的發展潛力。由于各個商場的自然條件、商場的地理位置、經營特點、經濟條件等各不相同,因而商場太陽能利用技術方案的確定應充分考慮當地的具體條件,調動多種技術手段,選擇不同層次的新技術,加以集成、配套和優化。目前我國大部分地區都堅持被動優先的原則。

  三、太陽能技術與商場建筑的一體化設計

  太陽能與建筑的結合不是簡單地在建筑完成之后再將太陽能系統強加上去,而是把太陽能系統作為商場建筑的一個有機組成部分,進行太陽能與建筑的一體化設計,在建筑設計中統一規劃,同時設計,同時施工,同時投入使用。在建筑的規劃布局,空間形式、材料構造、建筑美學等方面使太陽能與建筑取得協調。

  1.太陽能商場的一體化方案探討

  (1)商場的被動太陽能技術利用。被動式太陽能利用是通過建筑朝向和周圍環境的合理布置,建筑內部空間和外部形體的巧妙處理,以及建筑材料和結構、構造的恰當選擇,使房屋在冬季能集取、保持、儲存、分布太陽熱能,從而解決建筑物的采暖問題,同時在夏季也能遮蔽太陽輻射,散逸室內熱量,從而使建筑物降溫。其設計原則是南向立面有大面積的玻璃透光集熱面,房屋圍護結構有極好的保溫性能。商場可以充分利用商場外立面上大面積展示櫥窗和玻璃幕的特點,在商場建筑向陽的外墻上設太陽房或太陽墻,基本原理是主體結構墻外通過玻璃或板材形成外層空氣層,在太陽照射下,空氣層內空氣被加熱,熱空氣上升形成氣流通過墻體上部的孔道進入室內,使室內溫度上升,達到室內采暖的目的。同時室外的空氣由空氣層下部孔道補充進來,使室外空氣進入室內達到通風換氣。夏季的時候,空氣層上部通向室外的孔道打開,加熱的空氣上升形成氣流由上部排除,氣流帶走墻體上的積熱,并且由于風壓作用商場內的熱空氣由墻上的孔道排出,使商場內溫度降低。冬季寒冷時,在結構允許的前提下盡量擴大南向采光玻璃的面積,以便經可能多的采集日光,同時在滿足采光和通風的條件下盡可能縮小北向窗戶的開口,增加保溫性,避免熱量散失。夏季炎熱時,可采用主動制冷,降低商場內溫度,避免室內外空氣的大量流通,空氣層內通向商場內的風道可以完全封閉。同時通過遮陽手段避免陽光熱能進入室內。商場內的豎向中庭可以與太陽能利用和被動通風結合在一起形成拔風井。為了利于拔風,豎井空間的形體空間比應超過1∶3.頂部應設通風窗或通風塔。商場面積大、人流量多,必要時可采用局部機械通風。

  (2)光伏技術利用。光伏技術就是通過陽光照射光伏板(太陽能電池板)發電,將光能轉化成電能的技術。目前商場的光伏應用主要集中在光伏屋頂和光伏墻兩個方面,光伏墻是將電池與建筑材料相結合,構成一種可以發電的建筑外墻貼面,既具有裝飾作用,有可為建筑提供電能,光伏電池還可以與各種玻璃組成特殊的玻璃幕墻,建筑既有玻璃幕墻的材料質感又具有發電功能。光伏屋頂是將光伏電池作為光伏瓦與商場建筑的結構層、保溫層、防水層一起構成建筑的屋面。實現建筑構件與太陽能構件的一體化。商場由于地處鬧市區,周邊用地擁擠,與其他建筑間距小,在墻面日照有限的情況下,發展光伏屋頂,更具有實際操作意義。

  (3)太陽能熱水技術利用。太陽能的熱水技術利用已經有幾十年的發展歷史,技術上相當成熟,是太陽能技術中應用最廣泛的的一種。熱水技術在商場中主要應用在后勤服務部分。太陽能熱水技術對集熱器的安裝角度朝向有一定的要求,需要考慮集熱器與建筑的整體結合以及集熱器對建筑外觀的影響。

  2.商場與太陽能設備的美學結合。

  設計中太陽能設備構件作為建筑的一部分與其他建筑構件共同形成建筑的整體造型,因此太陽能構件與建筑構件應同時規劃、同時設計、同時施工。在初始設計時充分考慮到太陽能系統對建筑外觀的影響,盡量取得太陽能與建筑在功能和美學上的協調。太陽能系統有嚴格的技術要求,比如采集器的面積、朝向角度、儲存箱的位置、管線的布置和保溫等等,這就使建筑在外形設計上受到很大制約,增加了設計難度。從一些試點項目上可以看到,幾乎都是采用樓頂部直接排列采集器的形式,單一而刻板,缺乏變化。這種片面強調技術而不顧建筑作為文化和美學載體的復雜性,在建筑外觀設計完成之后再把太陽能系統強加上去的做法,雖然起到了節能的作用但卻破壞了建筑與太陽能的一體化,影響到建筑的空間美學形態。

  3.太陽能與建筑構造一體化。

  太陽能系統作為建筑的一個子系統,與建筑同時進行構造設計。設計良好的太陽能系統應該是建筑的一個有機組成部分,二者之間有機結合,甚至合二為一。例如,在有的設計中,屋面板既是建筑的坡屋頂又是太陽能系統的采集器板。要達到使太陽能部件與建筑構件之間的協調,必須對太陽能技術及其產品有相應的認識。一般太陽能系統其構件包括:采集器、儲存器、管道系統、分配控制器等部件,建筑作為這些系統部件的載體,在結構和構造上應做出相應的設計方案。

  節約能源和環境保護的大背景下,推廣太陽能和商業建筑的結合對商場建筑發展前景探討有著十分重要的意義。太陽能技術經過幾十年的發展應用已經是一種比較成熟的技術,但是目前我國在太陽能與商場建筑的結合上卻缺乏值得推廣的經驗和實例。我們在進行商場太陽能利用設計時要全面考慮商場的規模、環境、使用功能、經濟性等因素,確定合理的太陽能應用方案,選擇合適的太陽能設備或合作廠家,以便降低太陽能用于建筑功能的一次投資和運行成本,使得整個方案在商業化的意義下具有可操作性。同時,太陽能與商業建筑一體化設計是多科學,多層面參與和合作的綜合性事業,需要太陽能設備生產廠家、建筑設計院、地方政府、開發商、商業管理等多個部門共同協作,才能實現真正意義的太陽能商場。

 

 

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