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太阳能技术在商场规划与建筑设计中的应用
太阳能产业资讯网 2018-06-25 14:42:40 分享至:
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[摘要]太阳能利用技术方案的确定是商场太阳能利用设计中至关重要的环节,合理适宜的技术方案对降低成本和方便推广有重要的现实意义。太阳能技术在建筑领域已经开发应用在多个方面,如采暖、热水、通风、降温、发电、导光等。太阳能从利用方式上分为主动式、被动式两类。使用机械装置收集、蓄存太阳能,并在需要时向房间提供热能的建筑,被称为主动式太阳能利用;根据当地气象条件,在基本不增加机械设备的条件下,通过建筑布局、构造和材料等处理,使建筑本身能够吸收、蓄存太阳能,从而达到采暖、空调、供给热水的目的,称为被动式太阳能利用。

商场建筑在社会经济发展中起着非常重要的作用,随着国民经济的快速发展,人民生活水平的提高,我国商业建筑的面积日趋增大,商业建筑的能耗问题日益凸现出来,根据商业建筑的能耗调查统计,设有空调系统的商业建筑每年的能源消耗费用接近150元每平方米,全国各地的商场每年消耗着大量的能源。在全社会都在关注生态和节能的大背景下,商业建筑的节能问题正引起社会各界的关注。商业建筑节能主要技术途径包括两个方面:一是节流,即提高供暖、空调系统效率和减少建筑本身所散失的热能;二是开源,即开发利用新能源。

从上世纪70年代以来,随着“可持续发展”的观念逐渐深入,太阳能逐渐受到世界各国的关注。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量,与矿物能源相比太阳能有明显的优越性。它取之不尽,适用范围广,也不产生环境污染,是一种可持续使用的绿色能源。本文章从场地规划和建筑设计角度对商场的太阳能利用进行探讨。

一、结合地理环境和气候特点,在场地规划阶段引入太阳能理念


任何建筑设计都必须立足于对周围气候及地理环境特征的分析和理解之上。我国地域辽阔,各地地理环境、气候特点各自不同,太阳能资源的分布有明显的差异。根据气象部门测量太阳能年辐射量的大小,一般将大陆地区分为四个太阳能辐射资源带,太阳能建筑设计必须根据当地的不同气候条件及地理环境做出不同的应对策略。同时太阳能技术的应用也应结合地势高差、周围植被生长,环境状况等自然地理特征,合理确定建筑的布局和形式,为充分利用太阳能创造条件。使商场建筑在平面在布局上应尽可能将长边做为南北方向。使集热面处于正南方向±30度以内,并根据当地的气象条件地理位置做适当调整,使之有更多的朝阳面,便于进行太阳能利用。建筑的平面尽量利用集中式的圆形、扇形、方形等组合的方式进行平面布局,减少建筑的体型系数,减少能量耗散。

二、商场设计中太阳能技术的集成优化


1.商场建筑的特点。商场(集贸市场),是指向社会供应生产和生活所需的各类商品的交易场所,主要是室内百货商场(店)、商业大楼、贸易中心、购物中心、商城及大型集贸批发市场。商场与其他建筑相比有其自己的特点:商场的功能性质,决定了其位置往往处于城市繁华热闹的中心地带,建筑拥挤、用地紧张,在紧张的用地条件和建筑内部无严格日照要求的情况下,商业建筑往往有体量大、空间集中、外表面相对简洁、内部进深大等特点。同时为满足消费者的心理,吸引成千上万的顾客,经营决策者都非常注重形象,因为外观时尚和通透的特点,外部常常使用大面积的橱窗和玻璃幕墙,在商场内部则设置上下透空的共享中庭。使购物者有丰富而有情趣的空间感受。充分了解商场的空间和形体特征是下一步确立太阳能利用方案的前提条件。

2.因地制宜,确定适宜的技术方案。太阳能利用技术方案的确定是商场太阳能利用设计中至关重要的环节,合理适宜的技术方案对降低成本和方便推广有重要的现实意义。太阳能技术在建筑领域已经开发应用在多个方面,如采暖、热水、通风、降温、发电、导光等。太阳能从利用方式上分为主动式、被动式两类。使用机械装置收集、蓄存太阳能,并在需要时向房间提供热能的建筑,被称为主动式太阳能利用;根据当地气象条件,在基本不增加机械设备的条件下,通过建筑布局、构造和材料等处理,使建筑本身能够吸收、蓄存太阳能,从而达到采暖、空调、供给热水的目的,称为被动式太阳能利用。

被动式太阳能利用由于不需要机械外力的驱动,使用成本低、可操作性强而有很大的发展潜力。由于各个商场的自然条件、商场的地理位置、经营特点、经济条件等各不相同,因而商场太阳能利用技术方案的确定应充分考虑当地的具体条件,调动多种技术手段,选择不同层次的新技术,加以集成、配套和优化。目前我国大部分地区都坚持被动优先的原则。

三、太阳能技术与商场建筑的一体化设计


太阳能与建筑的结合不是简单地在建筑完成之后再将太阳能系统强加上去,而是把太阳能系统作为商场建筑的一个有机组成部分,进行太阳能与建筑的一体化设计,在建筑设计中统一规划,同时设计,同时施工,同时投入使用。在建筑的规划布局,空间形式、材料构造、建筑美学等方面使太阳能与建筑取得协调。

1.太阳能商场的一体化方案探讨

(1)商场的被动太阳能技术利用。被动式太阳能利用是通过建筑朝向和周围环境的合理布置,建筑内部空间和外部形体的巧妙处理,以及建筑材料和结构、构造的恰当选择,使房屋在冬季能集取、保持、储存、分布太阳热能,从而解决建筑物的采暖问题,同时在夏季也能遮蔽太阳辐射,散逸室内热量,从而使建筑物降温。其设计原则是南向立面有大面积的玻璃透光集热面,房屋围护结构有极好的保温性能。商场可以充分利用商场外立面上大面积展示橱窗和玻璃幕的特点,在商场建筑向阳的外墙上设太阳房或太阳墙,基本原理是主体结构墙外通过玻璃或板材形成外层空气层,在太阳照射下,空气层内空气被加热,热空气上升形成气流通过墙体上部的孔道进入室内,使室内温度上升,达到室内采暖的目的。同时室外的空气由空气层下部孔道补充进来,使室外空气进入室内达到通风换气。夏季的时候,空气层上部通向室外的孔道打开,加热的空气上升形成气流由上部排除,气流带走墙体上的积热,并且由于风压作用商场内的热空气由墙上的孔道排出,使商场内温度降低。冬季寒冷时,在结构允许的前提下尽量扩大南向采光玻璃的面积,以便经可能多的采集日光,同时在满足采光和通风的条件下尽可能缩小北向窗户的开口,增加保温性,避免热量散失。夏季炎热时,可采用主动制冷,降低商场内温度,避免室内外空气的大量流通,空气层内通向商场内的风道可以完全封闭。同时通过遮阳手段避免阳光热能进入室内。商场内的竖向中庭可以与太阳能利用和被动通风结合在一起形成拔风井。为了利于拔风,竖井空间的形体空间比应超过1∶3。顶部应设通风窗或通风塔。商场面积大、人流量多,必要时可采用局部机械通风。

(2)光伏技术利用。光伏技术就是通过阳光照射光伏板(太阳能电池板)发电,将光能转化成电能的技术。目前商场的光伏应用主要集中在光伏屋顶和光伏墙两个方面,光伏墙是将电池与建筑材料相结合,构成一种可以发电的建筑外墙贴面,既具有装饰作用,有可为建筑提供电能,光伏电池还可以与各种玻璃组成特殊的玻璃幕墙,建筑既有玻璃幕墙的材料质感又具有发电功能。光伏屋顶是将光伏电池作为光伏瓦与商场建筑的结构层、保温层、防水层一起构成建筑的屋面。实现建筑构件与太阳能构件的一体化。商场由于地处闹市区,周边用地拥挤,与其他建筑间距小,在墙面日照有限的情况下,发展光伏屋顶,更具有实际操作意义。

(3)太阳能热水技术利用。太阳能的热水技术利用已经有几十年的发展历史,技术上相当成熟,是太阳能技术中应用最广泛的的一种。热水技术在商场中主要应用在后勤服务部分。太阳能热水技术对集热器的安装角度朝向有一定的要求,需要考虑集热器与建筑的整体结合以及集热器对建筑外观的影响。

2.商场与太阳能设备的美学结合

设计中太阳能设备构件作为建筑的一部分与其他建筑构件共同形成建筑的整体造型,因此太阳能构件与建筑构件应同时规划、同时设计、同时施工。在初始设计时充分考虑到太阳能系统对建筑外观的影响,尽量取得太阳能与建筑在功能和美学上的协调。太阳能系统有严格的技术要求,比如采集器的面积、朝向角度、储存箱的位置、管线的布置和保温等等,这就使建筑在外形设计上受到很大制约,增加了设计难度。从一些试点项目上可以看到,几乎都是采用楼顶部直接排列采集器的形式,单一而刻板,缺乏变化。这种片面强调技术而不顾建筑作为文化和美学载体的复杂性,在建筑外观设计完成之后再把太阳能系统强加上去的做法,虽然起到了节能的作用但却破坏了建筑与太阳能的一体化,影响到建筑的空间美学形态。

3.太阳能与建筑构造一体化

太阳能系统作为建筑的一个子系统,与建筑同时进行构造设计。设计良好的太阳能系统应该是建筑的一个有机组成部分,二者之间有机结合,甚至合二为一。例如,在有的设计中,屋面板既是建筑的坡屋顶又是太阳能系统的采集器板。要达到使太阳能部件与建筑构件之间的协调,必须对太阳能技术及其产品有相应的认识。一般太阳能系统其构件包括:采集器、储存器、管道系统、分配控制器等部件,建筑作为这些系统部件的载体,在结构和构造上应做出相应的设计方案。

节约能源和环境保护的大背景下,推广太阳能和商业建筑的结合对商场建筑发展前景探讨有着十分重要的意义。太阳能技术经过几十年的发展应用已经是一种比较成熟的技术,但是目前我国在太阳能与商场建筑的结合上却缺乏值得推广的经验和实例。我们在进行商场太阳能利用设计时要全面考虑商场的规模、环境、使用功能、经济性等因素,确定合理的太阳能应用方案,选择合适的太阳能设备或合作厂家,以便降低太阳能用于建筑功能的一次投资和运行成本,使得整个方案在商业化的意义下具有可操作性。同时,太阳能与商业建筑一体化设计是多科学,多层面参与和合作的综合性事业,需要太阳能设备生产厂家、建筑设计院、地方政府、开发商、商业管理等多个部门共同协作,才能实现真正意义的太阳能商场。

来源:中国在线节能

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