談高層公共建筑設(shè)計(jì)太陽(yáng)能應(yīng)用

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【摘要】隨著科技的進(jìn)步，太陽(yáng)能的利用逐漸得到重視，特別是要求將中國(guó)建設(shè)成為和諧美麗的現(xiàn)代化國(guó)家后，太陽(yáng)能被評(píng)價(jià)為極好的綠色能源應(yīng)用，將太陽(yáng)能設(shè)備安裝在能夠充分吸收陽(yáng)光的高層建筑上，具有節(jié)約能源、綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，符合國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，并且在高層建筑中使用太陽(yáng)能能夠彌補(bǔ)高層建筑能耗大的缺點(diǎn)，為高層公共建筑提供大量的太陽(yáng)能，這些能量被用于建筑內(nèi)電、熱等能量所需。本文結(jié)合高層建筑的特點(diǎn)，探討在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)對(duì)太陽(yáng)能的利用，做到最大化將太陽(yáng)能應(yīng)用在建筑內(nèi)能量的提供，目標(biāo)為將太陽(yáng)能應(yīng)用在辦公生活用水的加熱，太陽(yáng)能制冷、制熱、發(fā)電。所以在高層公共建筑中設(shè)計(jì)使用太陽(yáng)能對(duì)減少能耗，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境意義重大。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能；辦公建筑；設(shè)計(jì)

引言

隨著人口數(shù)量的不斷增加，越來(lái)越多的人流向城市，并且“十四五”將振興鄉(xiāng)村定為重要工作，這勢(shì)必會(huì)對(duì)高層公共建筑起到推動(dòng)作用。但是高層建筑的高能耗又與建設(shè)美麗中國(guó)的戰(zhàn)略有所沖突，所以這一矛盾推動(dòng)了太陽(yáng)能技術(shù)的進(jìn)步，太陽(yáng)能技術(shù)在城市高層公共建筑快速發(fā)展的同時(shí)，避免了綠色環(huán)保行動(dòng)按下暫停鍵。太陽(yáng)能作為一種新能源用在高層公共建筑，但是在其應(yīng)用的過(guò)程中由于后期的維護(hù)不滿足條件，導(dǎo)致太陽(yáng)能的使用效率有所損失，所以在進(jìn)行高層公共建筑設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行太陽(yáng)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別注重太陽(yáng)能的生態(tài)設(shè)計(jì)，例如高層建筑的形態(tài)、間距、太陽(yáng)能的擺放角度、擺放間距等。太陽(yáng)能的存在和使用，同高層建筑在地球上獲得太陽(yáng)能所需的時(shí)間是一致的。

1高層公共建筑的能耗特點(diǎn)及節(jié)能現(xiàn)狀

1.1節(jié)能設(shè)計(jì)挖潛不足

高層公共建筑其自身的特點(diǎn)就為能源的高效利用設(shè)置了障礙，例如其體量大，不利于通風(fēng)，為空調(diào)系統(tǒng)加大了負(fù)荷，人員流動(dòng)范圍程度大，部分人員又工作集中使得公共空間寬廣，不利于能量的保存，同樣加大了能量的利用負(fù)擔(dān)，使能量急速流失，造成浪費(fèi)。因此在高層公共建筑樓中應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)潛力巨大，隨著太陽(yáng)能技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越成為能量高效收集利用的必備技術(shù)，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)科學(xué)合理的太陽(yáng)能設(shè)計(jì)，可為高層公共建筑能量利用帶來(lái)很大效益。但是目前存在應(yīng)用案例不足，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)缺乏，致使節(jié)能設(shè)計(jì)仍有很大的挖掘需要。

1.2建筑設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)能策略重視不足

當(dāng)下，很大一部分的建筑由于設(shè)計(jì)上“先進(jìn)的不足”，部分設(shè)計(jì)人員在能源設(shè)計(jì)，特別是太陽(yáng)能利用設(shè)計(jì)上重視不足，導(dǎo)致高層公共建筑能量消耗不合理，仍表現(xiàn)為高消耗、低利用效率。后期通過(guò)二次施工，或者改造建筑的方式進(jìn)行能源的利用設(shè)計(jì)，這樣不僅加大了企業(yè)的成本投入，還提高了削弱了能源的效率，所以應(yīng)在設(shè)計(jì)之初就將太陽(yáng)能的部分進(jìn)行規(guī)劃，為建筑提供良好的能源利用基礎(chǔ)，提高工作效率，降低投入成本，加大能源利用。

1.3建筑設(shè)計(jì)層面節(jié)能沒(méi)有得到重視

設(shè)計(jì)師在進(jìn)行能量利用規(guī)劃時(shí)通常將注意力放在照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，空調(diào)路線設(shè)計(jì)上，在這些方面確實(shí)將能量的利用效率提高了，并且實(shí)現(xiàn)了部分節(jié)能的效果，但是設(shè)計(jì)師很少將能量來(lái)源的相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)劃，沒(méi)有對(duì)設(shè)備的方面進(jìn)行考慮，仍然存在效率不高的情況。

1.4過(guò)于強(qiáng)調(diào)節(jié)能評(píng)估結(jié)果

建筑節(jié)能往往注重節(jié)能評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果是判斷建筑節(jié)能優(yōu)劣的唯一標(biāo)準(zhǔn)，在這種模式下，也存在“重成果輕現(xiàn)實(shí)”的現(xiàn)象。節(jié)能評(píng)價(jià)虛假的現(xiàn)象，主要是由于過(guò)于關(guān)注國(guó)家關(guān)于建筑節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致在進(jìn)行節(jié)能評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)于不達(dá)標(biāo)的部分進(jìn)行數(shù)據(jù)修改。通過(guò)所謂的“靜態(tài)”和“動(dòng)態(tài)”評(píng)價(jià)，任何高層建筑的設(shè)計(jì)都可以通過(guò)節(jié)能評(píng)價(jià)的要求，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果中存在許多虛假成分，這與建筑節(jié)能工作的最根本目的是背道而馳的。

2高層公共建筑設(shè)計(jì)中太陽(yáng)能的應(yīng)用

2.1建筑總平面設(shè)計(jì)中的太陽(yáng)能應(yīng)用

在總體規(guī)劃設(shè)計(jì)中，將設(shè)計(jì)和周圍的環(huán)境進(jìn)行整體分析，例如在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮影響太陽(yáng)能采光的因素，要求設(shè)計(jì)師應(yīng)充分考慮太陽(yáng)射線的角度，前后建筑的影響以及太陽(yáng)能的高度，擺放位置、角度等，在對(duì)太陽(yáng)能所在的整個(gè)生態(tài)中考慮充分利用自然條件進(jìn)行太陽(yáng)能的收集。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮所在建筑的朝向等因素。設(shè)計(jì)安裝太陽(yáng)能時(shí)有以下幾點(diǎn)需要注意，首先，太陽(yáng)能裝置應(yīng)朝向南方，有合適的間距避免遮擋，擺放角度應(yīng)與太陽(yáng)輻射垂直，最大化應(yīng)用太陽(yáng)能。合理的場(chǎng)地設(shè)計(jì)不僅為人們提供了適宜的居住環(huán)境，并且極大化利用了自然能量。太陽(yáng)能節(jié)能設(shè)計(jì)和應(yīng)用如圖1所示。

2.2建筑采光設(shè)計(jì)

通過(guò)在傳統(tǒng)窗上增加高窗，在高窗和低窗之間設(shè)置反射板，這一設(shè)計(jì)可以最大化增加陽(yáng)光的收集與利用。通過(guò)觀察分析，此方法可以增加陽(yáng)光時(shí)長(zhǎng)1.5h，但是也不能只追求最大化接觸陽(yáng)光，并不注意太陽(yáng)能設(shè)備的保護(hù)，所以在安置太陽(yáng)能時(shí)必要設(shè)置遮陽(yáng)板，進(jìn)行保護(hù)設(shè)備。圖2為建筑照明概念圖。2.3太陽(yáng)能空調(diào)的應(yīng)用在高層公共建筑中空調(diào)的能耗量非常大，通過(guò)太陽(yáng)能的使用可以減緩資源消耗?？照{(diào)有兩種工作模式：制冷和制熱。在太陽(yáng)能制冷中使用的技術(shù)是吸收式制冷，通過(guò)化學(xué)藥劑的吸收制冷或者通過(guò)化學(xué)劑的蒸發(fā)作用進(jìn)行制冷制熱工作機(jī)制，是通過(guò)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)對(duì)空氣或者水進(jìn)行制熱散發(fā)熱量達(dá)到制熱的目的。

2.4太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體進(jìn)行化學(xué)作用，產(chǎn)生電荷的移動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生電流。產(chǎn)生電能后最重要的技術(shù)是如何進(jìn)行電能的儲(chǔ)存，即太陽(yáng)能電池，通過(guò)將一組太陽(yáng)能電池板建成整塊模塊，通過(guò)廣電轉(zhuǎn)化裝置進(jìn)行儲(chǔ)能，圖3顯示了高層建筑樓的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。

3太陽(yáng)能與高層建筑一體化的發(fā)展方向

如今，建筑物的室溫調(diào)節(jié)使得高層建筑消耗了大量的能源。在中國(guó)，它占建筑總能耗的70%左右。使用空調(diào)和煤來(lái)控制房間的溫度不僅會(huì)消耗能源，還會(huì)給外界帶來(lái)環(huán)境污染，無(wú)法給室內(nèi)人員帶來(lái)健康的環(huán)境條件。在太陽(yáng)能供暖方面，除了造價(jià)高的被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅外，還有部分示范建筑，但應(yīng)用并不廣泛。由于成本高，太陽(yáng)能的供應(yīng)與中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展相距甚遠(yuǎn)。因此，結(jié)合能源獨(dú)立的想法和被動(dòng)能源建設(shè)與太陽(yáng)能和傳統(tǒng)能源的想法，根據(jù)房間的功能，通過(guò)不同方案的合作和交叉，可以大大減少太陽(yáng)能的投資成本和操作，當(dāng)太陽(yáng)能應(yīng)用于建筑功能，降低成本可以使整個(gè)解決方案具有商業(yè)意義。高層建筑的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮太陽(yáng)能供電設(shè)備對(duì)氣象條件和輻射條件的依賴性，這就要求我們準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑物的能源負(fù)荷，只有這樣，才能成為設(shè)備投資和節(jié)能的最佳選擇。目前，太陽(yáng)能在建筑節(jié)能中的應(yīng)用和發(fā)展必須有一定的適應(yīng)策略。主要包括：①綜合利用成熟的被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)和現(xiàn)代太陽(yáng)能光伏太陽(yáng)能熱技術(shù)；②保溫維修結(jié)構(gòu)技術(shù)與自然通風(fēng)照明技術(shù)有機(jī)結(jié)合；③傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代技術(shù)、概念的融合；④初始投資與生命周期投資的平衡；⑤將生態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)理念融入傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)，綜合考慮區(qū)域氣候特征、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、氣候變化等因素。這五個(gè)方面的綜合應(yīng)用是我國(guó)發(fā)展環(huán)保節(jié)能建筑產(chǎn)品應(yīng)考慮的指向標(biāo)。

4結(jié)語(yǔ)

隨著科技的進(jìn)步，人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐漸提升，越來(lái)越重視自然資源的利用，在太陽(yáng)能資源方面應(yīng)用范圍不斷拓寬，現(xiàn)在已經(jīng)形成了太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能制冷制熱技術(shù)等，高層建筑由于其建筑特點(diǎn)需要對(duì)太陽(yáng)能的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，充分利用。在高層建筑設(shè)計(jì)利用太陽(yáng)能的發(fā)展前景良好，能夠成為推動(dòng)建設(shè)美麗中國(guó)的有力舉措。

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作者：劉建軍 單位：合肥工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限公司