談高層公共建筑設(shè)計太陽能應(yīng)用

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【摘要】隨著科技的進步，太陽能的利用逐漸得到重視，特別是要求將中國建設(shè)成為和諧美麗的現(xiàn)代化國家后，太陽能被評價為極好的綠色能源應(yīng)用，將太陽能設(shè)備安裝在能夠充分吸收陽光的高層建筑上，具有節(jié)約能源、綠色環(huán)保的優(yōu)勢，符合國家對環(huán)境保護的要求，并且在高層建筑中使用太陽能能夠彌補高層建筑能耗大的缺點，為高層公共建筑提供大量的太陽能，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，探討在設(shè)計高層建筑時對太陽能的利用，做到最大化將太陽能應(yīng)用在建筑內(nèi)能量的提供，目標為將太陽能應(yīng)用在辦公生活用水的加熱，太陽能制冷、制熱、發(fā)電。所以在高層公共建筑中設(shè)計使用太陽能對減少能耗，節(jié)約資源，保護環(huán)境意義重大。

【關(guān)鍵詞】太陽能；辦公建筑；設(shè)計

引言

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

1高層公共建筑的能耗特點及節(jié)能現(xiàn)狀

1.1節(jié)能設(shè)計挖潛不足

高層公共建筑其自身的特點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，為空調(diào)系統(tǒng)加大了負荷，人員流動范圍程度大，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擔，使能量急速流失，造成浪費。因此在高層公共建筑樓中應(yīng)用太陽能技術(shù)潛力巨大，隨著太陽能技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越成為能量高效收集利用的必備技術(shù)，所以在進行設(shè)計時，通過科學合理的太陽能設(shè)計，可為高層公共建筑能量利用帶來很大效益。但是目前存在應(yīng)用案例不足，設(shè)計經(jīng)驗缺乏，致使節(jié)能設(shè)計仍有很大的挖掘需要。

1.2建筑設(shè)計對節(jié)能策略重視不足

當下，很大一部分的建筑由于設(shè)計上“先進的不足”，部分設(shè)計人員在能源設(shè)計，特別是太陽能利用設(shè)計上重視不足，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。后期通過二次施工，或者改造建筑的方式進行能源的利用設(shè)計，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)計之初就將太陽能的部分進行規(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)計層面節(jié)能沒有得到重視

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

1.4過于強調(diào)節(jié)能評估結(jié)果

建筑節(jié)能往往注重節(jié)能評價，評價結(jié)果是判斷建筑節(jié)能優(yōu)劣的唯一標準，在這種模式下，也存在“重成果輕現(xiàn)實”的現(xiàn)象。節(jié)能評價虛假的現(xiàn)象，主要是由于過于關(guān)注國家關(guān)于建筑節(jié)能的標準，導(dǎo)致在進行節(jié)能評價時，對于不達標的部分進行數(shù)據(jù)修改。通過所謂的“靜態(tài)”和“動態(tài)”評價，任何高層建筑的設(shè)計都可以通過節(jié)能評價的要求，導(dǎo)致評價結(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)計中太陽能的應(yīng)用

2.1建筑總平面設(shè)計中的太陽能應(yīng)用

在總體規(guī)劃設(shè)計中，將設(shè)計和周圍的環(huán)境進行整體分析，例如在進行設(shè)計時應(yīng)考慮影響太陽能采光的因素，要求設(shè)計師應(yīng)充分考慮太陽射線的角度，前后建筑的影響以及太陽能的高度，擺放位置、角度等，在對太陽能所在的整個生態(tài)中考慮充分利用自然條件進行太陽能的收集。在進行設(shè)計時還應(yīng)考慮所在建筑的朝向等因素。設(shè)計安裝太陽能時有以下幾點需要注意，首先，太陽能裝置應(yīng)朝向南方，有合適的間距避免遮擋，擺放角度應(yīng)與太陽輻射垂直，最大化應(yīng)用太陽能。合理的場地設(shè)計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。太陽能節(jié)能設(shè)計和應(yīng)用如圖1所示。

2.2建筑采光設(shè)計

通過在傳統(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)計可以最大化增加陽光的收集與利用。通過觀察分析，此方法可以增加陽光時長1.5h，但是也不能只追求最大化接觸陽光，并不注意太陽能設(shè)備的保護，所以在安置太陽能時必要設(shè)置遮陽板，進行保護設(shè)備。圖2為建筑照明概念圖。2.3太陽能空調(diào)的應(yīng)用在高層公共建筑中空調(diào)的能耗量非常大，通過太陽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。在太陽能制冷中使用的技術(shù)是吸收式制冷，通過化學藥劑的吸收制冷或者通過化學劑的蒸發(fā)作用進行制冷制熱工作機制，是通過太陽能集熱系統(tǒng)對空氣或者水進行制熱散發(fā)熱量達到制熱的目的。

2.4太陽能發(fā)電

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

3太陽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，它占建筑總能耗的70%左右。使用空調(diào)和煤來控制房間的溫度不僅會消耗能源，還會給外界帶來環(huán)境污染，無法給室內(nèi)人員帶來健康的環(huán)境條件。在太陽能供暖方面，除了造價高的被動式太陽能住宅外，還有部分示范建筑，但應(yīng)用并不廣泛。由于成本高，太陽能的供應(yīng)與中國的經(jīng)濟發(fā)展相距甚遠。因此，結(jié)合能源獨立的想法和被動能源建設(shè)與太陽能和傳統(tǒng)能源的想法，根據(jù)房間的功能，通過不同方案的合作和交叉，可以大大減少太陽能的投資成本和操作，當太陽能應(yīng)用于建筑功能，降低成本可以使整個解決方案具有商業(yè)意義。高層建筑的設(shè)計應(yīng)考慮太陽能供電設(shè)備對氣象條件和輻射條件的依賴性，這就要求我們準確預(yù)測建筑物的能源負荷，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式太陽能技術(shù)和現(xiàn)代太陽能光伏太陽能熱技術(shù)；②保溫維修結(jié)構(gòu)技術(shù)與自然通風照明技術(shù)有機結(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)動設(shè)計理念融入傳統(tǒng)建筑設(shè)計，綜合考慮區(qū)域氣候特征、經(jīng)濟發(fā)展、氣候變化等因素。這五個方面的綜合應(yīng)用是我國發(fā)展環(huán)保節(jié)能建筑產(chǎn)品應(yīng)考慮的指向標。

4結(jié)語

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

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作者：劉建軍 單位：合肥工業(yè)大學設(shè)計院（集團）有限公司