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1、太 阳 能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 9 2012 49 太阳能与建筑 本栏目由深圳市嘉普通太阳能有限公司协办 一 太阳能与建筑一体化示范住宅 图 1 太阳能住宅设计图解 江苏省徐州市新型建筑技术应用中心 何水清 江苏省徐州市墙改办公室 何劲波 江苏省新沂市规划局 毛希元 能辐射 这是 要阳光更要美丽 的创新 玻璃瓦使用5 6mm玻璃 加热后 可弯成需 要的瓦状造型 同时进行钢化处理 普通瓦直接钉 在屋顶的挂瓦条上 而玻璃瓦打孔后固定在离屋 顶木望板10 15cm的轻钢挂瓦条上 在这个空间 安装太阳能真空管或板式太阳能集热器 实现科 技 艺术与经济的结合 图 3 图4
2、 试验发现 玻璃瓦屋顶对于太阳能真空管集 1 两坡顶设计 住宅屋顶设计中 采用氟塑琉璃瓦 该材料 采用UPVG 复合发泡板作基材 表面喷涂耐候氟 碳漆制成 厚3cm 自重4kg m2 色彩鲜艳 使用 寿命达50年 避免了采用沥青瓦时其质感 反光 率与太阳能集热真空管差异过大的问题 琉璃瓦 波峰高60mm 可在每个波型瓦的凹槽内放置一只 47mm 或 58mm 的真空管 外观结合自然 该 住宅采用两坡屋顶 可提供足够的太阳能热水 如 图2 所示 2 玻璃瓦 太阳能建筑的新宠 玻璃瓦虽然不是太阳能核心技术 但却是太 阳能建筑的新宠 一幢300m2的二层别墅 其屋顶 面积可达150m2 30 45
3、的角度最适合接收太阳 图 1 太阳能与建筑一体化示范住宅 图 2 住宅的两坡屋顶设计 图3 别墅屋顶鳞次栉比的视觉效果最能给人以冲击力 太 阳 能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 9 2012 50 太阳能与建筑 热器会有少量的遮挡 但这个空气间层又形成一 个温室 可将太阳能真空管周围工作环境温度提 高5 10 北京初冬季节 总体上不影响集热功 能 安装效果见图5 光透射率和最小的反射系数 可让80 的可见光 进入温室间层被太阳能集热器所吸收 同时又能 将 90 以上的产生温室效应热的长波保留在间 层内 大大提高了太阳能的利用率 起到保温的 作用 根据施工需要 将普通瓦屋顶
4、结构与玻璃瓦 屋顶结构进行比较 结果表明玻璃瓦屋顶结构外 观效果较好 图 6 图 图4 太阳能集热器及窗口破坏屋顶鳞次栉比的艺术效果 图 5 在屋顶瓦上安装太阳能集热器的效果 经济性 玻璃瓦的造价比美国的 欧文斯 科 宁 沥青瓦高30 40 检修方式 在阵列的太阳能集热真空接头处 设一排检修槽 从屋顶下面检修 安全性 玻璃瓦打孔用不锈钢螺丝与轻钢挂 瓦条连接 比水泥还牢固 钢化玻璃可抗击风压和 冰雹 玻璃瓦的透光系数为0 8 但透光系数高并不 意味着热效率降低 玻璃瓦采用低辐射玻璃制作 具有最大的日 二 别墅节能设计示例 北京某别墅太阳能冬季取暖设计中 要求在 无人居住时保持10 12 的值班
5、温度 1 利用大屋顶 设计中将毗邻阳光间的功能移植到别墅的大 屋顶上 为了增大屋顶阳光间的空间 将两坡屋顶 设计为45 南侧屋顶用双层玻璃覆盖 总采光面 积约70m2 考虑到冬冷夏热的季节特征 在双层 玻璃上面设置电动卷帘 图 8 上部 冬季有日照 时 光敏电阻控制继电器 由电机带动蜗轮 蜗杆 减速器将保温卷帘卷起 图 8 日落后光敏电阻释 放继电器 将卷帘放下 在屋顶阳光间内安装温度传感器 阳光间温 度高于15 时 通过轴流风机使阳光房内热空气 与居室空气循环 为居室增温 2 利用别墅基础 在别墅基础内安装一个可推拉的 抽屉 内 装一组30支 长2m的太阳能真管集热器 图9下部 在冬季 白天
6、以链条 链轮驱动 通过滑轨把 图6 普通瓦屋顶结构示意图图7 玻璃瓦屋顶结构示意图 水泥瓦 木挂瓦条 防水卷材 木望板 保温层 玻璃瓦 轻钢挂瓦条 太阳能集热器 防水卷材 木望板 保温层 太 阳 能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 9 2012 51 太阳能与建筑 真空管集热器拉出来接收太阳光 夜间把 抽屉 关上 这样即便太阳能真空管有渗漏 也不影响使 用 这种设备可集中布置 便于管理维修 3 使用高热阻的建筑围护结构 假设建筑物围护结构有足够的热阻 室内热 量不能往外发散 那么一个100W的白炽灯泡产生 的热量就可使冬季室内温度满足人体舒适要求 这说明 提高围护结构的总热
7、阻是留住太阳能的 关键 在冬季 建筑通过围护结构传热要经过室内 表面吸热 结构本身传热 建筑表面放热三个过程 见图10 1 建筑得热部分 通过立面和屋顶接收太阳辐射得热 构件 的外表面吸收太阳辐射并将其转换成热能 通过热 传导至构件的内表面 再经表面辐射及空气对流 换热将热量传入室内 通过窗的太阳辐射得热 主要为直接通过 玻璃的辐射 居住者的人体散热 电灯和其他电气设备散热 采暖设备散热 2 建筑的失热部分 通过外围护结构的传导和对流辐射向室外 散热 空气渗透和通风带走热量 地面传热 室内水分蒸发 水蒸气排出室外带走热量 潜热 制冷设备吸热 三 庭院式太阳能住宅设计 1 中庭和内庭为太阳能提供
8、集热空间 这套住宅最大的特点是有一个中庭院和前庭 院 这是吸取太阳能的空间 每户内庭院 40 50m2 可种植果蔬或攀缘 观赏植物 既可在冬 季获得更多的太阳能 也使家庭生活空间更加丰 富多彩 见图11 四维空间 即在长 宽 高的 三维空间轴外 又加了一条时间轴 运用 四维空 间 的理念进行节能设计 可使建筑物在使用周期 内获得更多的日照 风 雨等自然资源 图12介 绍的利用中庭获得太阳能的住宅设计 适用于多 层住宅 该住宅符合中小城市节能节地的要求 可根 据需要建成4 6联排 减小建筑体形系数 减少 链轮 链条 图8 节能别墅示意图 示意图上部说明 冬季晴天电机将保温卷帘卷起 夜间及阴天将卷
9、帘放 下 示意图下部说明 电机输出轴通过蜗轮 蜗杆减速器 驱动链条 链 轮移动太阳能集热器 图 9 保温卷帘可实现自动控制 机电部分结构细部 图 10 建筑中的热平衡原理 保温卷帘 玻璃屋顶 蜗轮 蜗杆减速器 电机 电机 转动轴 蜗轮蜗杆减速器 太 阳 能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 9 2012 52 太阳能与建筑 外墙散热 当采用联排设计时 为了避免遮挡阳光 户与户之间3m以下的围墙采用实心墙体 3m以上 部分则用钢结构分割 这样既可满足日照和18 20m的视距需求 建筑容积率也可达1 0 见图13 该住宅可使用砌体结构 也可现浇 客厅和 卧室屋面为坡屋顶 给太阳能
10、热水器预留空间 也 可做成露台 花架 住宅立面使用剁石勒脚 面砖 装饰 局部镶嵌蘑菇石 阳台使用金属栏杆和安全 玻璃栏板 可与联排别墅相媲美 建筑内还设计了 放置玻璃钢杆件和集热棚膜的专用储藏间 如图 14所示 同时还可通过改变总体布置和立面材料 色彩 营造丰富的建筑形态 完美的设计 使太阳 能住宅更时尚 图11 布局精致的内庭院成为现代住宅又一道风景线 图 12 住宅中庭 图 13 太阳能低密度联排住宅 容积率可达 1 0图15 中庭保温膜结构关闭后的效果 2 可开启 闭合的顶盖 在建筑物的中庭上通过张拉的钢索 形成一 个可移动的顶盖 五扇可收放的保温卷帘组成一 个天幕 像一个巨大的照相机快
11、门 在冬季白天 快门型的保温卷帘全部打开 吸收太阳能 夜间关 闭卷帘 并向卷帘内充气 通过卷帘内200mm厚 的空气间层实现保温 充气保温技术既解决了单 屋卷帘的保温问题 又解决自重和收放的问题 如 图 15 图 16所示 太 阳 能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 9 2012 53 太阳能与建筑 目前带有中庭形式的建筑越来越多 封闭型的 中庭一般使用玻璃顶盖 其最大问题在于保温隔热 性能 如果在外面加上一套像农业种植大棚似的卷 帘式保温层 则保温隔热效果将得到改善 开启型 的中庭 在膜工程结构基础上 通过卷帘技术实现 节能效果 还能用于大跨工程 应用中膜的厚度在 0 5
12、 1 0mm之间 质量轻 在 20 60 范围内可 重复收卷上千次而不破坏其气密性 当两层膜结构 充满空气后 通过20mm厚的空气间层减少传热 增加卷帘后 可提高中庭温度 减少建筑外围结构 的气流速度 实现保温与节能 四 在黑夜释放 建筑移动保温 留住阳光是人类的梦想 该建筑的主体设计 引入时空概念 运用设计手法 在三维空间上加载 了时间 形成具有时空概念的四维空间 1 建筑移动的保温 如图17所示 某会所正立面像一个背风向阳 的港湾 如图18所示 建筑面积约2000m2 椭圆 型的建筑四周安排不同使用要求的房间 如图19 所示 建筑的一层是连通的 二层 三层只在朝南 的方向安排了房间 建筑围
13、合成的中庭顶部不封 闭 内部有树木 景观山水 2 卷帘式玻璃幕墙保温 随着人们生活水平的提高 室内舒适不仅对 温度 湿度提出了要求 还要减少窗户洞口的冷风 辐射 为了减少该建筑大面积玻璃幕墙的冷辐射 给玻璃幕墙增加了移动保温 虽然玻璃幕墙的形 式很多 结构复杂 但移动保温结构放置在幕墙内 部 不受结构限制 可防止对流传热 冷风渗透 辐射传热 卷帘一年四季都能使用 冬季使用提高 室内温度 夏季使用节省空调耗电 移动或保温结 构安装在幕墙内侧 图20 无论是拉杆式 自平衡 图 16 中庭保温膜打开后可吸收利用太阳能 图 17 某会所正立面像一个背风向阳的港湾 图 18 某会所一层平面图 图 19
14、某会所剖面图 图 20 移动式保温结构 充气式温室 内部安装 平板式集热器 主入口 内庭院 侧入口 侧入口 主要房间 南侧玻璃幕墙内安装 可移动围护结构 太 阳 能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 9 2012 54 太阳能与建筑 索桁架式 平行架式 立杆式均可适用 用太阳能加热是最安全的加热措施 如图21 虽然透明膜形式的大棚效率不如全玻璃真空管 但初期成本较低 如果在其表面加上覆盖 每天可 增温数摄氏度 五 要通风又要节能 建筑虽然强调围护结构的保温性 但室内居 住的人需要呼吸新鲜空气 怎样才能在获得新鲜 空气的同时又降低能耗呢 这里介绍一种别墅建 筑增加新风系统的方法
15、 可实现去湿 除尘 排 CO2 节电四大改良 既有建筑增加新风措施如图22所示 安装空 调的服务人员用水钻在墙上打上两个直径5 6cm 的孔 装上1台用于电脑主机散热的12V小型轴流 风机 就可将一台1000 2000元的普通空调升级 为带有新风系统的高品质舒适型空调 从而减少 军团菌 降低上呼吸道感染等空调病的发生率 还能节能20 30 安装12V轴流风机 如图23 中轴流风机 电源变压器 所有成本不过100元 图 21 充气膜结构用于太阳能集热 新建建筑通过通风管道增加新风措施 可一 次为多个房间送风及排风 图24 图22 轴流风机安装方法 图23 12V 直流风机耗电量不到1W 因为冷空
16、气比热空气密度大 开启空调后 室 内底部会形成 冷池 冷空气被人体 家用电器 墙外辐射加热后 在房间顶部形成 闷顶 开启 风机后 安装在上面的风扇向室外排出浊气 由于 负压作用 下面的气孔向室外送新风 当室外新鲜 空气被下面的风机吹入室内后 与室内底部的 冷 池 空气混合 经人体呼吸利用后 从上面的排风 扇排出 这种机械对流换气与开窗通风相比 可以 在去湿 除尘 排 CO2三个方面改善室内空气质 量 并能节省电费 延长空调使用寿命 集四大功 效于一身 功效一 排湿 图24 新建建筑通过通风管道一次为多个房间送风及排风 装排风扇 排风口 在负压作用 下的进风口 转第59 页 太 阳 能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 9 2012 59 生产能力则为此创造了良好的前提条件 瓦克化 学股份有限公司总裁兼首席执行官鲁道夫 施陶 迪格博士在其致辞中如是说 包括农特里茨工厂 的产量在内 瓦克全部的多晶硅产量到2015年底 已经几乎全部通过合同售完 在经历了 2011 年第四季度太阳能工业生产 能力过剩以及由于行业内的整合而导致的瓦克多 晶硅业务发展大大减缓之后 今年头几个月的
