[建筑设计]太阳能利用在中高层住宅中的作用（建筑论坛）(NXPowerLite)

1、.太阳能利用在中高层中的作用太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，世界各国对其利用都给予了高度重视。作为一种清洁的永久能源，太阳能以其独有的特性迅速被人们认可，适应时代需求的太阳能建筑一体化技术由此应运而生。把太阳能同建筑结合起来，使建筑具有自我循环式的独立能源，这是人类进步和社会、科学技术发展的必然选择。目前，城市建筑消耗能源巨大，因此，建筑师、工程师，应该在设计当中考虑到能源消耗问题，把建筑与建筑环境作为一个整体来考虑,不能只停留在太阳能和建筑两个层面上去关注太阳能的应用问题，而是应该从整个社会的角度看。建筑物利用太阳能，首先要坚持科技进步，在技术上有所突破。把太阳能设备和楼宇、房

2、屋作为一个整体构件进行考虑，做好统一施工、统一管理；建筑物中的热水器、光电设备等要做好科学规划，方便物业管理，只有这样才能够使新能源真正为建筑、为方便群众生活服务。同时它还涉及到城市景观、能源发展以及老百姓的可支付能力等一系列问题,更重要的是它可以带动太阳能建筑产业链的发展，实现太阳能与建筑一体化的突破。三太阳能利用与中高层住宅建筑一体化为了深入学习并研究太阳能与建筑一体化的课题，我们走访并参观了已经实施并投入使用的太阳能建筑。（一） 北京清华大学节能楼：位于清华大学内，由国外投资太阳能设备及系统的太阳能研究楼，建筑主要功能为办公。太阳能利用主要用于采暖制冷及热水系统，太阳能集热板用于建筑外窗

3、部位时可做遮阳使用及雨水收集二次利用等。目前太阳能系统未投入使用。 室内景观一角建筑屋顶设太阳能集热板配合屋顶绿化平板式集热板设在建筑屋顶 集热板通过阳光照射后反映到室内共享大厅的美妙映像雨水二次利用集水井太阳能集热板作为建筑外窗的遮阳板 清华大学节能示范楼实际上是一座多种节能技术的集成示范楼。这座超低能耗的大楼从远处看就像一个超大型的百叶箱，工作人员告诉我们它集中了目前国际上通用的近百种节能材料，而最有特点的就是，整座楼三面都是真空玻璃窗结构。 这个玻璃窗和一般的玻璃窗不同，它一共有四层玻璃而且中间的一层是真空的，这就形成了一种暖瓶效应，使得房间内冬暖夏凉。另外我们看到窗外还有一层巨大的百叶

4、窗，它可以通过自动控制系统，调节百叶窗的开合角度，从而控制进入室内的光线和热量。清华节能楼使用了三面玻璃幕墙，一般来说，玻璃幕墙这种透光型外围护由于保温、隔热等的性能较差，属于非节能建材。但这些幕墙所使用的玻璃可不是普通的玻璃，而是汇集了五花八门的节能高科技成果，如镀膜玻璃、真空玻璃、光电玻璃等等。地下照明系统为了避免使用电灯采光，使用了光导纤维将太阳光直接引入地下室起到自然采光的作用。; B2 w8 h) T# G( 空调及采暖设备选用了非传统的“辐射吊顶”以及“相变蓄能地板”，这两种设备的制造及施工比较传统的采暖设备和空调设备更加复杂，而且要求相对更加苛刻，短时间内无法大范围普及，是由能够

5、符合民用条件还有待考证。这些蕴含了高科技的建筑材料的确能够起到比普通建筑更加良好的节能效果，如果使其常规运行起来的话比起普通的建筑，示范楼单位面积全年总耗电量约为每平方米40度，而北京市高档办公建筑则为100至300度。全年电耗仅是北京市同类建筑的30%，冬季可以基本实现零能耗采暖。但是，这些高科技建筑材料在制造的本身使用的能量却远远高于普通建筑材料所消耗的能量。举个很简单的例子来说：光导纤维的造价和灯泡的造价是不在同一个数量级上的。如果只考虑清华节能楼比别的建筑在运行时节省的多少能量，的确表现出色，然而却与我们的节能理念不符。（二）北京节能研究所科技部办公大楼：是我国最早将研究成果转化为产品

6、，并进行规模化生产的单位。曾连续七年获全国科研院所综合评比第一。建筑功能为办公，太阳能利用主要为制冷采暖日常热水，节能率达到75%，太阳能集热器设在屋面。办公楼建筑立面效果图 屋面安装的平板太阳能集板屋面安装的带角度太阳能集板 节能楼沿街外檐采用干挂石材 节能楼院内外檐采用外檐涂料，节省投资采用光照传感器与红外人体感应传感器相结合控制方式的灯具节能楼，建筑面积1.3万平方米，建筑密度22%，地上8层、地下2层，建筑高度31米，在设计施工、节能技术和设备的选用上将多种技术综合集成，注重节能环保，有效地节约了建筑物的运行能耗，获得了良好的人与环境的和谐统一，是目前国内节能成效突出和绿色示范效果明显

7、的办公楼中面积最大的一座。节能楼在节约能源资源方面具有以下特点： ; m6 e V/ k# 一。严把节能设计关 3 ) v* m6 C. r9 N+ g$ d 为获得良好的节能效果，节能楼采用了“十字型”的平面和外形设计。计算机模拟结果证明，对于办公和写字楼而言，在充分利用自然光照明以及春秋季节采用自然通风的条件下，这种设计比其它任何一种外型设计至少节约能源5%。 ! G/ N/ P5 H! w7 & 在围护结构设计上，节能楼充分满足保温节能和采光的要求。一是节能楼外墙采用两侧空芯砖中间加聚氨脂发泡的舒布洛克复合外墙，实现了围护结构的有效节能。2005年春节，全楼在无人使用的情况下曾停止供暖7

8、天。室外环境温度为-100C至70C。期间各楼道降温20C，有窗办公室降温2-304 o9 q& ? X( e% J( E，充分证明了节能示范楼良好的保温围护。节能楼采用铝合金反光板，做到遮阳反光，既避免了夏天阳光对室内的直射，又将阳光反射到室内顶棚，漫反射于楼内空间，达到充分利用自然光照明的目的。三是亚光型的浅色外墙，以乳白色为主，间以浅灰色的铝合金线条，既反射了阳光，减少了外墙的吸热，又避免对周边环境的光污染。室内则采用浅色设计，提高了自然光的利用程度。2 l2 R: H9 2 P* 总的来看，节能楼外形设计和围护结构设计为整个节能楼实现其节能目标起到了关键性的作用。4 n7 n! 2 二

9、、合理选用先进节能设备和技术：0 y- o* b! j6 e5 7 V0（一）采用先进的制冷、热系统。节能楼的空调系统冷源采用了两台冷量为100冷吨的双回路式电制冷机组，制冷剂为R134A绿色制剂，可实现20到200冷吨间的12种组合，适应不同制冷量的需要。同时辅以200冷吨的冰蓄冷系统，夜间用电低谷期蓄冰，白天用电高峰期化冰释冷，做到“消峰填谷”地使用外源电力，可满足极限或超负荷的制冷需求，使整个制冷系统具有短期提供300冷吨的制冷能力。实践证明，在夏季制冷期可以满足500人办公的需求。. m+ f( k9 U) N) S2 X0 e8 X 节能楼的供暖热源为首钢废热，加湿后通过空调管道将热

10、风输入房间，全楼耗热量仅相当于一座3000多平方米普通办公楼的用量。 n b/ 7 - x( h（二）新风系统设计了转轮式全热回收装置。节能楼工程新风系统的新风量高于国家规定标准，为回收换风过程中外排空气中的热能，设计了转轮式全热回收装置，效率为76%。将外排空气中的热能大部分回收到新风中，既减少了室内热能外逸，又大幅度降低了加热或制冷新风的能源消耗。7 c; T) v$ Y& W/ M% k9 （三）照明系统采用自控技术。照明系统的自动控制技术，是节能楼节约能源消耗的又一亮点。办公室内没有灯具开关，采用光照传感器与红外人体感应传感器相结合的控制方式，办公室灯光实际使用效果低于4w/m2(设计

11、为6.7w/m2),既满足了阅读的需要，又显著地节省了照明用电。 k! & c. m/ S: K) # g3 w4 （四）广泛采用节水技术。节能楼使用雨水收集、节水器具和智能控制变频供水系统，极大地降低了全楼用水量。洗手间使用无水型小便器，不消耗任何水，尿液通过化学药盒，被分解为水和固体物，一个小便池全年节水约14吨，仅此一项全年可节水450吨；使用4升的节水型坐便器，以自来水压为动力，通过压力包内空气的压缩，实现压力冲洗，加上节水型红外感应式洗手龙头以及脚踏冲阀的应用，500人使用时月用水量仅为500600吨。如按设计标准人数（250人）使用，与原定的用水指标相比，节水近三分之二。* 3 y

12、; n0 6 p! l2 2 C# t$ V7 （五）充分利用太阳能。节能楼屋顶除绿化外，大部分用于太阳能光伏发电和太阳能热水系统，为全楼提供了约5-6%的能源。15千瓦的太阳能光电池板阵列，采用耦合变压器，将直流电变为交流，直接并入楼内电网使用。太阳能热水系统除供30名值班人员洗澡外，可满足全楼洗手水的提温。* ; 9 s. g* * g- o（六）使用节能电梯。节能楼电梯通过运行程序的智能控制和按乘载量调节的变频系统，既减少了空载，又避免了“大马拉小车”的现象，较大幅度地节省了电梯运行的能耗。7 v9 $ m1 R) F) ) 3 _%三、广泛使用环保型建筑材料2 / Z0 Y& 2 G#

13、 y 在内墙建筑涂料选用上，节能楼使用了价格不高、有害挥发物（VOC）含量低的涂料；在室内装饰石材上，广泛使用含氡量低，放射性低的国产白麻花岗岩；在建筑木材上，采用速生的绿色木材。在节能楼完成室内装修一周后，室内空气质量测试表明：办公室内的有害挥发性气体含量在国家环保标准的1/4至1/11之间，装饰石材、铝材使用最多的一层大厅，有害挥发气体的含量也仅为环保标准的1/2至1/4。2 3 ( X. K3 X#四、应用先进管理技术，进一步降低能耗节能楼及服务区安装了由机关服务中心与相关单位联合开发的“智能化节电设备”（共250千瓦），对该楼整体节电率达到了50.6%发挥了关键作用。该设备采用变频技术

14、和计算机模糊控制理论，根据系统的实际运行状况，通过自主开发的专利软件，自动检测系统负荷，对原系统进行适时优化控制。这一设备荣获北京市节能产品证书，通过了中国质量检验协会的检验，被评为国家质量检验合格产品和国家级重点新产品。先进的控制模式、高效的节电效率，已得到国家有关部门及广大客户的认可和青睐。目前，该设备已在军委办公大楼、中央电视台、国家工商总局、国管局以及东方君悦大酒店等工程中等广泛应用。0 d/ hw! _$ t 通过以上措施，节能楼实现了大幅度的能源节约，成为一座突出节能特点的绿色、智能、环保建筑。节能楼楼宇运行的全年总能耗约为现有基准建筑的30%，即减少了70%以上的能耗。由于其节能

15、方面的良好表现，获2005年度LEED绿色建筑金质奖，并且获国家建设部授予的全国绿色建筑创新奖综合类第一名。北京节能研究所科技部办公大楼建设成功了，它的成功是来自多方面。首先该楼是北京市也可以说是国家的重点节能研究工程，受到政府部门的高度重视和支持。该楼定位高：目的主要为追求高节能、低能耗、高效率及绿色环保等众多高科技研究课题为一身并充分考虑其长久节能效益的科研项目，更可贵的是高楼落成后很快投入使用，并对该楼的各项节能措施总结宝贵的节能数据，可作为其它节能建筑设计的参考对象，是当代节能建筑的典范之作。（三）早期华明镇安居住宅：华明镇小区位于天津东丽区，作为天津实施“以宅基地换房”的第一个国家重

16、点示范工程，“以宅基地换房”不仅达到了改善居住环境和提高生活质量的目的。同时也是加快社会主义新农村建设、促进城乡统筹发展的有效途径，是农村实现城市化的典型，整个小区首期开发达12000多户。华明镇早期住宅鸟瞰全景，坡屋顶安置着整齐的太阳能热水器，体现了我市太阳能利用与住宅建筑一体化的基础形式华明镇小区内树木丛生生态环境及空气质量都非常好早期华明镇安居住宅基本采用统一安装的水箱、集热板一体系统放置在平屋顶的太阳能集热器，只是为太阳能设备提供了室外露台，并未与建筑本身相结合这组集热器也未同建筑本身很好的结合，有可能是建筑施工后加设的太阳能系统 早期设计的华明镇安居住宅多为低层、少量中高层坡屋顶住宅

17、，太阳能集热器安装在坡屋顶。太阳能利用主要为提供日常使用的热水。 作为我市太阳能热水器利用与建筑一体化的早期投入使用的住宅小区，可以看出太阳能热水器系统基本采用了集热器与水箱一体的形式为单台分户式统一安装模式，但在小区内也发现了由于在建筑设计时由于多种因素未考虑太阳能利用而造成的集热器同建筑未能很好的结合。（四）北京挂甲峪山庄：挂甲峪村位于平谷区大华山镇，全村146户、460口人，山场面积8000亩。因宋代抗辽名将杨延昭曾在此挂甲休息而得名。红火的农家小院统一安装在坡屋顶的集热器挂甲峪山庄内的建筑多为二三层的农家小院，为底层坡屋顶建筑，太阳能集热器安装在坡屋顶，太阳能利用主要为提供采暖、日常使

18、用的热水。太阳能集热器安装在坡屋顶或南立面上，在保证使用要求的同时维持原有建筑美观。采暖情况基本良好，在晴朗天气时，室内温度可保持10度以上，如果用户对采暖标准有更高要求，可以再使用辅助能源给与补充。挂甲峪地区依据自然景观的优势条件和大桃种植业的良好基础，走出了一条“以工促农，农旅结合，带农致富”的发展道路，农家院主要为接待四面八方的游客而设，太阳能集热器的统一设置不但使整个小区建筑外观整体统一，也为该地区新农村建筑设计增加科技含量的同时带动了其经济效益的日益增加。（五）天津玫瑰庄园：天津玫瑰庄园位于津南经济技术开发区赤龙街，毗邻地铁一号线。为高档别墅小区，别墅形式主要为独栋、双拼及联排别墅。

19、别墅层数为25层的低、多层坡屋顶建筑，太阳能利用主要为提供日常使用的热水。太阳能集热器系统为分体、分散一户一系统式，太阳能集热器均安装在坡屋顶上，集热水箱设在别墅的阁楼层内，远观屋顶上的集热器类似屋顶天窗，整体统一安装后建筑外观形式统一。 小区内环境优美 双拼别墅 联排别墅 独栋别墅在参观该小区时我们感受到了津南区良好的生态环境及优美的小区环境，但在观察太阳能热水系统时发现集热板已经出现了不同程度的破损、老化及覆盖尘土的现象，对于太阳能利用有很大的负面影响，如果不及时处理的话太阳能系统的使用寿命也会不同程度的缩短。（六）德州太阳谷:皇明太阳谷位于德州市104国道路南，距离德州市区5公里，全国工

20、业旅游示范点。是集太阳能产品生产、观光于一体的特色旅游品牌。皇明集团是中国太阳能产业诞生以来已建成的规模最大、现代化程度最高的大型民营股份制企业集团，其产品包括光热、光电、太阳能一体化建筑等在内的世界上最大的太阳能制造基地，每年推广太阳能 100多万平方米。太阳能利用主要为制冷采暖热水发电等。 早期皇明公司在德州建造的太阳能光热光电节能楼 这两幅照片体现了德州早期的太阳能利用与住宅一体化的建筑，太阳能集热器系统采用分散式，并设置在屋顶花架后方。 太阳能集热器与建筑立面完美结合这三幅照片充分体现了太阳能利用与住宅建筑一体化的形式。其热器形式主要为壁挂式，分别设在建筑南向窗间的外墙，与建筑结合不但

21、未对建筑美观造成影响，还起到了很好的装饰作用。使用的太阳能集热器均为真空管集热器，热水系统分别使用了分散与集中结合的方式，可弥补屋顶集热器受面积不足而影响住户的使用。但也可看出该楼在集热器的研究上还尚处前期阶段，集热器均为真空管集热器，该类集热器易爆管造成漏水现象，但该楼在当时的太阳能利用与建筑一体化的建筑中属于较完美的，作为太阳能利用研究的对象，可看出皇明公司对该项课题研究的重视程度及对节能工程的有力支持。08年德州太阳谷开展了可再生能源交流会。此次交流会上展出了很多新研发的新产品、新技术，并设置了温屏节能玻璃隔热体验区，让参观者可以亲自感受节能产品实际应用后的效果。交流中心内还建设了很多的

22、太阳能建筑作为新产品研发的基础设施，总之这次德州之行让我们对太阳能利用与建筑一体化有了更深入的了解，也让我们大开眼界。 可再生能源国际会议交流中心示意图 太阳能产品的新品展示 温屏节能玻璃隔热体验区 太阳能示范小区效果图 不同形式的集热器在建筑中的运用 太阳能光伏幕墙模型 利用太阳能源作为动力的太阳能车采用多种太阳能利用与建筑一体化的实验楼 建筑的屋顶装饰构件上的太阳能集热板 太阳能电池结合天窗的设计 太阳能电池集热板作为外遮阳板结束了德州之行，回顾以往参观的各类太阳能与建筑一体化的建筑，可以发现太阳能热水器利用是目前利用率最高的节能措施之一，而且在考察的工程中太阳能热水器利用多与公建，低、多

23、层建筑相结合，作为主导住宅领域的中高层住宅对太阳能热水器的利用可谓寥寥无几。因此太阳能利用与中高层住宅建筑一体化成为我们的探索太阳能利用的主要课题。通过对节能建筑的参观记调研，总结出太阳能热水器系统适合于中高层住宅相结合的形式大致可分为三大类：集中集热、集中供热，集中与分散集热、供热相结合，分散集热、分散供热。07年下半年我所承担了华明镇新家园的设计任务，其中中高层及高层住宅要求利用太阳能热水器系统为住户提供热水。中高层住宅层数为11层采用了集中集热、集中供热的形式。太阳能集热器设在屋顶楼梯间及水箱间的上方，利用屋顶上的建筑构件作为集热器的支架，避免同屋顶结合破坏保温及防水构造，即热水箱设在集

24、热器的下方。集热器设在屋顶可充分吸收太阳能光热，以达到最大限度的使用太阳能能源。从建筑外观来看，由于透视效果基本看不到集热器，集热水箱也配合立面设计被有效的隐藏了起来，因此太阳能热水器系统的设置未对建筑外观造成不利影响，与建筑结合效果还是不错的。 太阳能集热器的设置 建筑外观效果图高层住宅采用了集中与分散集热、供热相结合。由于高层楼层高户数多造成了屋顶面积小集热器摆放不开的问题，因而采取了底、多层区采用集中供热集中集热，高层区采用分散集热、分散供热的集中、分散相结合的形式。分散集、供热是指分户设置系统分户集热供热，当然集热器应摆放在南向或东西向阳光较充足的朝向。 不同屋顶造型设置的太阳能集热板太阳能的利用除转换热水外还可转换成电能。太阳能光伏与建筑一体化是应用太阳能发电的一种新概念，简单的讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的维护结构外表面来提供电力。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳