淺談建筑表皮與太陽(yáng)能設(shè)計(jì)的一體化

【摘 要】建筑表皮設(shè)計(jì)要求更加生態(tài)節(jié)能，而太陽(yáng)能正是當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的生態(tài)能源，本文就如何將建筑表皮與太陽(yáng)能設(shè)計(jì)一體化進(jìn)行了探討，包括太陽(yáng)能與建筑一體化應(yīng)用中存在的問(wèn)題，以及太陽(yáng)能與建筑表皮一體化設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】建筑表皮 太陽(yáng)能 設(shè)計(jì)一體化

一、引言

傳統(tǒng)意義上的建筑圍護(hù)系統(tǒng)逐漸被人們成為建筑表皮系統(tǒng)。隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑表皮的設(shè)計(jì)要求更加生態(tài)、節(jié)能、綠色。我們?cè)谧非蠼ㄖ锉旧砉δ艿耐瑫r(shí)，也要求建筑表皮更符合可持續(xù)發(fā)展的原則。為了追求更加生態(tài)綠色的建筑設(shè)計(jì)方式，太陽(yáng)能技術(shù)成為目前應(yīng)用最廣泛的節(jié)能技術(shù)。太陽(yáng)能技術(shù)利用在建筑中的綜合利用具有非常重要的作用。未來(lái)建筑將大量應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)來(lái)減少常規(guī)能源的依賴(lài)，從而達(dá)到建筑節(jié)能的必然趨勢(shì)，目前我國(guó)的太陽(yáng)能利用技術(shù)在建筑中的應(yīng)用仍不完善，還有很多需要改進(jìn)的方面。

二、太陽(yáng)能與建筑一體化應(yīng)用中存在的問(wèn)題

雖然國(guó)內(nèi)對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)業(yè)已進(jìn)行了全方位研究，但是建筑與太陽(yáng)能系統(tǒng)的結(jié)合仍然普遍存在很多問(wèn)題：

（1）利用形式單一。1999年全世界的太陽(yáng)能熱水器面積達(dá)5400萬(wàn)m2，我國(guó)高達(dá)到400萬(wàn)m2，居全球之首。但光伏發(fā)電為全世界太陽(yáng)能光伏1/150。因此，我國(guó)建筑利用太陽(yáng)能以光熱為主，其使用方式、使用時(shí)段單一，基本利用真空管熱水器生產(chǎn)熱水；北方地區(qū)冬季基本不能使用。

（2）安裝使用粗放。國(guó)內(nèi)雖然鼓勵(lì)大規(guī)模使用太陽(yáng)能熱水器，但安裝缺乏統(tǒng)一規(guī)劃：熱水器規(guī)格各異、位置參差不齊、管道布置零亂、施工困難，太陽(yáng)能裝置易破壞屋頂防水層。無(wú)預(yù)設(shè)管道，管線長(zhǎng)期暴露；建筑的防水、防雷、防風(fēng)、承重方面造成安全隱患。

（3）設(shè)計(jì)缺乏考慮。建筑師對(duì)于太陽(yáng)能利用技術(shù)與建筑本身相互結(jié)合欠缺考慮。建筑外觀處于雜亂無(wú)章的無(wú)序狀態(tài)，形成視覺(jué)污染。

三、太陽(yáng)能與建筑表皮一體化的具體應(yīng)用

太陽(yáng)能與建筑一體化是建筑節(jié)能的重要途徑，也是科技水平的綜合運(yùn)用。它是將太陽(yáng)能利用技術(shù)與先進(jìn)的建筑節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品等優(yōu)化組合，調(diào)整建筑耗能比例結(jié)構(gòu)、提高太陽(yáng)能保證率，為建筑提供采暖、制冷和熱水，營(yíng)建低能耗、高舒適性的使用環(huán)境。

（一）光電系統(tǒng)與表皮結(jié)合

主動(dòng)式太陽(yáng)能建筑往往由于建筑師設(shè)計(jì)與施工方安裝不同步不協(xié)調(diào)而顯得相互間格格不入。“一體化設(shè)計(jì)，統(tǒng)一施工”就是建筑方案設(shè)計(jì)之初，將光伏電池系統(tǒng)作為美學(xué)一部分納入設(shè)計(jì)思路中，并做到從技術(shù)層面使之可行、可用，從藝術(shù)方面可觀、可賞。

光伏電池的物理特性為隔熱保溫，防水防潮，可作為玻璃幕墻成為建筑表皮的一部分；當(dāng)光伏電池位于屋頂與墻壁等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，彩色光模塊與造型光模塊可以成為屋面或墻體的構(gòu)成材料，不僅節(jié)約外裝，同時(shí)使建筑外觀更具魅力。

光伏系統(tǒng)與建筑表皮一體化的優(yōu)點(diǎn)有：

（1）建筑物的表皮能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需要額外的占地面積，而且省去了光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)和輸電費(fèi)用；

（2）光伏部件是建筑物總構(gòu)成的一部分，除了發(fā)電功能外，還是建筑物耐候的外部裝飾材料，從而節(jié)省安裝和材料費(fèi)用。如果安裝光伏系統(tǒng)被集成到建筑施工過(guò)程中，可大大降低安裝成本。

（3）對(duì)電網(wǎng)起到調(diào)峰作用，對(duì)于大多數(shù)商業(yè)、辦公建筑來(lái)說(shuō)，白天是用電的高峰時(shí)期，同時(shí)也是光伏系統(tǒng)工作的時(shí)間。

（4）光伏系統(tǒng)的外觀與現(xiàn)代建筑追求的視覺(jué)效果非常協(xié)調(diào)，甚至能夠強(qiáng)化建筑物的現(xiàn)代感和建筑質(zhì)量。

（5）光伏系統(tǒng)與建筑表皮的優(yōu)化集成能夠在很大程度上改善建筑表皮特別是透明建筑表皮的熱工性能。

從以上介紹不難看出，建筑表皮洗頭工與光伏系統(tǒng)的結(jié)合將是未來(lái)建筑的發(fā)展趨勢(shì)之一。

（二）輻射板技術(shù)建筑一體化

利用太陽(yáng)能為建筑空間供熱制冷不僅只有真空管熱水系統(tǒng)，還有更為先進(jìn)的輻射板一體化技術(shù)。在建筑的外圍墻面和屋頂上安裝具有選擇性吸收涂層的輻射板，提高建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，利用太陽(yáng)能、空氣源和低溫太空源，建立超低能耗的可再生能源綜合利用建筑，既可降低建筑所需能耗，又可減少對(duì)大氣和環(huán)境的污染。輻射板系統(tǒng)可以滿足建筑的外觀材質(zhì)與顏色的需要，管道藏于墻內(nèi)，可替代暖氣與空調(diào)，做到與建筑表皮融為一體。

（三）結(jié)構(gòu)與構(gòu)件蓄熱

為了貯存熱量，把建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)里皮，裝以蓄熱材料，作成“特隆布?jí)Α保瑢⑿顭狍w直接設(shè)置在南面窗戶的后面，當(dāng)蓄熱體吸收太陽(yáng)輻射，加熱后能再通過(guò)輻射和對(duì)流方式加熱房間內(nèi)部空氣。新型建筑外墻雙層中空玻璃可以同時(shí)起到太陽(yáng)熱水器的作用，玻璃40%的面積是透明的，余下部分被盤(pán)旋狀的可以通水的銅管以及銀反射管所覆蓋，覆蓋物位于玻璃內(nèi)層雙層中空玻璃可以吸收太陽(yáng)能，并把水加熱，對(duì)于一個(gè)大樓來(lái)說(shuō)，僅僅利用外墻玻璃就能把熱水問(wèn)題解決，每年可節(jié)省大量的電力和煤氣。

（四）太陽(yáng)能與建筑表皮一體化——采光、遮陽(yáng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑的空調(diào)系統(tǒng)與公共建筑的照明耗費(fèi)的能源數(shù)據(jù)相當(dāng)驚人。國(guó)內(nèi)建筑由于文化傳統(tǒng)考慮自然通風(fēng)與采光，但國(guó)外一直以來(lái)崇尚機(jī)械通風(fēng)采光。在節(jié)能為首的基礎(chǔ)上，越來(lái)越多建筑師通過(guò)不同的采光與遮陽(yáng)手段展現(xiàn)建筑的魅力。當(dāng)前遮光材料應(yīng)用廣泛，可以為建筑的表皮提供各種介質(zhì)：玻璃、混凝土、金屬材料、電池等；處理手段也較多，主要是依靠建筑物自身的空間布置以及特殊而巧妙的處理，使熱流生產(chǎn)自然循環(huán)，從而對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行吸收、傳遞和存貯。在夏季又可產(chǎn)生反射與阻尼太陽(yáng)能的作用，達(dá)到冬暖夏涼的效果。

1.導(dǎo)光系統(tǒng)與表皮結(jié)合

通過(guò)外部構(gòu)件的設(shè)置，使得外部光線合理的引入內(nèi)部空間，避免強(qiáng)光，同時(shí)也為背光側(cè)引入太陽(yáng)光。這樣就使整個(gè)建筑呈現(xiàn)一種類(lèi)似于“暖水保溫瓶”的現(xiàn)象，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了建筑物的單向熱傳導(dǎo)性，降低建筑內(nèi)熱能或冷能的流失，減少建筑的整體能耗。

2.遮陽(yáng)系統(tǒng)與窗結(jié)合

在室外或室內(nèi)甚至雙層體系中增加可調(diào)遮光百葉或安裝傾斜角度可控的鋼制遮陽(yáng)板。此類(lèi)建筑的前期投入并不比普通建筑高很多，但在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，卻能取得很好的節(jié)能效益。

四、總結(jié)

現(xiàn)代建筑表皮設(shè)計(jì)更趨生態(tài)、綠色和節(jié)能，太陽(yáng)能更是目前應(yīng)用最為廣泛的生態(tài)能源，將太陽(yáng)能與建筑表皮進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，滿足了生態(tài)節(jié)能的要求。太陽(yáng)能與建筑表皮的應(yīng)用具體體現(xiàn)為光電系統(tǒng)與表皮結(jié)合、輻射板技術(shù)建筑一體化、結(jié)構(gòu)與構(gòu)件蓄熱以及采光遮陽(yáng)上的應(yīng)用，當(dāng)然太陽(yáng)能與建筑一體化設(shè)計(jì)還有很多方式，需要在今后的工作中加以探索和研究，發(fā)現(xiàn)更新的技術(shù)，使建筑設(shè)計(jì)更加生態(tài)、環(huán)保。

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