某高層住宅太陽能生態設計

孫金坤， 陳長虹， 莊　紅

(1.攀枝花學院土木與建筑工程學院，四川攀枝花 617000；2.攀枝花市工程結構技術研究中心，四川攀枝花 617000)

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某高層住宅太陽能生態設計

孫金坤， 陳長虹， 莊紅

(1.攀枝花學院土木與建筑工程學院，四川攀枝花 617000；2.攀枝花市工程結構技術研究中心，四川攀枝花 617000)

【摘要】結合工程實例，介紹太陽能生態設計在高層住宅上的運用。采用“六米一線、宜居陽光”的設計理念，通過建筑平面的靈活組織和布局，建筑空間的虛實搭配，太陽能資源的充分利用，暨屋頂太陽能平板集熱器的集中熱水供應系統和建筑單體南立面可移動式太陽能光電板的設計和利用，將生態理念引入到了該高層住宅設計中，實現節能、舒適、生態的高層住宅設計目標。

【關鍵詞】高層住宅；太陽能；生態設計；六米一線；宜居陽光

隨著城市化的發展，全球的自然資源和環境受到極大的威脅，可持續發展的理念已深入到建筑設計中。目前攀枝花城市轉型，打造陽光康陽基地。太陽能作為一種清潔的天然能源運用于高層住宅的生態設計中必然成為一種發展趨勢。將太陽能的集熱系統和光電系統運用在高層住宅之中，提供建筑自身部分的能源自給，實現節能、舒適、生態的高層住宅設計目標，極大提高建筑使用周期的節能環保效率。

1工程概況

本工程位于四川省攀枝花市區，其南側為江南二道城市主干道，北側和東側為規劃的城市道路，建筑面積35 039.2m2。項目包括兩棟85.5m高的高層住宅。高層建筑地上28層為住宅，地下1層為車庫和設備用房。建筑效果圖見圖1，建筑標準層平面圖見圖2。

圖1　建筑效果

圖2　建筑平面布局

2設計理念和目標

本項目所在地四川省攀枝花市，氣候干燥、炎熱，冬暖夏熱，年平均氣溫20.3℃，無霜期達350d，全年日照時間長達2 737h，年太陽輻照總量為6 300MJ/m2，是四川省年日照時間最長、年平均氣溫最高的地區。進行太陽能建筑一體化，實現生態建筑，具有非常優越的氣候和環境條件[1]。

本項目結合環境和氣候條件在建筑設計上以“六米一線、宜居陽光”為設計理念，通過建筑平面的靈活組織和布局，建筑空間的虛實搭配，入戶花園的引入，后庭院空間的設置以及太陽能資源的充分利用，暨屋面太陽能平板集熱器的集中熱水供應系統和建筑單體南立面可移動式太陽能光電板的設計和利用，將生態理念引入到了該高層住宅設計之中，使建筑、環境、人和諧統一，實現節能、舒適、生態的住宅設計目的。

根據這一理念，本高層住宅制定了如下可持續目標，以實現生態、舒適、節能的設計理念：(1)生態性。結合攀枝花的生態環境，提升住宅與環境的生態潛力；(2)舒適性。保證居住空間有良好的溫度、濕度和照度；(3)節能設計。通過利用太陽能與高層住宅平面、立面的有機結合，實現高層住宅運行過程中的部分能源自給，建筑節能60%～70%的目標；(4)低排放。采用清潔能源，實現高層住宅運行過程中二氧化碳等大氣污染物質的低排放[2]。

本項目主要在生態化規劃布局、太陽能源利用、節能建筑等方面實現可持續低碳綠色建筑目標，為攀西地區推行綠色建筑提供技術參考。

3平板太陽能熱水集中供應系統應用

3.1平板太陽能選擇

平板太陽能集熱板常用材料是銅、鋁合金(防銹鋁)、不銹鋼、鍍鋅板，可結合建筑特點從產品適應度、成本造價等因素具體選擇。吸熱板技術要求有一定的承壓能力、與水的相容性好、熱工性能優良、加工工藝簡單等特性[3]。吸熱板涂層有選擇性和非選擇性兩種，涂層應薄而均勻[4]。

3.2屋面平板太陽能板的運用

本高層住宅的生態設計中運用了屋面平板太陽能集熱板集中供熱系統：以6m為一個單元的組合形式，通過兩種坡度(12.5%和8.3%)的變化布局，合理的安排組織平板太陽能集熱板，形成具有凹凸變化、高低差異的屋面建筑形式，極具韻律感，豐富和美化了建筑本身[5]，如圖3和圖4所示。

圖3　屋面平板太陽能集熱器組合形式

圖4　平板太陽能熱水器供水示意

3.3平板太陽能熱水器選擇

平板太陽能熱水器，外觀造型簡潔，與中國傳統建筑的單坡頂有著異曲同工之妙，對于建筑一體化設計具有很好的結合和美化作用。

平板太陽能熱水器里面的翅片將吸收的太陽輻射轉換成熱能，使得集熱器換熱管內的工質的溫度不斷升高，利用熱液密度小，冷液密度大的特點，形成一個向上的動力，因此構成一個熱虹吸系統。通過循環管路，在集熱器與水箱之間形成冷水自上而下，熱水自下而上的自然循環。如此循環往復，最終整箱水都被高至一定的溫度[2]，從而為高層住宅提供熱水來源。

3.4平板太陽能熱水器的優勢

(1)特性特別適合建筑一體化的要求。

(2)具有較高的熱效率。平板太陽能熱水器的效率一般要高于真空管太陽能熱水器效率6%以上。

(3)具有良好的承壓性能。可承受來自自來水和循環泵的壓力。作為建筑屋頂能承受風荷載和雨荷載等一般自然荷載的沖擊。

(4)組成大系統時性能穩定[6]。

4太陽能光電系統應用

4.1太陽能電池

太陽能硅電池是一種具有光電轉換作用的器件[5]。太陽能電池的光電板顏色豐富，包括單晶硅電池(MonoCrystalline)黑色、多晶硅電池(PolycrystallingSiliconCells)藍色、非晶硅電池(AmourphcusSillicon)黑色，膜電池綠色，因此將太陽能電池板運用在建筑立面裝飾上既能充分利用太陽能，又能形成豐富的建筑語言。

4.2太陽能光電板在立面設計中的動態運用

本項目每兩個6m通高4層的一個太陽能光電板單元在，整個“一線”——建筑南立面一弧面上的設計，使平面“一弧線”形成平面間斷而又不間斷的光電板組合形式，每個平面單元有6組可移動的光電板加上4個豎向通高的固定光電板立面組合形式組成，配合每層平面上的太陽能軌道帶整個“一線”的弧面，形成了每個區域的一個個小單元內的電路循環系統，每個橫向形成5個小區域的電路循環系統，這5個分區又恰好是每戶住戶的后庭院空間，使整個建筑極具空間感和現代感。5小區域之間通過橫向軌道帶和豎向固定光電板組聯系起來，最終循環受控于整個弧面近端的太陽能用房系統。這樣就構成了整個南立面弧長71m、高84m的光電板電路立面循環系統。該系統共有42塊可移動光電板組合單元(弧面2m寬，12m高)和4塊通高固定光電板組合單元(弧面3m寬，84m高)，將生態、舒適、現代的設計很好的運用在了建筑的設計中。如圖5～圖7所示。

圖6　太陽能光電板立面分區示意

5結束語

本項目以高層住宅的太陽能生態設計為目標，以“六米

圖7　太陽能光電板立面電路示意

一線、宜居陽光”為設計理念，通過建筑平面的靈活組織和布局，建筑空間的虛實搭配，將太陽能光熱資源的充分利用，暨屋面太陽能平板集熱器的集中熱水供應系統和建筑單體南立面可移動式太陽能光電板的設計和利用，將生態理念引入到高層住宅設計之中，使建筑、環境、人和諧統一，實現節能、舒適、生態的住宅設計目的，創造出宜人的現代化城市居住空間和環境，做到建筑與環境和諧共生，為周邊地區高層住宅太陽能生態設計的發展起到了示范與推動作用。

參考文獻

[1]李一平,杜成勛,陳永瓊,等.攀枝花太陽能源評價[J].高原山地氣象研究,2009(1):44-49.

[2]王林,陳正洪,成馳.太陽能開發利用氣象保障服務進展綜述[J].太陽能，2015(11):9-13.

[3]李芬,陳正洪,段善旭,等.太陽能資源開發利用及氣象服務研究進展[J].太陽能,2014(3):20-25.

[4]韓世濤,劉玉蘭,劉娟.寧夏太陽能資源評估分析[J].干旱區資源與環境,2010,24(8):131-135.

[5]郝斌,李現輝.太陽能光伏建筑一體化探討[J].建設科技，2009(20):32-34.

[6]董葉莉,黃中偉.光伏建筑一體化結合形式的探討[J].建筑節能，2013(6):34-36.

[基金項目]四川省教育廳太陽能技術集成應用實驗室基金項目(項目編號:SZjj2014-023)

[作者簡介]孫金坤(1975～)，男，碩士，副教授。

【中圖分類號】TU241.91

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2016-03-28