寒地便攜式保溫節(jié)能車庫的研發(fā)

李曉嵩

（黑龍江建筑職業(yè)技術學院，黑龍江 哈爾濱 150008）

在我國住房和城鄉(xiāng)建設部“十四五”規(guī)劃中，建筑節(jié)能和綠色建筑革命成為建筑業(yè)發(fā)展的六大目標之一，寒地建筑冬季保溫耗能巨大，采暖過程中碳排放量大、對環(huán)境大氣污染較大，傳統保溫技術措施能效轉化率偏低，因此寒地建筑保溫節(jié)能研究已經刻不容緩，成為當前建筑設計、技術創(chuàng)新、產品研發(fā)的前沿領域。

隨著我國經濟地位的提升，目前我國已經成為汽車制造與消費的第一大國，截至2021年年底，我國私家車保有量突破2億輛，停車問題日益突顯，高質量車庫建設缺口加大，嚴寒地區(qū)停車問題尤為突出，冬季戶外停車無論是對車輛本身還是駕駛體驗都會產生較大影響，低碳、低能耗的保溫節(jié)能車庫設計建設問題亟待解決。

黑龍江省地屬嚴寒地區(qū)，目前私家車保有量接近700萬輛，停車存車方式主要有3種：（1）地上集中立體停車場停放；（2）地下車庫停放；（3）地面停放。到了冬季汽車戶外停放由于長時間低溫與霜雪的自然侵害，對車輛使用壽命、使用安全影響較大，因此一到冬季暖庫停車需求倍增。

集中立體保溫停車場由于占地面積大、投資高等問題目前數量較少；住宅小區(qū)地下車庫車位有限租金較高、商場單位地下暖庫同樣存在費用高取車不便等問題。而戶外停車受氣候影響極大存在問題更多，以哈爾濱為例，冬季最低溫度低于-30℃，冷啟動對汽車傳動系統、變速箱傷害較大，用車需提前預熱，費時費力；駕駛室溫度過低影響駕駛舒適感；如遇冰雪天氣會對車輛造成物理傷害與車體污染加速車體老化等問題，但大多數車主出于使用方便與經濟考慮無奈只能被動選擇露天停車。能不能充分利用大量的地上停車這位，通過技術創(chuàng)新，使其具備保溫車庫的性能，同時又具有靈活環(huán)保節(jié)能的屬性呢？經過3年相關橫向課題的研究，課題組創(chuàng)新研發(fā)了寒地便攜式保溫節(jié)能車庫，很好地解決了上述問題。產品已經進入試生產階段。寒地便攜式保溫節(jié)能車庫包含便攜式車庫結構系統、被動式寒地節(jié)能車庫輔助系統、共享車庫App系統3部分。

1 便攜式車庫結構系統

目前，戶外停車為了保護車輛夏季防曬，冬季保溫多采用柔性車衣防護，車衣使用便攜靈活能簡單防雨防塵防曬，但在防冰雪、保溫隔熱等方面就遠不及車棚車庫這類硬性車體防護的效果。經過調研比對，我們設計出了可拆卸的半圓形傘棚骨架式車庫。

1.1 可拆卸的半圓形傘棚骨架結構研究

支撐結構采用一種剛柔結合可自由開啟的鋼架結構支撐形式。12架U型可拆卸主骨架由φ6的DN50無縫鍍鋅鋼管分部栓接，通過底架與側向支撐構建起完整地結構支撐系統（圖1）。骨架結構結合寒地建筑荷載計算需求，進行了抗壓、抗剪、風荷、雪荷等相關結構設計與驗算。

圖1

（1）骨架荷載抗剪力計算：

經過結構驗算，主骨架體系在風荷載、雪荷載、骨架抗剪、螺栓群抗剪等方面完全符合使用需求，通過蒙皮材料將骨架連接實現庫體的空間閉合。結構系統中段門式骨架固定于地面，兩側五架主骨架彈相互間簧連接，根部同心栓接于中段門式骨架根部并且通過鏈條式機械傳動裝置與實現兩側棚架的自由開合。這樣就解決了車輛從不同方向進入車庫存放的需要。可拆卸、可分離的結構工藝特點使庫體具備了異地安置組裝簡便靈活的特點，一個人2h左右即可安裝使用。

1.2 蒙皮保溫結構

寒地便攜車庫的開發(fā)得益于寒地被動式建筑近幾年來取得的實踐成果。結合寒地建筑保溫節(jié)能的實際需求，構建不依賴主動能源供給，僅依靠自身耗能，完全通過車庫自身的空間形式、圍護結構、建筑材料與構造的設計來實現建筑節(jié)能保溫以及創(chuàng)造車庫內部舒適的物理環(huán)境需求。被動式建筑要求建筑氣密性良好、良好的保溫隔熱性、良好的通風及可再生能源的利用效率。

在本車庫的設計研發(fā)中，采用了庫體內外雙層蒙皮設計，完全阻斷熱橋的產生，結合半環(huán)狀直接落地的結構特征實現了庫體的良好密閉性，N50≤0.6/h。外層材料采用隔熱保溫效果極佳的雙層硅膠阻燃布內夾50厚巖棉整體設計，硅膠布在防火、阻燃、防水、抗凍等方面有著極佳的材料表現，與巖棉復合后創(chuàng)新出的這種新型柔性保溫材料，氣候耐受溫度在-60～250℃，熱阻值達到1.25㎡K/W。蒙皮結構的內層采用帶有及反射膜的阻燃保溫布（圖2）。蒙皮材料與結構支撐通過若干連接節(jié)點柔性連接，實現了對庫題的密閉包裹，形成了內外雙層保溫系統，良好的保溫性能實現了對車體自散熱的有效回收利用，經過冬季試室外24h使用實際檢測，當室外溫度達到-18℃時，在沒有任何輔助加熱情況下其內部溫度達到4℃，完全滿足設計的要求。由于蒙皮結構隔熱效果良好，夏季使用也能很好地解決日曬造成的車內溫度過高、車輛內飾加速老化的問題。

圖2

2 被動式寒地節(jié)能車庫輔助系統

（1）太陽能供電系統。車庫的輔助電力來源，依賴蒙皮結構上設置的光伏太陽能板，這種覆蓋在庫身外側的柔性非晶硅薄膜太陽能板，器件總厚度約100um左右(含封裝層)，功率重量比可達到500W/kg以上，光伏太陽能板通過DC/AC轉換器將電能存儲至蓄電池，蓄電池為加熱器、照明系統、空氣調節(jié)系統、網絡智能系統供電，柔性非晶硅薄膜太陽能技術，通過太陽能蓄電池實現光能的綠色轉換，材料的實驗室效率達10.8%，實現了清潔能源的高效利用。

（2）尋車照明系統。由庫內、庫外LED智能燈具及附屬設備組合完成，LED燈比傳統照明燈具節(jié)電60%以上，而且壽命長，是綠色光源。庫外照明主要完成尋車功能，及夜間戶外照明任務。當車主利用汽車鑰匙尋車時，庫外燈具聯動亮起，規(guī)律閃爍完成提示尋車任務，當車主距離車庫在5m距離范圍時貼附在外蒙皮材料上的LED智能感應燈亮起完成車庫外圍3m范圍內的有效照明任務；當庫體使用開合啟動時，貼附在內蒙皮材料上的LED智能感應照明燈啟動，滿足汽車庫70Lx的照度要求，實現庫內的即時照明需求。

（3）被動式空氣調節(jié)系統。主要包括通風換氣、空氣清潔、溫濕度調控等，在設計研發(fā)中借鑒被動式建筑物先進經驗采用零能耗的物理調控技術，將設備集中設于庫體中部的固定骨架上，雙層蒙皮結構的中空夾層中，這樣做不僅使結構固定更加牢固，也實現了設備的集成隱蔽需求。在內外兩層蒙皮材料適當位置錯位開設可調控開合的通風洞口，利用室內外的溫度差來實現庫內空氣的物理流通，通過洞口開合面積的調控控制風量，形成高效帶熱回收的新風系統，實現車輛夏季的及時散熱，冬季停車后汽車散熱的熱量回收（圖3）。

圖3

便攜式迷你空氣凈化設備實現可空氣的清潔與溫濕度的調控，設備規(guī)格大小200×200×200mm，重量僅為0.8kg的球型設計，HEPA濾網對直徑為0.3微米以上顆粒有99.99%的過濾功效，有效祛除揮發(fā)性有機化合物甲醛、甲苯、硫化氫、氯苯和空氣中的污染物,除臭效率可達到95%以上。實現了庫體封閉后由于汽車尾氣、汽油揮發(fā)等造成的庫內空氣污染，平衡室內的溫濕度。被動式空氣調劑系統經過現場實地測試在輔助加溫（通過庫體內表皮金屬隔熱反射底層上敷設電熱膜）的工作狀態(tài)下，冬季車庫內部的溫度比正常溫度提升達到15℃，當室外溫度達到-30℃時，庫內溫度依然可以恒定在0℃以上，滿足了汽車冷啟動以及駕駛員對舒適性的要求。

（4）網絡智能系統的開發(fā)實現了車庫通過智能電子集成器實現對車庫各分項系統進行模塊化管理，包括庫體自動開合、內外照明、輔助加熱、空氣調節(jié)、遠程遙控等功能的管理模塊，集成器固定于庫體中部豎向結構構件之上，通過傳感裝置，根據設定參數自動智能協調各分管系統運轉，同時，可以通過手機APP對集成器進行遠程遙控，實現時時監(jiān)控。

3 共享車庫App系統

隨著“互聯網+”的社會經濟的快速發(fā)展，共享城市已經成為今后城市發(fā)展的趨勢，保溫節(jié)能車庫能很好的解決冬季停車場戶外停車的安全、舒適、保溫、防護要求。其具有施工安裝方便靈活、不增加原有車位面積、冬季保溫性能優(yōu)越、智能環(huán)保等優(yōu)點，非常符合目前的戶外公共收費停車場的改造升級的需要。通過手機智能App軟件，可實現就近停車、車位預定、遠程遙控、實時監(jiān)控、電子付費等全方位的共享使用服務，為共享城市的發(fā)展提供了新的服務方向（圖4）。目前，寒地便攜式保溫節(jié)能車庫已進入試生產階段，通過使用驗收。各項指標達到或超過了相關標準的要求，技術研發(fā)成果獲得多項國家專利。項目的成功研發(fā)為我國寒區(qū)冬季戶外停車提供了一個可行的解決方案，為城市共享經濟的發(fā)展拓展了一個新的領域。

圖4