谈高层公共建筑设计太阳能应用

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【摘要】随着科技的进步，太阳能的利用逐渐得到重视，特别是要求将中国建设成为和谐美丽的现代化国家后，太阳能被评价为极好的绿色能源应用，将太阳能设备安装在能够充分吸收阳光的高层建筑上，具有节约能源、绿色环保的优势，符合国家对环境保护的要求，并且在高层建筑中使用太阳能能够弥补高层建筑能耗大的缺点，为高层公共建筑提供大量的太阳能，这些能量被用于建筑内电、热等能量所需。本文结合高层建筑的特点，探讨在设计高层建筑时对太阳能的利用，做到最大化将太阳能应用在建筑内能量的提供，目标为将太阳能应用在办公生活用水的加热，太阳能制冷、制热、发电。所以在高层公共建筑中设计使用太阳能对减少能耗，节约资源，保护环境意义重大。

【关键词】太阳能；办公建筑；设计

引言

随着人口数量的不断增加，越来越多的人流向城市，并且“十四五”将振兴乡村定为重要工作，这势必会对高层公共建筑起到推动作用。但是高层建筑的高能耗又与建设美丽中国的战略有所冲突，所以这一矛盾推动了太阳能技术的进步，太阳能技术在城市高层公共建筑快速发展的同时，避免了绿色环保行动按下暂停键。太阳能作为一种新能源用在高层公共建筑，但是在其应用的过程中由于后期的维护不满足条件，导致太阳能的使用效率有所损失，所以在进行高层公共建筑设计时需要进行太阳能系统的设计，特别注重太阳能的生态设计，例如高层建筑的形态、间距、太阳能的摆放角度、摆放间距等。太阳能的存在和使用，同高层建筑在地球上获得太阳能所需的时间是一致的。

1高层公共建筑的能耗特点及节能现状

1.1节能设计挖潜不足

高层公共建筑其自身的特点就为能源的高效利用设置了障碍，例如其体量大，不利于通风，为空调系统加大了负荷，人员流动范围程度大，部分人员又工作集中使得公共空间宽广，不利于能量的保存，同样加大了能量的利用负担，使能量急速流失，造成浪费。因此在高层公共建筑楼中应用太阳能技术潜力巨大，随着太阳能技术的不断发展，越来越成为能量高效收集利用的必备技术，所以在进行设计时，通过科学合理的太阳能设计，可为高层公共建筑能量利用带来很大效益。但是目前存在应用案例不足，设计经验缺乏，致使节能设计仍有很大的挖掘需要。

1.2建筑设计对节能策略重视不足

当下，很大一部分的建筑由于设计上“先进的不足”，部分设计人员在能源设计，特别是太阳能利用设计上重视不足，导致高层公共建筑能量消耗不合理，仍表现为高消耗、低利用效率。后期通过二次施工，或者改造建筑的方式进行能源的利用设计，这样不仅加大了企业的成本投入，还提高了削弱了能源的效率，所以应在设计之初就将太阳能的部分进行规划，为建筑提供良好的能源利用基础，提高工作效率，降低投入成本，加大能源利用。

1.3建筑设计层面节能没有得到重视

设计师在进行能量利用规划时通常将注意力放在照明系统设计，空调路线设计上，在这些方面确实将能量的利用效率提高了，并且实现了部分节能的效果，但是设计师很少将能量来源的相关设计进行规划，没有对设备的方面进行考虑，仍然存在效率不高的情况。

1.4过于强调节能评估结果

建筑节能往往注重节能评价，评价结果是判断建筑节能优劣的唯一标准，在这种模式下，也存在“重成果轻现实”的现象。节能评价虚假的现象，主要是由于过于关注国家关于建筑节能的标准，导致在进行节能评价时，对于不达标的部分进行数据修改。通过所谓的“静态”和“动态”评价，任何高层建筑的设计都可以通过节能评价的要求，导致评价结果中存在许多虚假成分，这与建筑节能工作的最根本目的是背道而驰的。

2高层公共建筑设计中太阳能的应用

2.1建筑总平面设计中的太阳能应用

在总体规划设计中，将设计和周围的环境进行整体分析，例如在进行设计时应考虑影响太阳能采光的因素，要求设计师应充分考虑太阳射线的角度，前后建筑的影响以及太阳能的高度，摆放位置、角度等，在对太阳能所在的整个生态中考虑充分利用自然条件进行太阳能的收集。在进行设计时还应考虑所在建筑的朝向等因素。设计安装太阳能时有以下几点需要注意，首先，太阳能装置应朝向南方，有合适的间距避免遮挡，摆放角度应与太阳辐射垂直，最大化应用太阳能。合理的场地设计不仅为人们提供了适宜的居住环境，并且极大化利用了自然能量。太阳能节能设计和应用如图1所示。

2.2建筑采光设计

通过在传统窗上增加高窗，在高窗和低窗之间设置反射板，这一设计可以最大化增加阳光的收集与利用。通过观察分析，此方法可以增加阳光时长1.5h，但是也不能只追求最大化接触阳光，并不注意太阳能设备的保护，所以在安置太阳能时必要设置遮阳板，进行保护设备。图2为建筑照明概念图。2.3太阳能空调的应用在高层公共建筑中空调的能耗量非常大，通过太阳能的使用可以减缓资源消耗。空调有两种工作模式：制冷和制热。在太阳能制冷中使用的技术是吸收式制冷，通过化学药剂的吸收制冷或者通过化学剂的蒸发作用进行制冷制热工作机制，是通过太阳能集热系统对空气或者水进行制热散发热量达到制热的目的。

2.4太阳能发电

太阳能发电技术是利用半导体进行化学作用，产生电荷的移动进而产生电流。产生电能后最重要的技术是如何进行电能的储存，即太阳能电池，通过将一组太阳能电池板建成整块模块，通过广电转化装置进行储能，图3显示了高层建筑楼的太阳能发电系统。

3太阳能与高层建筑一体化的发展方向

如今，建筑物的室温调节使得高层建筑消耗了大量的能源。在中国，它占建筑总能耗的70%左右。使用空调和煤来控制房间的温度不仅会消耗能源，还会给外界带来环境污染，无法给室内人员带来健康的环境条件。在太阳能供暖方面，除了造价高的被动式太阳能住宅外，还有部分示范建筑，但应用并不广泛。由于成本高，太阳能的供应与中国的经济发展相距甚远。因此，结合能源独立的想法和被动能源建设与太阳能和传统能源的想法，根据房间的功能，通过不同方案的合作和交叉，可以大大减少太阳能的投资成本和操作，当太阳能应用于建筑功能，降低成本可以使整个解决方案具有商业意义。高层建筑的设计应考虑太阳能供电设备对气象条件和辐射条件的依赖性，这就要求我们准确预测建筑物的能源负荷，只有这样，才能成为设备投资和节能的最佳选择。目前，太阳能在建筑节能中的应用和发展必须有一定的适应策略。主要包括：①综合利用成熟的被动式太阳能技术和现代太阳能光伏太阳能热技术；②保温维修结构技术与自然通风照明技术有机结合；③传统建筑结构与现代技术、概念的融合；④初始投资与生命周期投资的平衡；⑤将生态驱动设计理念融入传统建筑设计，综合考虑区域气候特征、经济发展、气候变化等因素。这五个方面的综合应用是我国发展环保节能建筑产品应考虑的指向标。

4结语

随着科技的进步，人们的环境保护意识逐渐提升，越来越重视自然资源的利用，在太阳能资源方面应用范围不断拓宽，现在已经形成了太阳能发电、太阳能制冷制热技术等，高层建筑由于其建筑特点需要对太阳能的设计进行优化，充分利用。在高层建筑设计利用太阳能的发展前景良好，能够成为推动建设美丽中国的有力举措。

参考文献

[1]裘鞠，赵天伦.浅析长春市办公建筑中太阳能技术的应用[J].建筑安全，2017，32（1）：75-77.

[2]石鹏.基于绿色建筑评价标准的办公建筑设计研究[D].北京：北方工业大学，2016.

[3]葛小榕.寒冷地区低碳建筑方案阶段设计方法研究[D].大连：大连理工大学，2016.

作者：刘建军 单位：合肥工业大学设计院（集团）有限公司