以“光耀我能”為主題的中國(guó)國(guó)際太陽(yáng)能十項(xiàng)全能競(jìng)賽2021巡回路演第二站,近日在徐州舉辦,來(lái)自中、美、法等十國(guó)的30所高校的參賽團(tuán)隊(duì)參與十項(xiàng)指標(biāo)評(píng)比和公眾展示。這一國(guó)際性大學(xué)生建筑科技競(jìng)賽有太陽(yáng)能“奧林匹克”和綠色住宅“世博會(huì)”之稱(chēng),競(jìng)賽要求每個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)、建造并運(yùn)行一棟以太陽(yáng)能為能源的高性能全尺寸房屋,依托十項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)比來(lái)選出優(yōu)秀作品。
作為世界頂尖的綜合性建筑設(shè)計(jì)比賽,一直是探索未來(lái)人居生活的風(fēng)向標(biāo)。大賽上,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)與波蘭克拉科夫AGH科技大學(xué)聯(lián)合代表隊(duì)設(shè)計(jì)“零能耗建筑”——太陽(yáng)能綠色建筑木質(zhì)模型,憑借預(yù)賽階段的優(yōu)異表現(xiàn)和出色的設(shè)計(jì)方案,正式入選SDC2021競(jìng)賽的決賽圈,并將于今年9月份在張家口正式實(shí)施建造,完成后將作為張家口國(guó)家級(jí)可再生能源示范區(qū)應(yīng)用技術(shù)產(chǎn)業(yè)園的一部分,服務(wù)于2022年北京冬奧會(huì)。
傳統(tǒng)建筑物一直存在著數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、模型精細(xì)化程度等方面的不足,大量使用電氣設(shè)備,能源使用時(shí)段途徑分配不合理,以及建筑體量不斷增大等相關(guān)原因,致使建筑產(chǎn)生巨大能耗,也越來(lái)越引起人們的關(guān)注和重視。
面對(duì)我國(guó)“碳中和”“碳達(dá)峰”的目標(biāo),推進(jìn)可再生能源、清潔能源的使用,已成為未來(lái)新能源模式的重要方向。建筑行業(yè)作為碳排放量相對(duì)較大的行業(yè)之一,探索一種新型的以清潔能源為主要能量來(lái)源,甚至完全依靠清潔能源維持所需能耗的綠色節(jié)能的建筑模式,已成為未來(lái)可持續(xù)建筑的關(guān)鍵。
建筑的綠色節(jié)能首先應(yīng)從建筑能源應(yīng)用的場(chǎng)景出發(fā),降低日常生活能耗。聯(lián)合團(tuán)隊(duì)從建筑自身設(shè)計(jì)思考,以采暖、照明、通風(fēng)、制冷等建筑功能為出發(fā)點(diǎn),在建筑設(shè)計(jì)之初就達(dá)到一種低能耗的效果,例如,增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能、降低建筑的體型系數(shù),增加采光環(huán)境,以達(dá)到低耗能的效果。聯(lián)合團(tuán)隊(duì)還采用硅存儲(chǔ)技術(shù)墻,可根據(jù)季節(jié)對(duì)墻體進(jìn)行改變,以達(dá)到保溫和儲(chǔ)能的效果。
此外,從建筑能源的來(lái)源角度綜合高效利用清潔能源,也是重點(diǎn)思考方向。聯(lián)合團(tuán)隊(duì)充分利用太陽(yáng)能光伏板和太陽(yáng)能集熱器,為整個(gè)建筑提供電能和熱。對(duì)于利用太陽(yáng)能的天氣制約因素,團(tuán)隊(duì)則采用定日鏡和地下儲(chǔ)能兩種方式來(lái)提高能量的收集和存儲(chǔ)效果。
所謂定日鏡,是一個(gè)球體中間有一面鏡子,主要功能是將其放在住宅周?chē)?,通過(guò)自動(dòng)調(diào)整鏡面折射太陽(yáng)光,來(lái)給住宅的光伏板和集熱器進(jìn)行補(bǔ)光,提高能量的收集效率,其本身也能自動(dòng)發(fā)出燈光,提高住宅周邊的景觀效果。此外,充分采用地埋管,將太陽(yáng)充足時(shí)所產(chǎn)生的富裕能量存入地下,利用土壤進(jìn)行儲(chǔ)能;當(dāng)天氣不理想,能量不足以支持建筑的正常能量使用時(shí),將土壤儲(chǔ)能提取出來(lái)以供建筑使用。
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,人們對(duì)居住環(huán)境的要求會(huì)越來(lái)越高,建筑的智能化、綠色化必定是未來(lái)的趨勢(shì),而在建筑的綠色節(jié)能方面,如何充分利用太陽(yáng)能將成為建筑行業(yè)重點(diǎn)研究的方向之一。
(作者系中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教授)