太陽能技術在城市建筑中的應用綠色建筑節(jié)能技術集成示范道格拉斯零能耗別墅

太陽能技術在城市建筑中的應用綠色建筑節(jié)能技術集成示范道格拉斯零能耗別墅

網(wǎng)格村是由美國共同開發(fā)的項目，總面積為1252公頃。該建筑以“零能耗”為設計建造標準,綜合運用了太陽能熱水、太陽能制冷采暖、太陽能鵝卵石跨季節(jié)蓄能、太陽能煙囪、地源熱、太陽能光伏發(fā)電、被動式太陽房、溫屏節(jié)能門窗、高效圍護保溫體系、建筑外遮陽、無線遠程監(jiān)控等多項建筑節(jié)能技術。項目2007年開始策劃設計2010年竣工完成,建筑主體設計風格采用了中國古代園林建筑形式,由于其獨特的建筑風格與先進的太陽能技術,使其成為中國傳統(tǒng)園林建筑與現(xiàn)代太陽能技術結(jié)合的典范之作。1太陽能集熱組件與屋面成濕太陽能集熱器和光伏組件安裝在樓體屋頂南向屋面,不破壞建筑的整體結(jié)構(gòu),屋面設計顏色與太陽能集熱組件顏色一致,使太陽能集熱組件與建筑屋面相輔相成渾然一體。二樓采光頂使用光伏組件代替屋頂,形成光伏與建筑材料集成產(chǎn)品,既可以做建材,白天透過太陽光,進行室內(nèi)照明,又能利用太陽能發(fā)電,實現(xiàn)了太陽能與建筑的完美結(jié)合。2太陽能集熱系統(tǒng)的運行原理道格拉斯別墅安裝太陽能集熱器的面積為139.5m2,年平均日集熱量為1308.5MJ。太陽能主要為生活熱水、夏季太陽能制冷、冬季太陽能采暖及春秋季太陽能煙囪提供所需要的熱量。空調(diào)制冷機組設計選用了一臺雙能源溴化鋰吸收式機組。太陽能集熱系統(tǒng)和溴化鋰吸收式機組及末端空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合組成了太陽能空調(diào)系統(tǒng)。太陽能集熱系統(tǒng)夏季為溴化鋰吸收式制冷機組提供溴化鋰再生所需要的熱源,冬季直接用于采暖,并全年為別墅提供生活熱水。春秋季節(jié)多余的太陽能熱量通過地下鵝卵石蓄能室進行跨季節(jié)蓄能,在冬季時提取所蓄存的能量進行采暖。運行原理如圖1。(1)春秋季。太陽能以滿足建筑生活熱水和太陽能煙囪用熱為主。剩余大量的熱量通過鵝卵石蓄能技術蓄存到蓄能室,進行跨季節(jié)蓄能到冬季時提取出進行供暖。(2)夏季。太陽能集熱系統(tǒng)為溴化鋰吸收式制冷機組提供溴化鋰再生所需要的熱量,使溴化鋰制冷機組進行制冷循環(huán)過程,產(chǎn)生出冷凍水供給室內(nèi)空調(diào)末端。夏季優(yōu)先采用太陽能熱水驅(qū)動的吸收式制冷機組供應空調(diào)系統(tǒng)日常冷負荷,當系統(tǒng)負荷過大或太陽能不足時,使用地源冷水進行供冷,在地源冷水仍不能滿足負荷要求時采用常規(guī)能源天然氣為吸收制冷機組提供能源進行供冷。(3)冬季。首先采用太陽能滿足建筑采暖熱負荷,當太陽能不足時,使用蓄能室中蓄存的熱量進行供暖;當太陽能與蓄能室中的能量均不能滿足建筑采暖負荷時,使用地熱能進行采暖,當以上三者均不能滿足采暖負荷時使用常規(guī)能源加熱供暖。3太陽能蓄能室鵝卵石主要化學成分是二氧化硅,其次是少量的氧化鐵和微量的錳、銅、鋁、鎂等元素及化合物,有黑、白、黃、紅、墨綠、青灰等多種顏色。鵝卵石導熱系數(shù)為2.2W/mK,熱擴散速率為11.3×10-7m2/s,比熱容為0.92kJ/kg.K,密度為2500kg/m3。本建筑選用了鵝卵石作為蓄能材料,儲存太陽能系統(tǒng)中多余的熱量。鵝卵石存放在道格拉斯別墅兩個地下80m2蓄能室中,蓄能室高4.2m。蓄能室的地面、屋頂及四周墻體采用擠塑保溫板進行保溫,防止熱量散失。在鵝卵石中間布置有DN32的不銹鋼管,不銹鋼管間距為300mm,在春秋季太陽能能量多余通過不銹鋼管將熱量送入蓄能室,在夏冬季節(jié)太陽能熱量不足時,不銹鋼管將熱量從蓄能室中導出。4春秋季通風在道格拉斯別墅北屋面安裝有兩個太陽能煙囪,主要用于春秋季室內(nèi)通風。別墅內(nèi)的衛(wèi)生間排風道與太陽能煙囪連接在一起,太陽能煙囪利用太陽能產(chǎn)生的熱量加熱空氣,室內(nèi)形成對流,加速室內(nèi)通風,改變室內(nèi)的溫度及空氣品質(zhì)。5太陽能單晶硅電池組件光電組件采用單晶硅電池組件,共布置116塊,總功率20.88kW,年發(fā)電量25657.3kWh。太陽能單晶硅電池組件,采用斜屋頂模塊化的安裝方式,美觀大方。采用用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電,經(jīng)過逆變器逆變后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電。6玻璃照在陽光間該別墅共有12個陽光間,主要用于冬季采暖。在冬季陽光透過玻璃照在陽光間內(nèi),陽光間里的熱量通過與室內(nèi)相通的門傳到室內(nèi),到晚上把門關閉以防止室內(nèi)熱量散出。在夏季采用建筑外遮陽裝置進行外遮陽,遮擋外部太陽能光進入室內(nèi)減小空調(diào)冷負荷。7基面膠漿裝飾效果道格拉斯別墅全部采用外保溫,保溫層采用10cm厚保溫苯板。采用的墻體外保溫體系使用具有較強防水功能的粘結(jié)劑將保溫層、玻璃纖維與抹面膠漿粘合在一起,目的是增強整個系統(tǒng)牢固性并傳遞、分散系統(tǒng)應力;飾面層為建筑物提高附著力和遮蓋力,調(diào)節(jié)基面吸收能力。最外層的飾面罩面層具有裝飾保護性、柔軟防水性、透氣性、抗沖擊性、耐紫外和耐惡劣氣候性等特性。通過外墻外保溫系統(tǒng),大大降低了大廈外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù),提高了建筑墻體的隔熱能力,從而減小了大廈夏季和冬季的空調(diào)能耗。8溫屏節(jié)能門診的特點別墅的所有外圍護結(jié)構(gòu)的門窗均采用具有顯著節(jié)能效果的溫屏玻璃門窗,溫屏節(jié)能門窗是一種光學和熱學性能優(yōu)越的中空低輻射鍍膜玻璃門窗,采用A+12+A最佳結(jié)構(gòu),傳熱熱阻大,傳熱系數(shù)低。溫屏節(jié)能門窗具有隔熱、隔音及防霜露三大特點。隔熱:在門窗玻璃壁上鍍有一層選擇性吸收涂層,對波長范圍4.5~25微米的遠紅外線有較高的反射比,夏季阻擋熱量進入室內(nèi),冬季防止室內(nèi)熱量散失,使室內(nèi)冬暖夏涼。雙層玻璃中空層充有氬氣,大大減小了門窗的傳熱系數(shù);隔音:雙層玻璃中空層充有的氬氣,縮減聲音的傳播速度,使聲音強度大大減弱,可降低噪聲36分貝;防霜露:溫屏節(jié)能玻璃露點是零下40度,冬天窗戶上不會結(jié)霜露,消除了窗戶的冷輻射區(qū)。9調(diào)節(jié)葉片升降和扭轉(zhuǎn)別墅采用了兩種外遮陽方式,一二層采用了升降百葉遮陽技術?？梢酝ㄟ^遙控器對管狀電機翻轉(zhuǎn)的控制實現(xiàn)百葉片的升降和翻轉(zhuǎn),達到遮陽、采光的目的。光線可在0~90°之間任意調(diào)節(jié),視線可實現(xiàn)0~100%全區(qū)域控制。三層采用了不規(guī)則板式遮陽技術,根據(jù)需遮光區(qū)域形狀的不同,采用不同規(guī)格的遮陽板在同線位置用連桿串聯(lián),通過遙控控制電機的伸縮,實現(xiàn)葉片的同