以“光耀我能”為主題的中國國際太陽能十項(xiàng)全能競賽2021巡回路演第二站,近日在徐州舉辦,來自中、美、法等十國的30所高校的參賽團(tuán)隊(duì)參與十項(xiàng)指標(biāo)評比和公眾展示。這一國際性大學(xué)生建筑科技競賽有太陽能“奧林匹克”和綠色住宅“世博會”之稱,競賽要求每個團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)、建造并運(yùn)行一棟以太陽能為能源的高性能全尺寸房屋,依托十項(xiàng)指標(biāo)的評比來選出優(yōu)秀作品。
作為世界頂尖的綜合性建筑設(shè)計(jì)比賽,一直是探索未來人居生活的風(fēng)向標(biāo)。大賽上,中國礦業(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家級可再生能源示范區(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。
傳統(tǒng)建筑物一直存在著數(shù)據(jù)監(jiān)測、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,也越來越引起人們的關(guān)注和重視。
面對我國“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,已成為未來新能源模式的重要方向。建筑行業(yè)作為碳排放量相對較大的行業(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)還采用硅存儲技術(shù)墻,可根據(jù)季節(jié)對墻體進(jìn)行改變,以達(dá)到保溫和儲能的效果。
此外,從建筑能源的來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)充分利用太陽能光伏板和太陽能集熱器,為整個建筑提供電能和熱。對于利用太陽能的天氣制約因素,團(tuán)隊(duì)則采用定日鏡和地下儲能兩種方式來提高能量的收集和存儲效果。
所謂定日鏡,是一個球體中間有一面鏡子,主要功能是將其放在住宅周圍,通過自動調(diào)整鏡面折射太陽光,來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,將太陽充足時所產(chǎn)生的富裕能量存入地下,利用土壤進(jìn)行儲能;當(dāng)天氣不理想,能量不足以支持建筑的正常能量使用時,將土壤儲能提取出來以供建筑使用。
隨著社會的不斷發(fā)展,人們對居住環(huán)境的要求會越來越高,建筑的智能化、綠色化必定是未來的趨勢,而在建筑的綠色節(jié)能方面,如何充分利用太陽能將成為建筑行業(yè)重點(diǎn)研究的方向之一。
(作者系中國礦業(yè)大學(xué)教授)