商場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)中的太陽(yáng)能利用探討

[摘 要] 太陽(yáng)能利用技術(shù)與商場(chǎng)建筑的結(jié)合在節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)方面有著非常重要的意義，發(fā)展前景廣闊，但是目前我國(guó)的太陽(yáng)能在商業(yè)建筑中的應(yīng)運(yùn)卻十分有限，缺乏有價(jià)值的實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)。筆者就太陽(yáng)能技術(shù)在商場(chǎng)中的應(yīng)用提出自己的看法和見(jiàn)解。

[關(guān)鍵詞] 太陽(yáng)能 商場(chǎng)建筑 一體化設(shè)計(jì)

商場(chǎng)建筑在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著非常重要的作用，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，我國(guó)商業(yè)建筑的面積日趨增大，商業(yè)建筑的能耗問(wèn)題日益凸現(xiàn)出來(lái)，根據(jù)商業(yè)建筑的能耗調(diào)查統(tǒng)計(jì)，設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)的商業(yè)建筑每年的能源消耗費(fèi)用接近150元每平方米，全國(guó)各地的商場(chǎng)每年消耗著大量的能源。在全社會(huì)都在關(guān)注生態(tài)和節(jié)能的大背景下，商業(yè)建筑的節(jié)能問(wèn)題正引起社會(huì)各界的關(guān)注。商業(yè)建筑節(jié)能主要技術(shù)途徑包括兩個(gè)方面：一是節(jié)流，即提高供暖、空調(diào)系統(tǒng)效率和減少建筑本身所散失的熱能;二是開(kāi)源，即開(kāi)發(fā)利用新能源。

從上世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著“可持續(xù)發(fā)展”的觀念逐漸深入，太陽(yáng)能逐漸受到世界各國(guó)的關(guān)注。太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量，與礦物能源相比太陽(yáng)能有明顯的優(yōu)越性。它取之不盡，適用范圍廣，也不產(chǎn)生環(huán)境污染，是一種可持續(xù)使用的綠色能源。本文章從場(chǎng)地規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)角度對(duì)商場(chǎng)的太陽(yáng)能利用進(jìn)行探討。

一、結(jié)合地理環(huán)境和氣候特點(diǎn)，在場(chǎng)地規(guī)劃階段引入太陽(yáng)能理念

任何建筑設(shè)計(jì)都必須立足于對(duì)周?chē)鷼夂蚣暗乩憝h(huán)境特征的分析和理解之上。我國(guó)地域遼闊，各地地理環(huán)境、氣候特點(diǎn)各自不同，太陽(yáng)能資源的分布有明顯的差異。根據(jù)氣象部門(mén)測(cè)量太陽(yáng)能年輻射量的大小，一般將大陸地區(qū)分為四個(gè)太陽(yáng)能輻射資源帶，太陽(yáng)能建筑設(shè)計(jì)必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟煌瑲夂驐l件及地理環(huán)境做出不同的應(yīng)對(duì)策略。同時(shí)太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用也應(yīng)結(jié)合地勢(shì)高差、周?chē)脖簧L(zhǎng)，環(huán)境狀況等自然地理特征，合理確定建筑的布局和形式，為充分利用太陽(yáng)能創(chuàng)造條件。使商場(chǎng)建筑在平面在布局上應(yīng)盡可能將長(zhǎng)邊做為南北方向。使集熱面處于正南方向±30度以?xún)?nèi)，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件地理位置做適當(dāng)調(diào)整，使之有更多的朝陽(yáng)面，便于進(jìn)行太陽(yáng)能利用。建筑的平面盡量利用集中式的圓形、扇形、方形等組合的方式進(jìn)行平面布局，減少建筑的體型系數(shù)，減少能量耗散。

二、商場(chǎng)設(shè)計(jì)中太陽(yáng)能技術(shù)的集成優(yōu)化

1.商場(chǎng)建筑的特點(diǎn)。商場(chǎng)(集貿(mào)市場(chǎng)），是指向社會(huì)供應(yīng)生產(chǎn)和生活所需的各類(lèi)商品的交易場(chǎng)所，主要是室內(nèi)百貨商場(chǎng)(店）、商業(yè)大樓、貿(mào)易中心、購(gòu)物中心、商城及大型集貿(mào)批發(fā)市場(chǎng)。商場(chǎng)與其他建筑相比有其自己的特點(diǎn):商場(chǎng)的功能性質(zhì)，決定了其位置往往處于城市繁華熱鬧的中心地帶，建筑擁擠、用地緊張，在緊張的用地條件和建筑內(nèi)部無(wú)嚴(yán)格日照要求的情況下，商業(yè)建筑往往有體量大、空間集中、外表面相對(duì)簡(jiǎn)潔、內(nèi)部進(jìn)深大等特點(diǎn)。同時(shí)為滿足消費(fèi)者的心理，吸引成千上萬(wàn)的顧客，經(jīng)營(yíng)決策者都非常注重形象，因?yàn)橥庥^時(shí)尚和通透的特點(diǎn)，外部常常使用大面積的櫥窗和玻璃幕墻，在商場(chǎng)內(nèi)部則設(shè)置上下透空的共享中庭。使購(gòu)物者有豐富而有情趣的空間感受。充分了解商場(chǎng)的空間和形體特征是下一步確立太陽(yáng)能利用方案的前提條件。

2.因地制宜，確定適宜的技術(shù)方案。太陽(yáng)能利用技術(shù)方案的確定是商場(chǎng)太陽(yáng)能利用設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)， 合理適宜的技術(shù)方案對(duì)降低成本和方便推廣有重要的現(xiàn)實(shí)意義。太陽(yáng)能技術(shù)在建筑領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用在多個(gè)方面，如采暖、熱水、通風(fēng)、降溫、發(fā)電、導(dǎo)光等。太陽(yáng)能從利用方式上分為主動(dòng)式、被動(dòng)式兩類(lèi)。使用機(jī)械裝置收集、蓄存太陽(yáng)能，并在需要時(shí)向房間提供熱能的建筑，被稱(chēng)為主動(dòng)式太陽(yáng)能利用;根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件，在基本不增加機(jī)械設(shè)備的條件下，通過(guò)建筑布局、構(gòu)造和材料等處理，使建筑本身能夠吸收、蓄存太陽(yáng)能，從而達(dá)到采暖、空調(diào)、供給熱水的目的，稱(chēng)為被動(dòng)式太陽(yáng)能利用。被動(dòng)式太陽(yáng)能利用由于不需要機(jī)械外力的驅(qū)動(dòng)，使用成本低、可操作性強(qiáng)而有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎诟鱾€(gè)商場(chǎng)的自然條件、商場(chǎng)的地理位置、經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)條件等各不相同，因而商場(chǎng)太陽(yáng)能利用技術(shù)方案的確定應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐木唧w條件，調(diào)動(dòng)多種技術(shù)手段，選擇不同層次的新技術(shù)，加以集成、配套和優(yōu)化。目前我國(guó)大部分地區(qū)都堅(jiān)持被動(dòng)優(yōu)先的原則。

三、太陽(yáng)能技術(shù)與商場(chǎng)建筑的一體化設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能與建筑的結(jié)合不是簡(jiǎn)單地在建筑完成之后再將太陽(yáng)能系統(tǒng)強(qiáng)加上去，而是把太陽(yáng)能系統(tǒng)作為商場(chǎng)建筑的一個(gè)有機(jī)組成部分，進(jìn)行太陽(yáng)能與建筑的一體化設(shè)計(jì)，在建筑設(shè)計(jì)中統(tǒng)一規(guī)劃，同時(shí)設(shè)計(jì)，同時(shí)施工，同時(shí)投入使用。在建筑的規(guī)劃布局，空間形式、材料構(gòu)造、建筑美學(xué)等方面使太陽(yáng)能與建筑取得協(xié)調(diào)。

1.太陽(yáng)能商場(chǎng)的一體化方案探討

(1)商場(chǎng)的被動(dòng)太陽(yáng)能技術(shù)利用。被動(dòng)式太陽(yáng)能利用是通過(guò)建筑朝向和周?chē)h(huán)境的合理布置，建筑內(nèi)部空間和外部形體的巧妙處理，以及建筑材料和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的恰當(dāng)選擇， 使房屋在冬季能集取、保持、儲(chǔ)存、分布太陽(yáng)熱能，從而解決建筑物的采暖問(wèn)題，同時(shí)在夏季也能遮蔽太陽(yáng)輻射，散逸室內(nèi)熱量，從而使建筑物降溫。其設(shè)計(jì)原則是南向立面有大面積的玻璃透光集熱面，房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)有極好的保溫性能。商場(chǎng)可以充分利用商場(chǎng)外立面上大面積展示櫥窗和玻璃幕的特點(diǎn)，在商場(chǎng)建筑向陽(yáng)的外墻上設(shè)太陽(yáng)房或太陽(yáng)墻，基本原理是主體結(jié)構(gòu)墻外通過(guò)玻璃或板材形成外層空氣層，在太陽(yáng)照射下，空氣層內(nèi)空氣被加熱，熱空氣上升形成氣流通過(guò)墻體上部的孔道進(jìn)入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度上升，達(dá)到室內(nèi)采暖的目的。同時(shí)室外的空氣由空氣層下部孔道補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，使室外空氣進(jìn)入室內(nèi)達(dá)到通風(fēng)換氣。夏季的時(shí)候，空氣層上部通向室外的孔道打開(kāi)，加熱的空氣上升形成氣流由上部排除，氣流帶走墻體上的積熱，并且由于風(fēng)壓作用商場(chǎng)內(nèi)的熱空氣由墻上的孔道排出，使商場(chǎng)內(nèi)溫度降低。冬季寒冷時(shí)，在結(jié)構(gòu)允許的前提下盡量擴(kuò)大南向采光玻璃的面積，以便經(jīng)可能多的采集日光，同時(shí)在滿足采光和通風(fēng)的條件下盡可能縮小北向窗戶的開(kāi)口，增加保溫性，避免熱量散失。夏季炎熱時(shí)，可采用主動(dòng)制冷，降低商場(chǎng)內(nèi)溫度，避免室內(nèi)外空氣的大量流通，空氣層內(nèi)通向商場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)道可以完全封閉。同時(shí)通過(guò)遮陽(yáng)手段避免陽(yáng)光熱能進(jìn)入室內(nèi)。商場(chǎng)內(nèi)的豎向中庭可以與太陽(yáng)能利用和被動(dòng)通風(fēng)結(jié)合在一起形成拔風(fēng)井。為了利于拔風(fēng)，豎井空間的形體空間比應(yīng)超過(guò)1∶3。頂部應(yīng)設(shè)通風(fēng)窗或通風(fēng)塔。商場(chǎng)面積大、人流量多，必要時(shí)可采用局部機(jī)械通風(fēng)。

(2)光伏技術(shù)利用。光伏技術(shù)就是通過(guò)陽(yáng)光照射光伏板（太陽(yáng)能電池板）發(fā)電，將光能轉(zhuǎn)化成電能的技術(shù)。目前商場(chǎng)的光伏應(yīng)用主要集中在光伏屋頂和光伏墻兩個(gè)方面，光伏墻是將電池與建筑材料相結(jié)合，構(gòu)成一種可以發(fā)電的建筑外墻貼面，既具有裝飾作用，有可為建筑提供電能，光伏電池還可以與各種玻璃組成特殊的玻璃幕墻，建筑既有玻璃幕墻的材料質(zhì)感又具有發(fā)電功能。光伏屋頂是將光伏電池作為光伏瓦與商場(chǎng)建筑的結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層一起構(gòu)成建筑的屋面。實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件與太陽(yáng)能構(gòu)件的一體化。商場(chǎng)由于地處鬧市區(qū)，周邊用地?fù)頂D，與其他建筑間距小，在墻面日照有限的情況下，發(fā)展光伏屋頂，更具有實(shí)際操作意義。

(3)太陽(yáng)能熱水技術(shù)利用。太陽(yáng)能的熱水技術(shù)利用已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，技術(shù)上相當(dāng)成熟，是太陽(yáng)能技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的的一種。熱水技術(shù)在商場(chǎng)中主要應(yīng)用在后勤服務(wù)部分。太陽(yáng)能熱水技術(shù)對(duì)集熱器的安裝角度朝向有一定的要求，需要考慮集熱器與建筑的整體結(jié)合以及集熱器對(duì)建筑外觀的影響。

2.商場(chǎng)與太陽(yáng)能設(shè)備的美學(xué)結(jié)合。設(shè)計(jì)中太陽(yáng)能設(shè)備構(gòu)件作為建筑的一部分與其他建筑構(gòu)件共同形成建筑的整體造型，因此太陽(yáng)能構(gòu)件與建筑構(gòu)件應(yīng)同時(shí)規(guī)劃、同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工。在初始設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到太陽(yáng)能系統(tǒng)對(duì)建筑外觀的影響，盡量取得太陽(yáng)能與建筑在功能和美學(xué)上的協(xié)調(diào)。太陽(yáng)能系統(tǒng)有嚴(yán)格的技術(shù)要求，比如采集器的面積、朝向角度、儲(chǔ)存箱的位置、管線的布置和保溫等等，這就使建筑在外形設(shè)計(jì)上受到很大制約，增加了設(shè)計(jì)難度。從一些試點(diǎn)項(xiàng)目上可以看到，幾乎都是采用樓頂部直接排列采集器的形式，單一而刻板，缺乏變化。這種片面強(qiáng)調(diào)技術(shù)而不顧建筑作為文化和美學(xué)載體的復(fù)雜性，在建筑外觀設(shè)計(jì)完成之后再把太陽(yáng)能系統(tǒng)強(qiáng)加上去的做法，雖然起到了節(jié)能的作用但卻破壞了建筑與太陽(yáng)能的一體化，影響到建筑的空間美學(xué)形態(tài)。

3.太陽(yáng)能與建筑構(gòu)造一體化。太陽(yáng)能系統(tǒng)作為建筑的一個(gè)子系統(tǒng)，與建筑同時(shí)進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)良好的太陽(yáng)能系統(tǒng)應(yīng)該是建筑的一個(gè)有機(jī)組成部分，二者之間有機(jī)結(jié)合，甚至合二為一。例如，在有的設(shè)計(jì)中，屋面板既是建筑的坡屋頂又是太陽(yáng)能系統(tǒng)的采集器板。要達(dá)到使太陽(yáng)能部件與建筑構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)，必須對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)及其產(chǎn)品有相應(yīng)的認(rèn)識(shí)。一般太陽(yáng)能系統(tǒng)其構(gòu)件包括:采集器、儲(chǔ)存器、管道系統(tǒng)、分配控制器等部件，建筑作為這些系統(tǒng)部件的載體，在結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上應(yīng)做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。

節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的大背景下，推廣太陽(yáng)能和商業(yè)建筑的結(jié)合對(duì)商場(chǎng)建筑發(fā)展前景探討有著十分重要的意義。太陽(yáng)能技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展應(yīng)用已經(jīng)是一種比較成熟的技術(shù)，但是目前我國(guó)在太陽(yáng)能與商場(chǎng)建筑的結(jié)合上卻缺乏值得推廣的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例。我們?cè)谶M(jìn)行商場(chǎng)太陽(yáng)能利用設(shè)計(jì)時(shí)要全面考慮商場(chǎng)的規(guī)模、環(huán)境、使用功能、經(jīng)濟(jì)性等因素，確定合理的太陽(yáng)能應(yīng)用方案，選擇合適的太陽(yáng)能設(shè)備或合作廠家，以便降低太陽(yáng)能用于建筑功能的一次投資和運(yùn)行成本，使得整個(gè)方案在商業(yè)化的意義下具有可操作性。同時(shí)，太陽(yáng)能與商業(yè)建筑一體化設(shè)計(jì)是多科學(xué)，多層面參與和合作的綜合性事業(yè)，需要太陽(yáng)能設(shè)備生產(chǎn)廠家、建筑設(shè)計(jì)院、地方政府、開(kāi)發(fā)商、商業(yè)管理等多個(gè)部門(mén)共同協(xié)作，才能實(shí)現(xiàn)真正意義的太陽(yáng)能商場(chǎng)。

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