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关于太阳能筑Christian Schittich我们每天所能够支配的太阳能的潜力似乎是无限的。仅太阳对各种外部影响和天气变化做出反应,它逐渐在太阳能的利用过入射在地球陆地表面的辐射能量就是全球能量总需求的3000倍。程中起到重要的作用。不用说,这一综合筑需要综合的学科理然而我们却继续利用矿物燃料所产生的不可再生能源来满足这些念、完整的规划,换句话说,在筑施工初期,各学科的专家都需求,结果导致了众所周知的环境问题—空气污染、酸雨、温应当积极参与。室效应和气候变化。这似乎还不够糟糕,我们每年的能源消耗正在逐步上升。人们可利用的能源是有限的,很快就会被用光。各但是筑的节能不能只局限在筑的运行上。节能要始于城国会抢占和控制这些能源,尤其是石油,所引发的战争将会愈演市规划,并且还要考虑所用筑材料的能源含量和材料循环。生愈烈。从这个角度来讲,我们把利用太阳能提上日程,不仅是一产技术、交通路线、筑构件的安装和再循环都应在筑节能的个明智的环境政策,而且还有利于和平。所以这正是我们采用新考虑范围内。当地的和可再生的筑材料,如木材或者黏土要优的能源利用方针的原因,现在是我们开始以可再生能源为基础,↓于那举只有浪费大量能源〈由化石燃料产生的能源)才能生产出朝着可持续发展方向迈进的时候了。换句话说,这些能源直接或来的筑材料。后者会导致在材料生产过程中污染物的大量排放间接与太阳辐射、风力、水力或生物能有关。而且必须长距离地运送。但是一个筑师用什么具体标准来评估具体的筑材料呢?他仍然缺乏可靠的信息来充分评估筑材料在利用太阳能的过程中,筑学和筑起着重要的作用。中的初级能源需求,即使是对太阳能筑也是如此,虽然最近人们欧的能量消耗大约有一半用在了筑的运行上,也就是筑的供在该领域已经取得了很大的进展。暖、制冷和照明上。筑的制冷和照明长期以来一直被人们所忽视。在20世纪70年代初,人们由于两次石油危机而开始重视起太奥地利佛拉尔伯格州发布的筑产品之环境宣告是值得人们阳能筑,他们主要关注该如何避免损失热量,如何在冬天利用效仿的典型。该州基于生态标准将政府津贴用于住宅设。该宣太阳能给筑供暖、给家庭用水加热的问题。但是,制冷是一个告的中心目录不仅考虑供暖要求,而且考虑每一种筑材料的环比较大的问题,也是能量消耗的主要因素,这在办公筑中尤为境适应性和可再生能源的利用。相比之下,在德国,按照“人人突出。均得”的原则,用于住宅设的政府津贴通常要被分发下去,似乎这样还不够,新的筑工程要比改扩的筑工程更受政府的办公楼不仅可以通过天气而被迫获得热量,还通过楼内的办厚爱。从生态学角度来讲,我们推崇相反的处理方法。因为能量公人员、电脑和监控器等设备所散发的热量获取热能,尤其是人守恒定律的首要原则就是优化利用可得到的最重要资源,也就是工照明散发的热能。只要想一想降低一度室温所耗的能量是升高利用现有的筑。一度所耗能量的三倍,人们就会意识到利用可再生能源制冷和自然照明的重要性。此外,这一比较说明了导致能量消耗的各个因我们应当支持密集型住宅群的开发,而不是独栋住宅的素间相互依赖的程度:太阳能筑的措施不能孤立地局限在屋顶设。无论是独栋住宅还是高层住宅都不符合生态学的要求,因此的集热器或光电设备上,而且一座筑必须能够按照各种需求充这两种筑类型都不包含在本书所选用的筑范例中。就独栋住分利用当地的自然资源,如太阳能、风能和地热的综合筑,这宅而言,它的土地消耗和为方便出入住宅所需的相关交通能源消是一个全面的能源利用理念。从筑的定位和划分到热水或电力耗会破坏生态平衡,使生态平衡朝负面的方向发展。筑外表的供应系统一体化,各种被动和主动利用太阳能的方式在这种方法高度散热和耗材是另外一个不利因素。另外一方面,高层住宅具中优势互补。受智能调控系统控制的外围护结构灵活多变,能够有较大的出入区,最重要的是高层住宅的承重结构和立面要不断蜀素前网ZZ心.NEI9
耗费大量的筑材料来满足自重和风力的需求。此外,高层住宅的立面几乎完全是由消耗大量初级能源的筑材料构成的,如玻璃、钢和铝。当DETAIL杂志在十几年前(1993年)首次出版有关太阳能筑的刊物时,它仍然难以录入令人信服的工程实录。很少有人把技术上的功能措施由一个设计方案整合成为一项令人满意的成熟筑理念。有几个成功的筑范例把重点过度地放在太阳能设备上(如诺曼·福斯特设计的法国南部弗雷瑞斯职业学校的遮阳系统)一与当时占主导地位的高科技筑同步(图1.2)。J门L正是这二时期,每一座带有节能措施的筑都可以叫做太阳能筑。同时,筑的节能又有了很多变化。许多功能更全的、整合性的太阳能理念和个别的节能措施出现了,但很少有人认为这些在能源节约上是独一无二的成就。很多设计独特的低能耗筑从外观上也几乎不被认为是节能的。在办公筑里,给筑构件供暖和制冷这类事情对于许多筑师来说只是例行公事。但我们远远还没有达到自己的目标。筑运行所使用的可再生资源的比例还是太低。我们几乎仍然没有形成全面利用能源的理念,筑的美学和功能之间仍然存在着冲突。例如,光电模块集热器很少被全面地整合到完整的能源理念中。这些集热器通常仍然以简单的方式被筑师放在传统的屋顶上。这无论从美学角度还是从成本和耗材上来讲都是不能令人满意的一如果将这些集热器设计成屋面或立面镶板,它们就会成为筑表皮的一部分。人们所采用的一些节约能源措施常常不可避免地会有为了缓和良心上的不安或盗用政府津贴的嫌疑。尤其是当一些巨大的、耗费能量和资源的郊区别墅的屋顶上都挂着一个光电集热器的时候,给人的这种印象会更加强烈。总体来说,利用可再生能源仅仅是为了满足这些借。即使德国政府在10年内已经达到了把可再生能源利用的比例从2.2%增加到4.2%的宏伟目标,但是这仍然否定不了世界能源总需求在不断增加,而利用太阳能来满足人们的过剩需求还是停滞不前这个事实。坦率地说,这意味着随着上述结果而来的是传统能源消耗总量仍然没改变的结果。1蜀素前网Z.ZC.NE
从被动利用到智能的太阳能筑Manfred Hegger最近这些年虽然可持续性的含义已经延伸到了极致,但它已响全球的自然平衡,相反,它是这种平衡的基础。太阳能作为光经成为筑学和筑讨论的主要议题了。有些人认为柏林的“石和能量的来源是我们所熟知的。但如果我们只是重复过时的做法头筑”正迅速成为太阳能筑的试验品。欧洲某委员会现在正就会显得目光短浅。“回归大自然”是一个广受喜爱的号,但它在着手澄清这一混淆视听的说法。然而,不可否认的是,可持续并不符合逻辑。我们不能像开始使用化石燃料的初期那样造住性筑的主要特点就是要考虑将太阳辐射和太阳能的被动利用应宅。舒适而普遍地供应可用能源大大提高了我们对能源的期望和用到筑中。在人们生活的其他方面,可持续性这一词语的含义要求,因此将来我们放弃这种舒适是不可能的。毫无疑问,利用清晰、不易混淆。太阳能的筑将会借鉴一些古老的、将太阳能灵活应用到筑上可持续性可以指诸如祖母所做的扁豆汤那样丰盛的膳食、认的做法。反过来,智能型筑要想获得人们的认可,并满足现在真负责的森林管理或者坚固耐用的筑。但最近的民意调查显示的能源需求,还必须要超越这些做法。虽然太阳能的被动利用是了诸多让人困惑的地方:虽然只有0%的人知谴这个词的念钗,木才在开始使用化石燃料之前惟一的选择(如果必要的话,可以用燃至少是略有所知,但几乎有90%的人支持这一理念,即使他们并烧可再生原材料的火坑来弥补这种被动莉用太阳能的方法),但不完全了解这一理念所表达的含义。因此,有必要进行澄清。可现今用化石燃料供暖和由它们所产生的相关技术可以主动地进行持续性,作为一个集合性术语,最先用于描述长期的森林管理和温度控制,而完全不受环境条件、住宅形式和材料的影响。交互对环境的善待。世界环境与发展委员会委员,挪威前任首相布伦式的或者智能型的筑理念先后超越了筑被动利用和主动利用特兰(Brundtland)给这个词下了一个明确定义:“可持续性就能源阶段的筑理念,它采用了一些被动的能源利用系统并辅之是在不影响后代子孙的前提下,能满足当前人类需要的发展。”3以智能化的筑构件。这在很多层面上与筑有关。一方面,从筑的经济意义上讲,德国有一半的投资用于筑;另一方面,筑是导致能源消耗的被动利用最大因素。即使已的环境本身是一个长期的资产,但它产生的太阳辐射的被动利用并不需要技术系统的支持。筑根据垃圾占德国垃圾的一多半,废物回收利用仍然是筑业有待发展自己的位置、结构、筑构件和材料来直接利用太阳能。这是最的一个方面。简单同时也是最有效的太阳能筑形式。筑和它的构件构成太筑的能源消耗大约占德国能源消耗的40%,比交通或工业阳能筑系统。考虑缜密的筑设计会使筑具有适应能源的潜的能源消耗比例还要高。4力,进而有效地利用自然能源。巧妙的筑选址,方位、结构很明显,节源和灵活利用太阳辐射应该在可持续性筑中起和朝向、窗户位置的精心安排,筑材料和墙体结构的审慎选着重要作用。作为我们能源供应尤其是家庭供暖基础的化石燃料择一这些都是使筑能够吸收和储存太阳热量、使气候敏感型是非常有限的。我们每年发现的新能源已经少于我们每年的能源的外围护结构保持适宜的温度和充分利用阳光的有利因素。只要消耗了,同时能源的利用成本在不断上涨,各国围绕能源的争夺注意几项简单的规则,太阳能筑会是筑获得能源和节约能源也越来越激烈,让人难以忍受。化石燃料正在改变全球的气候,最有效、最先进的筑形式。在供暖季节和辅助供暖阶段相对缩所以它们对环境的影响是有害的。其他许多可供选择的燃料最终短的同时,供热需求量也会减少。筑通过减少CO,的排放量来更也是立在有限资源的基础之上的,从科技的角度上讲,它们是加有效地保护环境;使用CO排放量少的材料也有助于减少筑难以提取的,并且会产生有害的副作用,因此都是骗人的东西。也许高能耗化石燃料用于筑的时代很快就会变为一个阶段,成为过去。如果太阳能能够直接利用,那么我们到底为什么还要大2.1 Schwindkirchen教堂社区中心(2001年):arc筑师事务所,一个古老的马费周章地利用储存在化石燃料中的太阳能呢?因为太阳能不会影既被用做牧师的木结构住宅的气候缓冲区蜀Z.ZS心13
CO的排放量。人们生活在利用太阳能的筑里会更加舒适。明亮的室内洒满阳光,人的生理和心理都感觉无限愉悦。因此,太阳能筑的作用就不仅仅是保护环境和节约能源了。它还提高了人们的舒适感,阳光照射进住宅,就像隔热良好的外墙具有较高的表面温度那样,会提高人们的幸福感。人们会不断增加对日光的使用,与此同时就会减少人工照明的能源需求,这对太阳能筑的用户来说具有积极的意义。简史从筑史的早期开始,光照就在根本上影响了筑的位置、朝向、形状、构造和材料的选择。它和其他的气候因素共同决定了住宅的类型和区域性筑风格的发展。苏格拉底的迈加隆住宅(公元前470年~公元前399年)具有太阳能筑的原型特点。紧凑的筑结构朝南敞开。该住宅的梯形平面设计充分利用了这一朝向,并同时将背向太阳的筑北面的面积减到最小。筑的北面是冷藏室的所在地,这同时又是起居室的缓冲区。这个筑的墙和天花板/楼板的面积很大,因此具有很好的蓄热能力。当夏日的太阳高悬在空中时,南面的屋顶可以遮阳,还可以让冬日低悬在空中的太阳照射到室里(图22)。这一住宅理念验证了太阳能筑不受时间限制的基本规则·表面面积最小化(有利的AN比率)·面向太阳乙:按大圆划分地带什面为凉爽的房间,南面为温暖的房·选择性的遮阳,防止夏天很高的太阳高度角·利用储藏室来实现温度互补随着19世纪的到来,生产成本低的大块玻璃窗的工艺得到了发展,太阳能筑又找到了新的契机。早期的玻璃住宅通过玻璃的温室效应创造出人工的奇妙世界,人们利用玻璃将太阳的紫外线辐射转化成红外线热辐射并在玻璃后面将其全部吸收(图2.3)。20世纪初,透明度、照明、空气和太阳成为现代筑的信条。创作“玻璃链”这一作品的艺术家和筑师们宣传水晶式的透明筑结构为理想的筑模型,他们所设计的环境是针对由工业革命所造成的黑暗且不卫生的城市环境的一种别样选择。但是人们只有在现代筑中才能实现这些理念,虽然那一时期的玻璃立面常常因为筑结构上的问题而不能实现。在20世纪30年代初期,也就是世界经济危机的悲惨时期的中期,一个筑发展起来,它预见了20世纪70年代的生态学筑理念。柏林的“DaSwachsende Haus”竞赛提出的住宅理念认为就能源供应和被动太阳能利用而言,住宅的设计要大而独立。第三帝国的立使这些初步进展突然中止。同样的理念再想进一步发展得需要花费40年的时间,虽然外部环境有所改变:太空旅行(1961年Gagarin进行了环球旅行,1969年人类第一次成功登陆月球)首次从太空拍摄了地球的全貌,并强调了我们所生活的这一星球的惟一性和脆弱性。能源危机(1973年)显示了14筑Z.ZS心.ET
我们对化石燃料的依赖性和这些资源的有限性。1972年,罗马俱乐部首次发表了有关增长极限的警示’,该警示设想了极端严峻的现实。这些警示是生态学筑得以发展的条件。它讨论的主题包括回归传统的筑形式、使用天然材料和可再生能源,尤其是太阳能。这一运动起先被筑界所忽略,随后就发展成为太阳能筑运动,最后是可持续筑运动。这一发展途径无论朝向何种目标,合理利用太阳能都是固定不变的目标。下面各个章节描述了太阳能筑的构成因素。它们都影响着能源的可持续性和能源利用效率。然而,因为我们忽略城市规划、交通或其他方面的可持续性,所以我们会侧重于构成太阳能筑的因素而排斥其他因素,这样会使太阳能筑理念停滞不前。因此,认为太阳能筑不符合某一特定标准这一看法是合理的,并可以与其他措施形成互补(例如,微气候不佳的筑地理位置与较好的筑保温形成互补,或筑防风性的缺乏与较好的密封互补)。筑的位置和微气候一个筑的能源需求不仅取决于它的结构特点,而且还取决于它的位置和当地的气候条件。全球气候带无疑会极大地影响筑的能源需求:每一季节和每一天的典型温度、湿度、日照、风速和风向。此外,每一微气候都有其典型的特点,这些特点是由地形、植被、树木和靠近开放水源的地理位置决定的。当人们选排赛的地,应当疗何能设在数气喉条件最好的地方·筑在场地上的位置影响其自身的能量平衡。地形地形对筑所在地的温度有着决定性的影响。如果筑的位置高于地面,通常平均温度会高。相反,如果筑的位置低,会有冷锋、冷风的走廊或者地雾,这样会导致该筑的温度要大大低于邻近的地区。2.3冷气压的地区具有温度低的特点,这样会导致夜晚的温度普遍很低。因此这些地方供暖所需的能量较高。人们应该避免出现没有其他方法调节微气候的冷气压地区。通过邻近的雾田、露水和霜降以及霜冻对植物所造成的损害,就可以很容易辨认出冷气压来。有利的筑位置和植被屏障能够预防筑附近的冷气压,从而避免不必要的热能损失。人们可以借助一些措施避免冷空气的影响,例如将筑嵌入地里、泥墙里、树篱或相邻的筑里。有斜坡的筑选址具有根据斜坡的不同朝向而受到不同程度的阳光照射的特点,因此地表的气温也会有所不同。斜坡场地上的筑的光照条件也是有所不同的。毫无疑问,朝南的斜坡最暖和;冬天是朝西南的斜坡最暖和;夏天是朝南到朝西南的斜坡最暖和。22迈加隆住宅(大约于公元前400年),苏格拉底,这个太阳能住宅的最初设计是一个面向太阳的圆锥形,它的北面设有缓冲室2.3利物浦塞夫顿公园温室(1896年):由Mackenzie&Moncuri设计和造罚素村网Z.ZS.NEI15
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