日前,被称之为000PK建筑(零能耗、零排放、满足舒适度标准的大众化和关键技术集成建筑)的华中科技大学建筑与城市规划学院教室扩建和既有建筑改造工程正式完工。
“这一建筑应用了许多先进的技术和产品,其中太阳能、地下冷热源等可再生能源在夏热冬冷地区建筑中的利用上取得重大的突破,长江以南地区的建筑均可以借鉴。”华中科技大学建筑与城市规划学院智能建筑研究所所长余庄表示。
可再生能源供动力
太阳能、地下冷热源等可再生能源成为了华中科技大学建筑与城市规划学院教室所需能源的重要来源。
建筑屋顶上铺满了太阳能电池板,其发电量等于或小于室内舒适度调节系统和照明总耗电量,所有发电都会送入电网,用电则从电网输入。由于春、秋季以及寒、暑假的太阳能产生的电能都回馈电网,完全可补足夏、冬季舒适度调节系统和照明耗电量大时的电力消耗,“所以,一年的发电总量,与建筑所需的能源需求相当。”余庄有些兴奋地表示。
华中科技大学建筑与城市规划学院教室的室温是由地下冷热源决定的。通过吸收地下冷热源(室内地板散热器的循环水与地下冷热源采集水管中的水进行循环)去调整进入室内的新风温度;并通过新风冷热交换系统进行热交换;然后,收集建筑内部已经使用后的废风,与新鲜空气交换热量后,输送到动态空心墙的空气间层当中,使可再生能源梯级使用,提高使用效率。这是无热泵(压缩机)舒适度调整系统。
该建筑充分利用夏热冬冷地区地温年度总平衡的优势,变夏热冬冷地区气候双向影响的劣势为优势,以土壤中的冷、热源,用竖埋管中水循环方式带至室内地板下,再用地板送风的方式,进行夏热冬冷时的室内舒适度调节,这也是夏热冬冷地区不用压缩机技术的热舒适度调整技术,增强的围护结构自适应性减少了需要进行室内舒适度调节的时间。
根据入夏以来的初步实测数据显示,当室外温度高达38℃时,系统能够维持室内最高温度为30℃,能够达到人体舒适度标准。余庄还针对夏热冬冷地区的特点采用了符合中国特色的建筑节能方案。“在武汉,夏天有大量的热可以利用,冬天也有大量的冷可以利用,通过储能池以及太阳能热水器和空气冷源采集器,还可以把秋天的热和春天的冷(无需室内温度调节时段)存储在地下岩层中,反季节使用。”
主动设计巧节能
除了尽可能地通过应用可再生能源降低建筑能耗外,余庄带领他的团队在建筑的建造上也花费了一番心思。
为了使这一建筑更为节能,他们“冒风险”抛弃了传统围护结构的材料——砖,使用了主动式动态空心墙。这是一种复合材料墙体,墙体内部拥有一个流动的空气间层,在冬、夏两季,采用主动式送风的方法,用一定温度的空气不断从墙体内部通过,有效地阻隔室外冷、热量通过墙体集聚,提高墙体的保温和隔热功效。动态空心墙体内部的主动通风减少了室内、外温度相互传导的效率,即提高了建筑的性能。
在窗户形式和结构上,该项目也不同于传统的窗户,采用了气候适应性窗,且南向、北向和东、西向的形式和结构也各不相同。这也是这个项目的一大示范点,通过窗户角度的调整,达到夏天遮阳、冬天将阳光反射入室内的效果,还能改善室内采光。而玻璃窗的改造,则是在玻璃窗上增加一个附件。由于建筑围护结构的自适应能力加强,室内每年需要调节舒适度的时间大为减少。
通过在建造和设计方面的“计较”,华中科技大学建筑与城市规划学院教室的改扩建工程成为了长江以南地区开发“零能耗”建筑的样板。
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