科技冬奥伴我行 | 这个高校团队打造“零能耗建筑”,还能靠土壤储能

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以“光耀我能”为主题的中国国际太阳能十项全能竞赛2021巡回路演第二站,近日在徐州举办,来自中、美、法等十国的30所高校的参赛团队参与十项指标评比和公众展示。这一国际性大学生建筑科技竞赛有太阳能“奥林匹克”和绿色住宅“世博会”之称,竞赛要求每个团队设计、建造并运行一栋以太阳能为能源的高性能全尺寸房屋,依托十项指标的评比来选出优秀作品。

中国矿业大学与波兰克拉科夫AGH科技大学联合代表队参赛作品

作为世界顶尖的综合性建筑设计比赛,一直是探索未来人居生活的风向标。大赛上,中国矿业大学与波兰克拉科夫AGH科技大学联合代表队设计“零能耗建筑”——太阳能绿色建筑木质模型,凭借预赛阶段的优异表现和出色的设计方案,正式入选SDC2021竞赛的决赛圈,并将于今年9月份在张家口正式实施建造,完成后将作为张家口国家级可再生能源示范区应用技术产业园的一部分,服务于2022年北京冬奥会。

模型鸟瞰图

传统建筑物一直存在着数据监测、模型精细化程度等方面的不足,大量使用电气设备,能源使用时段途径分配不合理,以及建筑体量不断增大等相关原因,致使建筑产生巨大能耗,也越来越引起人们的关注和重视。

面对我国“碳中和”“碳达峰”的目标,推进可再生能源、清洁能源的使用,已成为未来新能源模式的重要方向。建筑行业作为碳排放量相对较大的行业之一,探索一种新型的以清洁能源为主要能量来源,甚至完全依靠清洁能源维持所需能耗的绿色节能的建筑模式,已成为未来可持续建筑的关键。

模型内部图

建筑的绿色节能首先应从建筑能源应用的场景出发,降低日常生活能耗。联合团队从建筑自身设计思考,以采暖、照明、通风、制冷等建筑功能为出发点,在建筑设计之初就达到一种低能耗的效果,例如,增加围护结构的保温性能、降低建筑的体型系数,增加采光环境,以达到低耗能的效果。联合团队还采用硅存储技术墙,可根据季节对墙体进行改变,以达到保温和储能的效果。

此外,从建筑能源的来源角度综合高效利用清洁能源,也是重点思考方向。联合团队充分利用太阳能光伏板和太阳能集热器,为整个建筑提供电能和热。对于利用太阳能的天气制约因素,团队则采用定日镜和地下储能两种方式来提高能量的收集和存储效果。

外观效果图

所谓定日镜,是一个球体中间有一面镜子,主要功能是将其放在住宅周围,通过自动调整镜面折射太阳光,来给住宅的光伏板和集热器进行补光,提高能量的收集效率,其本身也能自动发出灯光,提高住宅周边的景观效果。此外,充分采用地埋管,将太阳充足时所产生的富裕能量存入地下,利用土壤进行储能;当天气不理想,能量不足以支持建筑的正常能量使用时,将土壤储能提取出来以供建筑使用。

团队合影

随着社会的不断发展,人们对居住环境的要求会越来越高,建筑的智能化、绿色化必定是未来的趋势,而在建筑的绿色节能方面,如何充分利用太阳能将成为建筑行业重点研究的方向之一。

来源:科普时报

作者:陈宁 肖昕(中国矿业大学教授)

图源:中国矿业大学公众号

编辑:毛梦囡

审核:王飞

终审:陈磊

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来源:中国科普网

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