太阳能在建筑设计中的应用

核心提示

随着自然环境的日益恶化,人们对于可持续的生活方式愈发向往,可回收材料和再生能源的应用变得越来越广泛。尤其是建筑行业,为了减少碳足迹,降低能源消耗,不少设计师将目光投向了可再生能源,例如太阳能、风能以及其他创新能源。这也是未来建筑行业的必然趋势之一。在这篇文章中,数据公园将通过六个经典案例探究太阳能在建筑设计中的应用。

太阳能

太阳能这一概念我们并不陌生,简单来讲,就是将太阳光线转换为可用电能。最常见的是光伏发电, 太阳能汽车、太阳能充电宝都属于这一类。太阳能不仅可以再生,而且安全、清洁,价格便宜,堪称是可再生能源的首选。在建筑领域,它是化石燃料的最佳替代品,利用太阳能供暖、制冷,不仅可以节省电力、煤炭等能源,而且对环境也非常友好。
应用案例


Endesa展馆位于西班牙巴塞罗那Olimpic港口,它是加泰罗尼亚高级建筑研究所Advanced Architecture of Catalonia(IAAC)为西班牙智能城市博览会设计的作品,意在用最低的造价实现一个智能集合的结构系统。建筑最大的特色是采用多层级的结构,通过采集太阳能为自身提供电力支援。

Endesa的设计灵感来源于多功能建筑系统,展馆外墙是由太阳能砖组成的模块化构件,具有隔热、通风的优势,并且可以根据不同参数调整立面的几何形状。在建造过程中,设计团队采用数字化技术,对模块进行不断优化,最终得到了如同乐高拼图一样的灵活组件,可以大大提升施工效率,减少环境破坏。过去建筑大都是“形式追随功能”,而Endesa可以看作是“形式追随能量”的代表。

2020年,IAAC又在加泰罗尼亚自然公园打造了一个隔离舱小木屋。作为生态建筑,The Voxel由附近采伐的木材建造而成,依旧采用自给自足的模式。小屋配有太阳能电池板、独立电池储蓄库以及水处理系统,可以满足个人隔离期间的所有物质需求。

在2019年举办的“China House Vision 探索家——未来生活大展”中,马岩松带领的MAD建筑事务所推出了一个基于太阳能技术的创意作品“庭院家”。太阳设备生产商汉能(Hanergy)为其提供了技术支持。

“庭院家”采用了一种名为薄膜太阳能的技术,借此将自然环境纳入到日常生活中。整个建筑没有外墙,太阳能屋顶是设计的重点,它由木条和钢组成,整体呈波浪状。主体下方用14根细柱支撑,活动空间用玻璃幕墙隔开,内部覆盖着大量的绿植。木质屋顶的上层安装了汉能研发的233片薄膜太阳能组件,可以跟随太阳光线调整方向和角度,以高效率的实现电能转化。借由“庭院家”, MAD试图证明技术发展与自然环境并不会相斥,人与自然更可以和谐共生。

瑞士科技会议中心 


由Richter Dahl Rocha & Associés设计的瑞士科技会议中心,坐落在洛桑联邦理工学院(EPFL)。它以简洁的几何形体和亮眼的色彩,赢得了业内的不少赞誉。

除了高挑巨大的屋顶,以及灵活的内部空间模块,建筑的立面设计也独具特色。它采用了由瑞士化学家Michael Grätzel发明的染料敏化太阳能电池,不仅成本便宜,工艺技术也相对简单,并且对环境不会造成破坏。瑞士科技会议中心是首个使用这一创新能源的会展中心,太阳能可以满足整栋大楼百分之十的电能需求。

由于染料敏化太阳能电池可以呈现近似玻璃的半透明状态,也就带给外立面更多可能性。艺术家Daniel Schlaepfer和Catherine Bolle赋予了玻璃幕墙红、绿、橙等不同色调,让整个建筑看起来更加时尚和炫酷。

迪拜Dynamic Tower


位于中东的迪拜,是全球最热的国家之一,每年为建筑制冷需要耗费巨大的能源。2015年,迪拜政府做出承诺,到2030年所有建筑屋顶都要安装太阳能面板。

意大利建筑师David Fisher于2008年提出了名为Dynamic Tower的概念项目,原计划2020年完成。建成后,它将成为上世界首个可以旋转的摩天大楼。Dynamic Tower共80层,高420米。得益于建筑中安装的两台超大涡轮机,每一层楼都可以单独旋转360度,从而使建筑的外观呈现出不同的姿态。建筑师David Fisher采用了“预制”的建造方式,提前将各模块完成,最后统一进行瓶装,就像乐高积木一样。

Dynamic Tower的另一大特色是将中东炙热的阳光和强大的风能转换为电力。大楼的每一面都装有太阳能板,每层之间装有风力发动机,通过太阳能和风能就能满足建筑所需的能源消耗。

麦当劳全球旗舰店

快餐巨头麦当劳在家近两年也极力追求环保可持续,除了频繁更换包装外,品牌还致力于打造零能耗餐厅。2020年7月,麦当劳在佛罗里达州奥兰多开了第一家全球旗舰店,主打零能耗。餐厅的屋顶上覆盖了一块由1066块太阳能板制成的顶棚,不仅能让店内实现100%可再生能源发电,还可以为夜晚的路灯提供电力。早在2018年,麦当劳就对芝加哥旗舰店进行了改造,打造了一个太阳能电池板组成的巨大棚架,借此为建筑提供60%的能耗需求。


苹果总部大楼及旗舰店

作为全球最具影响力的科技公司,可再生能源也是苹果极力推崇的,其总部大楼Apple Park堪称是太阳能建筑的典范。大楼的屋顶铺设了太阳能光伏发电系统,每天产生的电力可以满足高峰时期75%的能耗需求。2020年,苹果三里屯Apple Store重新开业,不仅外观极具吸睛效果,使用可再生能源也成为其最大特色。门店屋顶使用了集成太阳能电池组的不锈钢面板,这也是苹果在中国零售店的首次尝试。Datapark总结

过去十几年,全球各个国家都在不断建造高楼大厦,城市建设的高速发展也让建筑的能源消耗逐年提升,传统能源的不足以及环境问题日益突显。在这样的大背景下,节能建筑逐渐受到重视。而太阳能作为一种可再生清洁能源,开始广泛应用于建筑制造中。以上几个案例便向我们展示了太阳能技术在建筑设计中的可能性。随着成本的逐步下降,其应用范围也在不断扩大,除了常见的摩天大楼、办公楼之外,科技公司和餐饮巨头们也都在其门店设计中大量使用这一新型能源,不仅可以节约成本,还能进一步树立品牌环保的有利形象。

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