基于能源性能的零能耗住宅设计与运行研究——2021迪拜国际太阳能十项全能竞赛策略技术综述与评价

本文概述零能耗住宅可持续发展的方向与策略,以2021迪拜国际太阳能十项全能竞赛参赛作品为例,结合竞赛构建的评价框架与运行数据,从设计和运行两个层面,综述与分析零能耗住宅的被动式设计、主动式设计、太阳能应用、运行策略对建筑能源性能、舒适性能等层面的影响,评价其策略与技术措施的优势与局限性,提出改进建议及启示,为未来住宅实现零碳提供设计参考。

外显、灵活、多维、高效——从2022中国国际太阳能十项全能竞赛看建筑与光伏一体化设计趋势

建筑光伏一体化技术是实现建筑行业节能减碳的重要途径。以第三届中国国际太阳能十项全能竞赛(SDC2022)为例,对15个参赛作品在建筑与光伏一体化设计上的特征进行了比较,从美学表现、构造整合、功能复合、性能提升4个维度分析了当前建筑与光伏一体化的设计新趋势,指出:在美学表现上,通过光伏组件材质外观和光伏方阵形成积极外显的形态;在构造上,采用不同类型光伏灵活组合衍生多种应用场景;在功能上,将光伏发电与建筑围护结构的采光、集热、遮阳、防护等功能进行多维度复合;在性能上,通过光伏朝向与倾角、散热设计和电气系统综合提升产能效率。为建筑与光伏一体化技术的推广和应用提供新思路。

多元、健康、数智、产能——从2022年中国国际太阳能十项全能竞赛看太阳能住宅的发展趋势

太阳能住宅在我国建筑领域实现“双碳”目标的历程中扮演着重要角色,文章首先分析了当下太阳能住宅发展面临的挑战,接着以2022年中国国际太阳能十项全能竞赛中的15个参赛作品为研究对象,提炼各参赛作品的设计要点,进而总结出当下太阳能住宅的发展趋势,以期为我国未来的太阳能住宅设计提供有益的借鉴。

基于“光储直柔”能源系统的建筑智慧能源管理--以2022中国国际太阳能十项全能竞赛作品R-CELLS为例

建筑能源结构转型使建筑从单纯的能源消费者角色向着能源“产销者”角色转变。本文以第三届中国国际太阳能十项全能竞赛(SDC2022)总冠军——天津大学联队设计建造的零碳太阳能建筑原型R-CELLS为例,剖析其集成可再生能源的设计策略及“光储直柔”能源系统,采用智能运维技术及能源调度优化策略实现智慧化能源管理,实现建筑“正能量”的设计目标,让建筑能源向“产销者”的角色转变。

以赛促学:设计与建造,探索与实证--以2021迪拜国际太阳能十项全能竞赛作品“X HOUSE”为例

以2021年迪拜国际太阳能十项全能竞赛总冠军华南理工大学参赛作品“X HOUSE”为例,从空间设计的弹性、外部资源的利用、内部物质的循环3个方面讨论一种基于综合性能优化、多学科整合的小型住宅设计策略,为全球减碳、能源转型下的设计思维转变提供参考。通过分析比对设计目标、模拟结果、赛时数据与公众体验的吻合程度进行实证。

基于环境因素动态调控的可变建筑表皮设计策略分析——以国际太阳能十项全能竞赛作品为例

可变建筑表皮通过对表皮上可变化构件的动态控制,能够对各个环境因素进行调节,从而适应不断变化的建筑外界环境,创造舒适的室内环境,可更好地体现建筑的气候适应性,符合绿色节能的设计理念。对历届国际太阳能十项全能竞赛的参赛作品进行分类整理,针对不同的环境因素将可变建筑表皮分为风环境调控、热环境调控、光环境调控、太阳能调控、综合型调控五个类别,并对各个类别的设计策略进行分析,为可变建筑表皮在建筑中的应用提供参考。

相变材料在零能耗太阳能住宅中的应用研究——以国际太阳能十项全能竞赛作品为例

相变材料具有相变潜热大的特性,能够提高轻型围护结构建筑的热稳定性,改善热环境并且节约能耗,在建筑节能领域受到越来越多的关注。主要介绍了相变材料的概况、主要影响因素以及研究现状,并将相变材料应用于建筑的模式分为两种——被动式应用和主动式应用,同时以历届国际太阳能十项全能竞赛的参赛作品为研究对象,对作品中相变材料的应用进行分类研究,以期对绿色建筑设计起到一定的借鉴作用。

建筑气候空间在零能耗建筑中的应用——以华南理工大学队在国际太阳能十项全能竞赛中的房屋为例

地域传统建筑所营造的气候适应性人居环境,为传统社会提供了较为舒适且低能耗的日常生活空间。因此,笔者提出低碳建筑发展应该向传统学习,借鉴传统建筑空间的营造智慧。气候空间方式的运用,能够为当代可持续建筑设计提供可行的空间操作策略,营造低碳、节能、舒适与健康的建筑环境,从而实现基于中国文化发展传承的设计与技术创新。本文以华南理工大学队参加的3届国际太阳能十项全能竞赛的建筑作品为例,介绍气候空间设计策略的设计过程与技术要点,为可持续建筑设计提供经验与借鉴。

多系统相互合作的建筑部品分类体系实证分析——以国际太阳能十项全能竞赛获奖作品I-YARD外围护部品体系为例

新型建筑工业化背景下,要达成建造全过程的信息化管控、精细化生产、快速化施工,须有一套完善的建筑部品分类体系作支撑。阐述了建筑部品的概念与特征及其之于新型建筑工业化的特殊意义。分析了我国现有的建筑部品分类体系,从建筑部品的几何信息、空间位置、性能参数等多角度探究了其分类体系的组成因子,进而构建多系统相互合作的建筑部品分类体系,最后以国际太阳能十项全能竞赛(Solar Decathlon,SD)获奖作品I-YARD外围护部晶体系为例,对该分类体系的科学性及实用性进行分析,同时对该作品其他分项层的建筑部品特点进行介绍。

以国际太阳能十项全能竞赛为契机促进大同市的转型发展——兼述大同市科技情报研究所的科技情报工作

近年来,大同市一直在努力探索城市转型发展的问题。恰逢2013年国际太阳能十项全能竞赛落户大同,我们应以赛事的举办为契机,促进大同市的转型发展,推动大同市融入世界。科技情报研究机构作为科学技术工作的重要组成部分,在赛事的准备与举办过程中,要充分发挥自身优势,为大同市的转型发展及赛事的举办做出自己应有的贡献。

回归生活的新能源小住宅整合设计探索——2021年中国国际太阳能十项全能竞赛Pixel House案例

设计创新来自于对生活真实问题的观察、思考。回顾深圳大学SRF联合赛队参与2021年中国国际太阳能十项全能竞赛Pixel House的执行过程,重点介绍团队住宅设计的能源设计策略、光伏和空气管理技术,提出对于当下社会发展趋势的观察为我国“双碳”战略提供借鉴。

面向西部地区的零能耗装配式建筑设计策略--以2022中国国际太阳能十项全能竞赛作品“栖居3.0”为例

通过探讨2022中国国际太阳能十项全能竞赛作品“栖居3.0”零能耗装配式设计策略,并基于工业化平台理念、标准化模块单元和多样化应用场景,探讨如何应对西部复杂环境下的快速建造。并运用主、被动设计策略组合实现建筑全生命周期的零能耗;运用水资源回收利用、模块回收利用及全生命周期碳减排策略应对西部脆弱生态环境,为西部地区零能耗装配式建筑的设计实践和推广提供借鉴。

零碳太阳能建筑的探索与回顾--以2022中国国际太阳能十项全能竞赛作品“R-CELLS”为例

回顾天津大学参加SDE2010及SDC2022两届国际太阳能十项全能竞赛的历程,比较两次参赛作品的特征。进而,针对获得SDC2022竞赛第一名的作品天津大学联队创造的零碳太阳能建筑--R-CELLS,介绍其建筑、结构、能源、设备、智能化、景观等方面的特征。最后,归纳了竞赛对建筑教育的作用和意义。

可持续的建筑实践教育--中国国际太阳能十项全能竞赛中的技术创新与人才培养

基于清华大学参加的3届中国国际太阳能十项全能竞赛的可持续建筑教育实践的历程,以参赛团队主导设计与建造的作品--“草原方舟”为例,阐述一种面向未来的零能耗住宅技术体系,包含气密构造、多功能墙、热二极管、相变材料等被动式策略,和建筑光伏一体化、斯特林机热电联产等主动式技术。该项目为严寒地区牧民的定居建筑类型提供了参考。同时,本赛事中的技术研发过程,建立了以学生研究、实践为主导的可持续建筑人才培养模式。

思、学、做--2022中国国际太阳能十项全能竞赛综述

基于探讨国际太阳能竞赛为学生提供的新的学习与思考手段,通过对2022中国国际太阳能十项全能竞赛的全过程观察,总结经验、反思不足,提出强化以学生为主角、以问题为导向,培养思想力、学习力与行动力的建筑竞赛宗旨与可行途径。

关注 2022中国国际太阳能十项全能竞赛

“国际太阳能十项全能竞赛”与其他竞赛最大的不同在于实际建造、真实运行、主客观评价并行,十项指标,一半用检测数据说话。以独立式住宅,这种典型美国中产阶级生活方式代表的居住建筑作为主题,探讨如何实现绿色建设,如何将新能源中最易于掌握推广的能源方式--太阳能作为题目核心,确实给学生和老师提供了一种便于设计、易于建设、有利思考的竞赛主题。

零碳独栋住宅生命周期环境影响及成本分析

降低建筑行业碳排放是实现碳中和目标的重要举措.为避免环境负担转移、市场推广困难等问题,应从生命周期视角研究零碳建筑,并综合考虑建筑的环境和经济效益.本研究对中国国际太阳能十项全能竞赛作品RCELLS这一针对严寒地区设计的零碳独栋住宅实例进行了相对完整的生命周期环境影响和成本评价,并依据评价结果调整建筑配置以提升市场推广潜力.结果表明,通过被动式设计,R-CELLS建筑本体能效达到了近零能耗标准,其光伏发电量为用电量的5倍,并选用环境友好型材料以降低碳排放,建筑预期将在运行7年和15年后分别偿还碳排放和一次能源消耗,最终实现生命周期负碳排放和正能源,环境效益突出.R-CELLS建筑初始成本为2.38万元/m^(2),为了增加市场吸引力,研究分析R-CELLS的环境影响和成本构成,以在建筑生命周期(50年)内实现零碳排放和零一次能耗为前提,提出了两种减配方案:当仅调整可再生能源系统时,建筑初始成本降至2.25万元/m^(2);调整全部构件系统时,建筑初始成本降至1.03万元/m^(2).第2种减配方式对建筑经济效益提升显著.根据计算结果,结合相关研究综述,讨论了我国零碳建筑隐含碳排放限值的设置;对权衡环境和经济效益的零碳建筑决策方法提出建议,为未来零碳建筑性能评估和方案比选等提供了参考.

既有建筑绿色化改造的途径——以SDC2013澳大利亚队参赛作品为例

对既有建筑进行绿色化改造是解决目前既有建筑能耗高、宜居性差等问题的重要方法。以2013年在中国举行的国际太阳能十项全能竞赛(SDC2013)中澳大利亚队的参赛作品为例,通过对建筑的安全性能、适用性能、节能性能及环境性能等方面绿色化改造途径的解析,阐释如何运用科学技术实现既有建筑改造的绿色化目标。

可变建筑表皮的热环境调控策略分析

可变建筑表皮通过对表皮上可变化构件的动态控制,调节建筑的太阳辐射得热量、通风量、蓄热量和传热系数,从而实现对室内热环境的调节,以适应不断变化的建筑外界环境。依据上述四个调节因素,对国际太阳能十项全能竞赛参赛作品中基于热环境调控的可变建筑表皮进行归类,并分析其设计策略,以期为可变建筑表皮在建筑实践中的应用提供参考。

传统建筑与现代绿色节能建筑的融合——以SDC2013厦门大学参赛作品为例

以2013年在中国举行的国际太阳能十项全能竞赛(SDC2013)中厦门大学参赛作品阳光屋为例,对建筑空间布局、遮阳、采光及通风等适用性策略,被动式保温隔热、太阳能利用及智能控制等建筑节能技术,建筑材料、水与庭院绿化等环境处理手法三大方面进行解析,阐述了运用科学技术实现传统建筑与绿色节能建筑的融合方法。结合图片与数据分析,以期为我国传统建筑和绿色节能建筑的融合提供良好的思路与方案的借鉴。