理论教育 建筑构造技术发展演变与太阳能系统设计-微排屋能源供给需求

建筑构造技术发展演变与太阳能系统设计-微排屋能源供给需求

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:在“微排屋”的设计中,由于建筑内部配置了完善的厨卫、水电设施,因此对能源供给的需求更高,在太阳能系统的设计中不仅增加了光电板的数量,还增加了太阳能光热板。“微排屋”虽然只有不到30m2的空间,但通过以上合理的功能分配与装修设计,实现了一个“五脏俱全”且灵活多变的可移动居住产品。

建筑构造技术发展演变与太阳能系统设计-微排屋能源供给需求

设备主要包括了建筑能源供给(太阳能光电、光热等)、环境调节(空调)以及功能使用(厨房、卫生间)三部分。设备是一种灵活可变的模块,根据建筑具体的使用功能需求增减,有些产品根据功能由供应商提供现成的产品,由设计团队完成产品的布置与接口设计,有些产品则需要根据特定需求重新设计以及定制。

太阳能设备是为了实现可移动建筑产品能源自给自足而采用的一种通用产品。根据能耗设计确定(表F2)的太阳能光电(热)板以及逆变器设备由太阳能厂商提供(表F3),但是如何与建筑主体单元结合,依然需要特定设计的结构以及围护体组件。由于建筑内部空间有限,又不能将设备直接暴露在外部环境之中,就需要根据设备的尺寸定制保护设备的容器,容器不仅需要具有保护的作用,还要考虑到可以及时将设备运转时产生的热量排走,以免设备过热,因此在容器的外表面上需要做排气孔构造处理(图F26)。

表F2 太阳能光伏电板的量算

资料来源:铝合金可移动建筑设计团队提供

表F3 太阳能设备的选型与设备安装设计

资料来源:铝合金可移动建筑设计团队提供

图F26 “微排屋”中特殊定制的设备箱

资料来源:铝合金可移动建筑设计团队提供,作者编辑;自摄

相比较设备的容器,用于支撑光电(热)板的支架设计要更加复杂,支架的结构形式不仅需要考虑光电板的数量、利于光电板吸收太阳能的角度,还要考虑支架主体结构连接的方式。综合考虑上述因素,支撑结构采用整体桁架形式是比较合适的。在可移动太阳能实验房和“微排屋”太阳能支架设计中,都采用了桁架式的支撑结构,根据太阳能板的数量选择合适的工业铝型材。同时利用桁架本身的支撑斜杆兼作夹固太阳能光电板的构件,斜杆的角度以太阳能光电板最大吸收太阳能效率需求为准。在“微排屋”的设计中,由于建筑内部配置了完善的厨卫、水电设施,因此对能源供给的需求更高,在太阳能系统的设计中不仅增加了光电板的数量,还增加了太阳能光热板。由此桁架的结构强度需要相应的提高,于是,团队设计了结构强度更大的梯形桁架支撑形式(图F27)。

图F27-a “可移动太阳能实验房”中的矩形太阳能桁架结构(www.daowen.com)

图F27-b “微排房”中梯形太阳能桁架支撑结构

资料来源:铝合金可移动建筑设计团队提供,作者编辑;自摄

通常情况下,厨房、卫生间以及家具都不会是建筑师所关心的问题,因为这些装修模块一般是在主体建筑完成之后由其他设计与生产部门介入的,建筑师只要提供一个基本的空间尺度就可以了。但是在可移动建筑产品中,每一寸空间都是需要精心设计的,否则,未经考量的布置会影响用户的使用体验。在有限的空间内要让用户获得更舒适的使用感受,就要紧凑地安排功能空间,并创造可以自由变化的空间。具体的策略主要有以下几点:①将必要的使用功能尽可能压缩,使得能够满足正常使用的同时不占用过多空间;②采用可折叠的家具,节约空间使用;③利用可移动隔断,赋予空间灵活可变的多用途性。

“微排屋”虽然只有不到30m2的空间,但通过以上合理的功能分配与装修设计,实现了一个“五脏俱全”且灵活多变的可移动居住产品。首先,设计将必要的功能空间与可变的功能空间进行了明确地区分:厨房、卫生间以及卧室被集中在2m×6m的模块内,并且卧室所占有的2m×3m的空间通过折叠床可以扩展作为日常使用空间;可变的功能空间则在3m×6m的模块内,除了靠墙一侧安排了家具,其余的空间都是自由的。所有的桌椅都经过特殊设计,平时不使用的时候都可以收入壁橱中,需要的时候再取出来,提高了空间的使用效率。如果“缩”和“收”的方式直接扩展了空间,那么“变”则通过多样的空间体验间接“增加”了空间。特殊设计的“Z”形构件穿过预留在天花板的缝隙和主体结构框架连接,“Z”形构件下部连接滑轨,由此实现了可变的活动隔断。两扇活动隔墙在十字形的滑轨上自由滑动的过程中实现了空间性质(公共—私密)以及大小、形式的灵活转变,增加了空间使用的多样性(图F28)。

图F28-a “微排屋”中根据建筑空间功能与变化需求定制的装修部件

图F28-b “微排屋”中的滑动隔墙实现了空间的多变性

资料来源:铝合金可移动建筑设计团队提供,作者编辑;自摄

从上述系列产品原型的组件以及零部件设计中可以看出,虽然可移动铝合金建筑产品的体量不大,功能也不复杂,但从基础、结构、围护体到内装,再到水电、暖通等设备,形成了完整的构造系统。这个完整的系统设计不仅需要协调模块内部的构件形式、尺寸和连接,还需要处理不同模块之间的接口关系,例如各种围护体构件与主体结构的连接、基础模块与主体模块的连接、设备模块与主体模块之间的连接、单元模块之间的连接等等。尽管工业铝合金产品有着极高的加工精度,但安装误差不可避免,为了解决这些误差和调节所有构件的相互关系,模数协调和公差控制是装配设计必需的手段。

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