¿Diseño arquitectónico y mejora del microclima?
1. Antecedentes del proyecto
"Diseño estratégico de eficiencia ecológica" está escrito por el arquitecto ecológico estadounidense William? William McDonough y sus socios * * * completaron el proyecto de planificación y diseño del nuevo campus de la Universidad de California en Davis, con el objetivo de crear un entorno de vida ecológicamente cómodo para casi 7.000 estudiantes de primer año, profesores y personal, y ganaron el Premio Profesional ASLA 2004. . En el contexto de la crisis energética de California de 2001, cómo ahorrar energía se convirtió en el foco de la planificación de este proyecto. Con base en la comparación estadística de la radiación solar promedio anual en algunas ciudades de Estados Unidos (como Seattle, Washington, 3,67 kWh/m2? Fairbanks, Alaska y 3,99 kWh/m2?d), el diseñador cree que Davis City (5,10 kWh /m2? d) cuenta con recursos superiores de energía solar, por lo que la utilización de sistemas solares fotovoltaicos está incluida en la planificación y diseño del proyecto.
2. Planificación del proyecto
1. Planificación arquitectónica
(1) La dirección planificada del edificio se desvía 10 grados hacia el este (representado por una cuadrícula en la Figura). 1), no sólo puede garantizar la iluminación del sur y satisfacer las necesidades de iluminación de los residentes en invierno, sino también reducir la absorción del calor solar de la tarde por parte de los edificios en verano y ralentizar las fluctuaciones de la temperatura ambiente. Además, durante el verano, los vientos de la tarde pasan por el área desde el sur y suroeste, brindando oportunidades para el enfriamiento natural. Cuando el viento invernal sopla desde el sur, se dispersa y se debilita debido a la obstrucción de la pared noroeste del edificio (como se muestra en la línea ondulada en la Figura 1). El agua que fluye por esta zona se dirige hacia el norte y noreste sombreados, lo que puede compensar la falta de viento mediante enfriamiento por evaporación y evitar la evaporación excesiva del agua. (2) Planificación de la altura de los edificios La altura de los edificios en el área de planificación está determinada por las condiciones de sol en invierno. Se debe garantizar que las sombras de los edificios no puedan cubrir completamente las calles en invierno. En verano, la radiación solar es intensa en el sur y oeste del edificio. En esta zona se pueden utilizar materiales de construcción especiales para reducir las fluctuaciones de temperatura interior y se pueden plantar adecuadamente algunos árboles de hoja caduca para proporcionar sombra al edificio. Los patios de gran escala rodeados de edificios capturan los vórtices del viento (que se muestran como círculos en la Figura 2) y se utilizan plantas cuidadosamente plantadas en los patios para desviar la brisa. (3) La ampliación del espacio del edificio puede mantener y mejorar el confort del microclima del espacio exterior mediante un diseño cuidadoso, estimular el uso del medio ambiente, aumentar el tiempo de permanencia de las personas al aire libre y reducir así el consumo de energía del edificio. Como se muestra en la Figura 3, el espacio del techo y el espacio vertical del edificio se pueden optimizar para formar un espacio exterior público o privado disponible. Al establecer un estacionamiento subterráneo, el área del espacio exterior se puede ampliar aún más; El espacio abierto dentro del edificio no solo puede mejorar las condiciones de iluminación y ventilación del edificio, sino que también puede proporcionar a los residentes un espacio de descanso más cómodo.
2. Diseño de edificio único
El edificio único ideal del diseñador se muestra en la Figura 4. Materiales: Instalar ventanas grandes en el lado sur del edificio para aumentar la iluminación; utilizar materiales de construcción que absorban y liberen lentamente el calor solar dentro del edificio para recolectar energía solar y plantar césped en el techo para formar un techo verde. Equipo: Se aplican paneles solares fotovoltaicos en el garaje al aire libre, que no solo recolectan y utilizan energía solar, sino que también desempeñan un cierto papel de protección. Se utilizan calentadores de agua solares para reducir el consumo de energía. crear un espacio interior con una temperatura adecuada. En la instalación: se instalan parasoles móviles en las partes superiores de las ventanas orientadas al sur para cumplir con los diferentes requisitos de iluminación solar en diferentes estaciones y períodos de tiempo; se instalan ventiladores push-pull en la parte superior del edificio para aumentar el flujo de aire. Además, algunos árboles de hoja caduca deberían plantarse razonablemente en el lado sur del edificio para satisfacer las necesidades de los residentes en cuanto a sombra en verano e iluminación en invierno.
3. Medidas ecológicas
La figura 5 muestra las medidas ecológicas implicadas en el plan de edificación. Además de utilizar paneles solares fotovoltaicos y plantar césped sobre los edificios mencionados anteriormente, los diseñadores también propusieron utilizar pavimentos permeables en los grupos de edificios y establecer estanques de césped con sistemas de tratamiento de residuos y canales de vegetación con tecnología avanzada de ahorro de agua. el control del agua de lluvia en el sitio. Por otro lado, se requiere seleccionar especies arbóreas nativas que sean altamente adaptables y fáciles de manejar, lo que también es un tema clave en el parque ecológico actual.
Tres.
Medidas de ahorro de energía tomadas por el proyecto
1. Medidas de calefacción
(1) El sistema geotérmico es diferente del aire La temperatura fluctúa significativamente según las estaciones y la temperatura subterránea. es relativamente constante. En verano, el calor liberado por el edificio es absorbido por las tuberías de circulación y luego transferido a la tierra; en invierno, las tuberías de circulación absorben el calor de la tierra y luego lo transfieren al suelo y al edificio para calentarlo; El diseño de un sistema geotérmico generalmente puede satisfacer todas las necesidades de refrigeración y del 80% al 100% de las necesidades de calefacción de un edificio, reduciendo en gran medida el consumo de energía de HVAC (sistemas o equipos relacionados responsables de la calefacción, ventilación y aire acondicionado en interiores o exteriores). vehículos), alta eficiencia y ahorro de energía; no es fácil provocar convección de aire sucio y puede mantener limpio el aire interior. Es el método de calefacción más cómodo y saludable. Sin embargo, debido a la larga temporada de frío en Davis, es probable que el "calentamiento" del sistema geotérmico se extienda al entorno circundante, reduciendo la eficacia del sistema hasta el final del invierno, por lo que se debe tener cuidado para mitigar este problema. durante la aplicación. (2) Bombas de calor Al utilizar fuentes de calor renovables (como la energía geotérmica), las bombas de calor pueden proporcionar las estrategias de calefacción y refrigeración más eficientes energéticamente para muchas aplicaciones. Tiene una buena tasa de conversión y puede reducir el consumo de energía y las emisiones de gases contaminantes como el dióxido de carbono. Sin embargo, dado que el rendimiento de la bomba de calor depende en gran medida de la naturaleza de la fuente de calor, se requieren otros equipos auxiliares cuando la fuente de calor es inestable y el costo es relativamente elevado. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, la fuente de calor necesita. seleccionarse de acuerdo con la capacidad de la red de distribución. Es mejor colocar la fuente de calor cerca de cargas de calor (como dormitorios de estudiantes) para reducir los costos de transmisión y distribución y lograr una eficiencia de uso óptima.
2. Medidas de enfriamiento
(1) Enfriamiento de plantas Las plantas verdes no solo pueden formar un paisaje visual fresco y confortable en verano, sino que también proporcionan sombra, mejoran la calidad del aire y alivian el clima. temperatura más alta en verano. En este proyecto, el diseñador elabora y analiza principalmente el ajardinamiento del suelo y del tejado. En términos de reverdecimiento del suelo, el estudio simuló un aumento del 30 % en la cobertura de árboles en el suelo (3 árboles por hogar) en Sacramento, California. Los resultados mostraron que la energía utilizada para enfriar durante todo el año se ahorró aproximadamente un 30 %. En lo que respecta a la ecologización de los tejados, las temperaturas de verano pueden aumentar la temperatura superficial de los tejados de arenisca hasta 140 °C ~ 175 °C, mientras que la temperatura de los tejados verdes no superará los 77 °C en las mismas condiciones, lo que reducirá considerablemente el consumo. Además, las estructuras de techos tradicionales se deterioran después de 20 años, y los techos verdes pueden retrasar el deterioro a 35 años al reducir las fluctuaciones en las temperaturas diarias y anuales, extendiendo así la vida útil de la casa y reduciendo los costos de mantenimiento y reemplazo. . Por supuesto, la refrigeración de las plantas también tiene ciertas limitaciones. Por ejemplo, el mantenimiento de los árboles tiene ciertos requisitos técnicos y económicos. Además, el crecimiento de los árboles requiere luz solar, lo que también impone ciertas restricciones al uso de paneles solares fotovoltaicos. (2) Ventilación y refrigeración La ventilación se puede dividir en ventilación natural y ventilación mediante dispositivos mecánicos (como ventiladores). La ventilación natural está impulsada por la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del espacio o la diferencia de presión entre los dos lados del edificio. Para facilitar la ventilación cruzada, se deben proporcionar respiraderos o ventanas móviles en lados opuestos del edificio, libres de obstáculos más grandes (como paredes, en complejos de edificios de unidades múltiples, las unidades residenciales tienen una sola superficie que se comunica con el exterior); En este caso, instalar "conductos de ventilación de aire" en la parte superior del edificio también puede promover la circulación de aire en el espacio interno (Figura 6). Según las encuestas, en el consumo energético anual de una familia, el consumo de energía generado por el uso de ventiladores y otros equipos eléctricos para ventilar los espacios interiores representa una proporción considerable. Este proyecto recomienda no utilizar o utilizar únicamente equipos eléctricos en el verano más caluroso y el invierno más frío, y utilizar ventiladores push-pull (impulsados por el viento) para ventilación natural durante el resto del tiempo para minimizar el tiempo de uso de equipos eléctricos. Cabe señalar que en Davis, la temperatura nocturna en verano suele ser mucho más baja que durante el día. Es necesario controlar el tiempo de enfriamiento durante la noche para evitar el uso de equipos de calefacción provocados por un enfriamiento excesivo, lo que provocará un consumo adicional de energía.
3. Medidas de tratamiento de aguas residuales y pluviales
En este proyecto, los humedales artificiales se utilizan principalmente para el tratamiento y aprovechamiento de aguas residuales y pluviales. Se proponen cuatro aplicaciones básicas: En primer lugar, aguas poco profundas. sistema pantanoso, basado en un área de cuenca considerable (generalmente mayor a 1,67 ha), que requiere un espacio considerable, un flujo básico estable o suministro de agua subterránea para sustentar las plantas de humedal recién plantadas; el segundo es un sistema de humedal con estanque, que incluye un área de estanque y un estanque; aguas poco profundas Áreas pantanosas, donde los estanques pueden frenar la escorrentía entrante, recolectar sedimentos y eliminar contaminantes (este sistema requiere menos espacio y se considera el sistema más estable; el tercero son los humedales de detención extendida, que tienen la función de almacenar temporalmente la escorrentía, que puede ser utilizada); reducir el espacio ocupado por los humedales; el cuarto tipo son los humedales de bolsillo, que son adecuados para sitios más pequeños sin fuentes de flujo básico estables y fluctuaciones frecuentes del nivel del agua, y son más adecuados para condiciones secas (difíciles de monitorear e inestables en comparación con otros sistemas). Dadas las bajas precipitaciones anuales y las preocupaciones sobre el saneamiento y los olores de Davis, se recomienda que los humedales se ubiquen donde haya un sistema de tratamiento de aguas residuales.
IV. Estado de aplicación actual e iluminación en China
El deterioro del clima causado por la contaminación ambiental hace que las personas dependan demasiado de los equipos eléctricos para obtener un ambiente climático interior adecuado, lo que resulta en una gran cantidad de El consumo de energía e incluso la contaminación, a su vez, exacerban el deterioro climático, formando un grave círculo vicioso. Como una de las industrias pilares de la economía nacional de mi país, la conservación de energía y la reducción de emisiones en la industria de la construcción han atraído la atención y la investigación de muchos académicos nacionales. Los conceptos ecológicos y las medidas ecológicas propuestas en el proyecto "Diseño estratégico de ecoeficiencia" se han aplicado y desarrollado en diversos grados en China.
1. Solar fotovoltaica
El consumo de energía de los edificios se genera principalmente por el consumo de energía del edificio y el consumo de energía de uso. En las ciudades modernas, el consumo de energía de los edificios representa una proporción considerable de todo el consumo de energía de las actividades humanas, entre las cuales la mayor cantidad de energía eléctrica se consume durante el uso de los edificios. El sistema de generación de energía fotovoltaica de Taineng puede convertir directamente la energía solar limpia y renovable en electricidad, reduciendo en cierta medida el consumo de electricidad del edificio. En la actualidad, existen algunos casos de aplicación en la construcción en China. El edificio de oficinas ecológico inteligente del Parque Industrial China Putian Information Industry Shanghai, diseñado conjuntamente por la Escuela de Arquitectura de la Universidad del Sureste, el Instituto de Diseño Arquitectónico de la Universidad del Sureste y el Departamento de Ecología Industrial del Instituto Real de Tecnología de Suecia, tiene un Célula solar fotovoltaica experimental de 10 kW instalada en el tejado, que puede generar electricidad. El 4% del consumo eléctrico total del edificio se utiliza principalmente para la iluminación de la fachada del edificio y la carga del sistema EPS. Sin embargo, debido a costos y otras cuestiones, la aplicación de edificios solares fotovoltaicos en mi país aún se encuentra en la etapa exploratoria y el desarrollo futuro aún depende de las mejoras tecnológicas y el apoyo gubernamental.
2. Techos verdes
En comparación con los sistemas de generación de energía solar fotovoltaica, la aplicación de techos verdes es más popular en China. Con el desarrollo de la sociedad y el avance de la ciencia y la tecnología, los techos verdes de hoy no son tan simples como colocar césped en el techo, sino que también pueden plantar varias flores, árboles y organizar instalaciones para crear "jardines celestiales" cómodos y agradables. También puede plantar varios tipos de vegetales para formar una "granja en el cielo" con una sensación de granja, o servir como base educativa, que se puede decir que es el uso final del techo. El Parque Creativo Internacional Nanjing Zidong, que recibió el título de "Base de demostración de enseñanza e investigación científica sobre ecologización mundial de tejados" de la Asociación Mundial de ecologización de tejados, planea construir jardines en tejados o granjas aéreas encima de todos los edificios del parque para lograr el 100%. enverdecimiento del techo. Las verduras cultivadas en la granja del cielo no utilizan pesticidas ni fertilizantes químicos, y las verduras orgánicas producidas se suministran al comedor del parque. Impulsada por políticas y regulaciones relevantes, la construcción de jardines en las azoteas en grandes ciudades como Beijing, Guangzhou y Shanghai ha comenzado a tomar forma. Las ciudades pequeñas y medianas todavía necesitan publicidad activa y orientación por parte del gobierno.
3. Humedales artificiales
Como nueva medida de tratamiento de aguas residuales, los humedales artificiales comenzaron tarde en mi país, pero se han desarrollado rápidamente y han logrado ciertos resultados en la teoría y la práctica. La tecnología de tratamiento de aguas residuales de humedales construidos se ha aplicado al Parque de Protección Ambiental de la Exposición Mundial de Horticultura de Shenyang 2006, al Parque Forestal Olímpico de Beijing construido para dar la bienvenida a los Juegos Olímpicos de Beijing en 2008 y al Parque Houtan de la Exposición Mundial de Shanghai 2010. Entre ellos, el Parque Forestal Olímpico de Beijing es el primer parque urbano a gran escala en China que utiliza agua reciclada para abastecer los sistemas hídricos y el agua del paisaje principal. El área total del parque de humedales artificiales ubicado en Nanyuan es de 41.500 m2 y el área del estanque de oxidación del humedal es de 30.500 m2. Tiene la tecnología patentada de "Humedal construido de flujo vertical compuesto" desarrollada independientemente por el Instituto de Hidrobiología de la Academia de Ciencias de China. Puede procesar 2.600 m3 de agua reciclada de la planta de tratamiento de aguas residuales de Qinghe y 20.000 m3 de agua circulante del lago principal del parque. cada día se han plantado 60 toneladas de espadañas, cebollas, juncos, Pennisetum, etc.
Cabe señalar que, si bien los humedales artificiales tienen muchos beneficios, no pueden reemplazar completamente a los humedales naturales. Mientras investigamos y desarrollamos vigorosamente, cumplimos con las leyes de la naturaleza y protegemos activamente el "riñón natural" de la tierra.
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