上海世博会光电建筑

上海世博会光电建筑（精选5篇）

上海世博会光电建筑 篇1

一、上海世博, 让光电建筑引领未来

世博会作为建筑学历史上不容忽视的一页, 对近现代建筑学的发展起着深刻的影响和促进作用。世博会力求展示现阶段世界科技文明领域最前沿的研究成果, 每一届世博会都是最新科技的斗秀场, 为人们提供一个建筑技术发展的切片, 世博会上出现的新兴技术也为我们提供了未来建筑技术发展的新趋势, 预测了未来建筑发展的方向。

中国的城镇化正处在一个关键时刻。改革开放之初, 中国城镇化率只有17%, 现在已近47%。今后25年到30年, 是中国城镇化一个飞速发展的时期, 城镇化不仅是中国面临的大问题, 也是世界面临的大问题, 因为当今世界一批发展中国家在崛起, 发展中国家在崛起的过程当中, 工业化和城镇化是齐头并进的, 城镇化的目的就是使人的生活更美好, 这跟世博会的主题“城市让生活更美好”不谋而合, 如何让生活更美好?世博会给我们提供了一个前所未有的机会, 150多个国家, 50多个国际组织到这儿来展现他们的理念, 城市发展首当其冲的建筑自然是他们关注的重中之重。

一场新能源革命席卷全球的时候, 正逢上海世博会开幕之际。这是中国与世界共赢的机遇, 也是中国推进城镇化的绝好机遇。而最能代表未来城市发展的低耗能建筑——太阳能建筑在这个时候于美丽的上海大放异彩, 这一切都必将昭示着未来城市的发展将从这里起源, 光电建筑的前途藉此而蓬勃发展。

由“世博科技行动计划”设立专项研究的世博会太阳能应用科技创新涉及世博园区中国馆、主题馆光伏建筑一体化关键应用技术, 包括中国馆、主题馆太阳能与建筑结合技术, 光伏建筑一体化组件技术, 如地砖式光伏组件、大面积透光式光伏组件、防水型光伏组件、异形光伏组件等, 大功率逆变及高效组合技术, 大型光伏建筑控制技术及可靠性, 以及大型光伏建筑一体化系统工程应用技术等方面。世博会永久场馆中国馆、主题馆光伏建筑一体化并网电站建成后, 将成为目前亚洲和中国总容量位居前列的光伏建筑一体化并网电站, 主题馆光伏建筑一体化并网系统规模可达2.5兆瓦, 将是国内单体建筑上最大容量的光伏建筑一体化并网系统, 中国馆光电建筑则是结合具有传统中国特色建筑建造的BIPV并网电站。这不仅将成为世博会一个崭新的科技亮点, 还必将成为我国BIPV并网光伏发电领域的成功典范。此外, 世博中心、南市电厂和沪上生态家等场馆都将建立光伏建筑一体化并网发电系统。整座世博园的太阳能光伏发电总装机容量将达4.5兆瓦, 预计每年可节电约420万千瓦时, 减排二氧化碳约4100吨。集中使用, 是上海世博会太阳能技术的一大特点。主题馆、中国馆等主要场馆, 都将安装太阳能设施。建成后, 世博园区太阳能发电能力将达到4.5兆瓦。

世博园区太阳能发电项目实现智能化, 基本上不需要人工操作, 太阳升起时即开机发电, 太阳落山后则自动关机, 阴雨天气时发电效率虽受一定影响, 但也能照常开机发电。

上海世博园区太阳能发电项目在设计和施工过程中, 充分考虑到太阳能光伏电站发电效率的优化与世博建筑美学的统一, 屋顶平面采用单晶硅光伏组件与绿化间隔铺设的布置, 屋顶设备间南墙立面采用光伏遮阳组件, 达到了既美观又节能的效果。

2010年的上海世博会不仅是大规模光伏建筑一体化并网电站的展示与示范应用舞台, 而且各种结合太阳能技术应用的景观与展示也在规划之中, 如太阳能路灯、太阳能庭院灯、太阳能草坪灯、太阳能电子显示屏、太阳能雕塑、太阳能喷泉、太阳能售货亭、太阳能冰吧、太阳能报刊亭、太阳能移动厕所、太阳能公交候车亭、太阳能售货亭和太阳能游船等。世博会上的大规模太阳能技术应用和各种太阳能科技展示使人们能够体验到太阳能技术给人类生活带来的变化, 并充分反映出世博会关注应对全球气候变化和人类社会可持续发展等热点问题, 体现“城市, 让生活更美好”主题, 促进太阳能等新能源技术推广应用。本世纪举办的前两届世博会, 德国汉诺威和日本爱知, 对太阳能应用都作了初步展示, 而上海世博会的光伏应用, 将是世博会历史上规模最大、形式最为多样、技术最为新颖的。

无论是最具难度的主题馆, 还是其它场馆, 为满足建筑的美观和功能要求, 选用的太阳能电池板各具姿采:有的不透光, 而有的半透光, 在场馆内仰起头, 能看到阳光穿过电池板照射进来;有的平躺在屋顶上, 有的却垂直安装在外立面上, 成为遮阳板的一部分。在世博园区里, 单晶硅、多晶硅、聚光和薄膜电池等多种光伏组件都得到了应用, 一方面是为了借这个大舞台, 尝试太阳能电池的多样化应用, 一方面是由于各类型电池色彩不一, 与建筑风格的匹配效果不同。

世博“光电建筑”的设计建设, 不仅为展示, 更要实用。光伏发电并网后必须输出符合质量标准的“绿电”, 确保电网稳定。为此, 上海市电力部门同设计方、供货方经过多轮研究, 制定出了一系列技术指标和参数, 解决了并网的技术, 这些“发电屋顶”无需太多维护, 浇水清除积灰即可, 预计使用寿命在20年。

世博“太阳城”的总投资逾2亿元, 平板光电组件完全“中国设计、中国制造”, 因为国内尚未开发出柔性、可卷曲的光伏电池板, 因此世博演艺中心的球面屋顶没能采光发电。

二、主题馆光电屋顶

上海世博会永久性建筑之一的主题馆屋顶面积为6万平方米, 其中铺设太阳能板面积达3万平方米, 建成后总发电量达2.5兆瓦, 使主题馆成为一座兆瓦级的太阳能“绿色工厂”。中国馆采取了利用68米平台和60米观景平台铺设单晶太阳能组件的方案, 总装机容量达302千瓦。中国馆的60米观景平台四周将采用特制的透光型“双玻组件”太阳能电池板, 用这种“双玻组件”建成的玻璃幕墙, 既具有传统幕墙的功能, 又能够将阳光转换成清洁电力。在60米平台挑檐位置安装重达250公斤的光伏组件, 为了达到所要求的平整度, 要将主题馆数万平米屋面的水平误差控制在30毫米之内。主题馆选用晶体硅太阳电池组件, 太阳板间距仅2毫米。由于太阳能材料的特殊性, 工程安装过程中不能采用焊接方式, 只能用螺丝钉扣紧。中国馆的光电屋顶施工精度要高、施工难度大。

中国馆和主题馆设计了两套不同的方案。中国馆采用单晶硅太阳能组件, 主题馆则采用与建筑肌理相吻合的菱形设计方案, 铺设多晶光伏组件, 采用多晶硅是深蓝色, 与主题馆颜色相符。主题馆中庭屋顶采用了透光型的双玻组件, 在日照充分的白天, 将无需打开馆内的照明设施。

建筑是凝固的音乐, 世博“太阳城”必须处处与园区建筑的“韵律”合拍。世博主题馆的太阳能屋顶设计, 创意取自上海弄堂屋顶的肌理, 整体犹如碧波粼粼的海面。标准的电池板都是长方形的, 为了铺出一层层菱形的“碧海微波”的效果, 主题馆屋顶用了大量形状不规则的电池组件, 它们产生的电压、电量不同于常规, 所以在电池的并联串联方式上换了新思路。而且, 主题馆内部是大跨度空间设计, 屋顶承重有限, 因此常规的安装配件被“瘦身”, 施工工艺也被革新。

主题馆太阳能电站将成为亚洲单体建筑最大的太阳能光伏建筑一体化电站。主题馆顶部菱形和三角形的晶体片在屋顶层层叠叠, 成“折纸”形状。这些菱形和三角形就是太阳能多晶光伏组件。在屋顶下方的中厅位置, 设计者特别采用透光的双层玻璃组件, 让光线倾泻而下, 让游客丝毫看不到屋顶太阳能板的痕迹。

三、世博会中国馆彩色光电屋顶

上海世博会中国馆250KW高效彩色太阳能发电并网系统安装在中国馆地区屋面“新九州岛清宴”园林四周, 由2736块高效彩色 (红色、绿色、蓝色) 太阳能电池组件组成, 这是高效彩色太阳能发电系统在建筑上的首次应用。彩色太阳能发电系统既能够将阳光转换成清洁电力, 又能根据建筑需要拼装出彩色图案起到美化装饰效果, 这不仅是光伏建筑一体化 (BIPV) 应用的一个经典案例, 更是光伏环境一体化 (EIPV) 的一次精彩亮相, 是对本届世博会主题“城市让生活更美好”的具体演绎。

由于常规太阳能电池只有做成黑色才能保证较高的转换效率, 因此, 在常规太阳能电池应用于建筑物的过程中往往就会面临要么牺牲建筑物的外形美观, 要么牺牲光伏系统的发电效率的两难困境。光伏建筑一体化的概念需要新的内涵, 它必须考虑光伏组件与环境和建筑的协调性。

中国馆的地区馆屋面, 是景色宜人的“新九州岛清宴”园林景观。如果在风景如画的园林四周采用传统太阳能光伏板呈现蓝色或黑色将会大煞风景, 破坏景观效果。而采用彩色太阳能光伏板组成的迷彩色“高效彩色双玻组件”建成光伏建筑一体化的太阳能发电系统, 红、绿、蓝三色电池板围绕园林四周使其与景观的色彩和谐统一, 这条足有一公里长的太阳能发电系统不仅能为中国馆提供250千瓦的清洁电力, 更与周围“新九州岛清宴”的园林相映成趣, 成为世博园中的一大景观。

世博会采用多种色系的太阳能电池, 其转换效率和传统黑色太阳能电池几乎没有区别。“这使得太阳能发电系统与建筑和环境能够在更大程度上融为一体。在光伏建筑一体化的基础上进一步实现了光伏环境一体化。中国馆安装的高效率彩色太阳能发电系统, 这是高效率彩色太阳能发电系统在建筑物上的首次应用。

太阳能电池从“光伏建筑一体化”正在向“光伏环境一体化”发展。

四、世博台湾馆的神奇之处———调光薄膜

世博台湾馆外墙玻璃贴有电子调光薄膜, 调光薄膜是一种智慧薄膜, 直接将薄膜贴合在玻璃上, 再经过电压使得调光薄膜呈现穿透及雾状, 可使玻璃在透明与不透明之间转换, 即使不透明时, 采光仍很好, 这是目前所有窗帘都无法实现的, 并且对光的热能具有绝缘反射作用, 使得室内冬暖夏凉, 环保节能。调光薄膜利用液晶的光学特性, 实现了薄膜的光电功能。

调光薄膜 (Smart film) 之运用:

◎电子窗廉:可以自动地控制透光程度。当光线很强时, 电子窗帘呈现不透明状态;随着光线的逐渐减弱, 电子窗帘可呈现半透明状态;当光线很弱时, 电子窗帘则可呈现透明状态。

◎红外线触控面板、与投影机结合.

◎结合全彩LED, 可产生美丽的全彩玻璃。

◎结合雷射膜、各式半透明印刷膜, 可依据客户需要显现任何图案。

◎结合投影机, 可产生悬浮粒子的效果 (屏幕在透明状态) 。

◎结合影片或任何的内容提供者及广告业者, 可在任何有透明玻璃的场所使用, 让薄光薄膜产品更具有特色。

◎结合控制系统, 上述所有的运用可与调光薄膜完美的搭配。

调光薄膜原理:

1.当调光薄膜断电时, 其间的高分子液晶材料无序排列, 使光线无法穿透薄膜, 这时看到的效果便是乳白的不透明状态。

2.当调光薄膜通电时, 电场作用下薄膜中间的高分子液晶材料有序排列, 可使光线能透过薄膜, 这时看到的效果便是透明无色的薄膜状态。

五、日本馆柔性光电外墙

日本馆高约24米, 占地面积约6000平方米。展馆外部呈半圆型的大穹顶, 外层是带有太阳能发电装置的超轻“膜结构”, 独特新颖的钢网壳双层膜气枕结构形成的椭圆形外观, 酷似一只等待破茧而出的紫蚕。日本馆的建筑外面铺设了一层透光的淡紫色ETFE薄膜, 构成枕头状空间单位。有较好的透光性, 膨胀后的枕头状内部有太阳能电池板, 是一种建筑用的柔性光电薄膜, 这层膜, 白天能透过阳光, 利用太阳能发电, 夜晚让建筑物闪闪发光。在“膜结构”的外表, 还形成一层“水膜”, 可强化冷暖空气的流通, 减少空调能耗, 展馆外部透光性高的双层外膜配以内部的太阳电池, 可以充分利用太阳能资源, 实现高效导光、发电;展馆内将使用循环式呼吸孔道等最新技术。在结构方面, 由于日本馆采用了屋顶、外墙等结成一体的半圆形的轻型结构, 使得施工时对周边环境影响较小。日本馆外围护结构是柔性光电屋顶和柔性光电幕墙的光电建筑。

日本馆弧形穹顶上的三个触角似的排热塔, 当天气炎热时, 馆内制造喷雾, 使馆内热量排出, “就像人热时会出汗一样”来让环境变得清凉。日本馆外墙的光电膜结构, 可以使建筑的重量减轻一半。日本馆外墙之所以通体透出紫色, 这是因为内嵌在ETFE膜中的太阳能光电薄膜都是深紫色的。紫色无论在中国还是在日本, 都是代表高贵的颜色, 同时, 淡淡的紫色极其接近日本馆建筑外观的色调;蚕在中国是长寿的象征, 日本馆建筑外形成弧形穹顶, 宛如一个巨大的蚕茧点缀着世博园。

六、瑞士馆智能光电幕墙

瑞士馆互动型智能光电幕墙是展馆的亮点之一, 由半透明的铝网结构帷幕覆盖, 安装11000块包含敏化太阳电池的的生物树脂的智能光电幕墙建筑, 光电外墙的红色圆盘是太阳能光电板, 可以利用展馆周围的能量光伏发电, 比如太阳能或者照相机闪光灯产生的光能发生反应, 从而发出闪光。同时, 这些电池可以储存能量, 互为光源, 使得帷幕在夜间也能闪光。这种独特新颖的构思意在表现瑞士馆内外的“环境影响“, 以此展示我们周围还有许多未被利用的能源。

互动型智能幕墙上太阳能电池板由LED灯、能量源、存储装置和耗能装置组成。每块太阳能电池板都包含了一张瑞士地图, 每块太阳能电池均互相独立, 整个幕墙的闪光具有某种程度的不确定性, 因而产生一种动态闪光的视觉效果。此外, 由于这些电池可以储存能量, 它们之间能互为光源, 使得整个展馆幕墙在夜间也能闪闪发光。

红色圆形光电板包含了一块印制电路板, 该电路板由太阳能电池、微处理器、3个双层电容器 (高能率存储装置) 、一个快速开关的LED和光感器组成。这些电子组件密封在一个红色透明的聚碳酸酯容器里, 通过它们可与展馆幕墙进行互动。印制电路板上的电子线路按照瑞士地图的形状设计, 一些关键的组件对应着主要的城市, 如苏黎世、日内瓦、洛桑等。

幕墙上的红色圆形光电板件每个通过太阳能电池、光感器、LED等的相互配合工作, 根据入射光的角度和强度, 将光能吸收储存并转化为电能, 可以独立发光。这些电池的设计模仿生物细胞, 具有自成一体、自我维持的特性, 仿佛每个个体都有自己的生命。同时, 每个红色圆形光电板的外围有一圈天线, 用来接收半径2米以内的信息, 也就是说, 其它“小太阳”发光时, 还可迅速互相传导发光。在随意编织的金属网构成的幕墙上, 由于镶嵌的红色圆形光电板布局任意、间隔不规则, 就出现了每次发光持续的时间不同、范围不均, 闪闪烁烁的奇妙效果!

智能幕墙有7种发光模式:日出以后, 每分钟闪1次, 互相不传导;2小时后, 每40秒闪1次, 互相可传导;中午时分, 进入活跃期, 每5秒闪1次;之后光照最强时, 大量发光;黄昏时分, 其它光源, 比如照相机的闪光等, 也能激活其发光, 但互相已不能传导;日落后1小时, 靠原先储备的能量, 慢慢地发光;日落后5小时, 在集中发出一段时间的光之后, 原先储备的能量全部耗尽

为了在世博会上达到良好效果, 团队去年在瑞士做了好几个实验墙, 分别以20个小单元和200个大单元测试红色圆形光电板的效果, 还专程建气象站采集了上海的光照数据, 进行编程。

瑞士馆科技的眼光加上美好的梦想———展馆极大地体现了现代瑞士的特质:追求卓越、不断创新和高品质的生活, 同时也展示了瑞士面向未来、具前瞻性和可持续的发展理念。

七、法国阿尔萨斯案例馆水幕光电幕墙

本届世博会上, 运用太阳能光伏技术的展馆不计其数, 但在太阳能板下还有潺潺流水的, 恐怕只有法国阿尔萨斯案例馆“独此一家”了。通过巧妙运用太阳能发电、水源降温等技术, 这幢金属钢架结构的建筑有效实现了冬暖夏凉。从远处看, 法国阿尔萨斯案例馆并不如传统建筑般四四方方, 而是与地面呈微微倾斜的角度。从侧面看, 它的纵剖面有点接近于平行四边形。其主要看点集中于南立面, 斜斜的墙面分为两部分, 一部分是被青枝绿叶覆盖的“绿墙”, 另一部分是一整片玻璃幕墙。

水幕馆”的原型, 来自阿尔萨一所普通高中的太阳能发电墙, 在这届世博会上, 科学家进行了豪华升级:传统概念中, 玻璃幕墙是造成现代建筑夏天“温室效应”的罪魁祸首, 但在这里, 它却是使整幢建筑实现冬暖夏凉的关键所在。仔细看, 玻璃幕墙从外到内包括三个层面, 外层为夹层玻璃光伏组件, 中间层是个可开可闭的空气层, 最后一层还是玻璃, 上面有水流过, 构成水幕玻璃。玻璃幕墙上的太阳能光伏发电板面积约为72.2平方米, 发电量6600瓦, 虽然无法完全满足这幢3层高建筑的所有能量需求, 世博开园的运行情况表明, 在和水幕的联合作用下, 室内的空调能耗已经比常规同类建筑少很多。

“冬天模式”:太阳能电池依旧运作, 供给空调用电, 水幕停止流动, 所有的玻璃窗全部关闭, 使得中间层成为一个密闭空气舱。经过阳光照射以及太阳光在光电板上转换成电并发热, 密闭舱里的空气被迅速加热, 并源源不断送往风机, 就能持续地给室内各个楼面供暖。

夏天模式”:太阳能电池板产生的电能运行水泵, 空气层玻璃向室外打开, 让从上而下流动的水幕为房子带走热量;外层玻璃打开实现通风;同时经位于屋顶的水泵抽送, 水幕以每小时48立方米的流速不断冲刷着内层玻璃, 再加上太阳能板产生的阴影, 三管齐下, 使得中间空气层的温度有所降低, 从而起到给建筑降温的作用。此时, 太阳能光电板产生的能量将成为水泵的动力来源。

光电建筑在实际运行中, 光伏电池的光电转换效率随着工作温度的上升而下降。如果直接将光伏电池铺设在建筑表面, 将会使光伏电池在吸收太阳能的同时, 工作温度迅速上升, 导致发电效率明显下降。理论研究表明:标准条件下, 单晶硅太阳电池在0度时的最大理论转换效率可到30%。在光强一定的条件下, 硅电池自身温度升高时, 硅电池转换效率约为12%一17%。照射到电池表面上的太阳能83%以上未能转换为有用能量, 相当一部分能量转化为热能, 从而使太阳能电池温度升高, 若能将使电池温度升高的热量加以回收利用, 使光电电池的温度维持在一个较低的水平, 既不降低光电电池转换效率, 又能得到额外的热收益, 于是太阳能光伏光热一体化系统 (PVT系统) 应运而生。在建筑的外维护结构外表面设置光伏光热PVT组件或以光伏光热PVT构件在提供电力的同时又能提供热水或实现室内采暖等功能, 解决了光伏模块的冷却问题, 改善了建筑外维护结构得热, 甚至可以使建筑物的室内空调负荷的减少达到50%以上, 增加了BIPV的多功能性。为建筑节能和推广BIPV系统提供了一种新的思路。法国阿尔萨斯案例馆水幕光电幕墙是一个较好的案例。

法国设计方表示, 按照原先设计, 在夏季模式下, 装有太阳能板的外层玻璃还能像“向日葵”般跟着太阳改变开启角度, 以求得到最大照射面积, 获得最多的太阳能。由于时间、成本等因素, 这项“智能控制”方案最终并未实施。他们乐观表示, 希望将来能在中国的大型公共建筑中看到实际应用。

我国太阳能产业究竟该如何发展?光电还是光热?一直是行业和学术界争论的课题, 光电是从光能转电能的角度解决能源问题的, 光热是从光能转热能的角度解决能源问题, 两者目的是相同的, 都是为了节约能源、保护环境。太阳能与建筑的结合, 不仅需要光电, 也需要光热。更需要光电光热有机结合。

结束语

太阳能建筑, 是本次上海世博会的最大亮点, 成了上海最为靓丽的城市新名片。综观世博场馆, 摈弃既有建筑的耗能弊端, 而缤纷异彩的光电建筑促使我们眼前一亮。上海世博会设计应用的太阳能发电项目规模之大、运用的新技术之多, 在世博历史上是空前的。上海世博会对低碳与环保的实践, 不仅令中国受惠, 还将为全球带来新的启迪, 其中光电建筑带来了新的尝试、新的看点。它不仅为世博会留下了经认证的绿色财富和低碳世博的理念, 亦为未来城市的建筑发展起到了良好的示范作用。

全球没有人能够置身于气候变化的挑战之外, 气候变化已经把人类首次凝聚起来应对共同的敌人。我国面临着快速城镇化进程中能源集约化使用的巨大压力, 挑战和机遇是同在的。巨大的压力推动未来城市建筑思路的全面创新, 以我为主, 博采众长, 融会贯通, 上海世博会演译展示了中国的未来城市的低碳能源、低碳建筑、绿色建筑的核心技术----光电建筑, 上海世博会站在高科技的肩上触摸“未来城市让生活更美好”的建筑。

摘要：本文介绍了上海世博会主题馆光电屋顶、中国馆彩色光电屋顶、台湾馆调光薄膜、日本馆柔性光电外墙、瑞士馆智能光电幕墙、阿尔萨斯案例馆水幕光电幕墙。上海世博会演译展示了中国的城镇化建设过程中, 未来城市的低碳能源、低碳建筑、绿色建筑的核心技术----光电建筑。上海世博会站在高科技的肩上触摸“未来城市让生活更美好”的光电建筑。

关键词：光电建筑,光电屋顶,光电幕墙,彩色太阳电池,光伏建筑一体化,光伏环境一体化,调光薄膜,柔性光电建筑,互动智能光电幕墙,水幕光电幕墙

上海世博会光电建筑 篇2

今年暑假，我有幸参观了上海2010世博会，并着重对世博会远大馆建筑节能的状况进行了调查了解。作为一名土木工程专业的学生，我从以下几个角度展开调查：

一、节能理念及方法

绿色，代表环保、代表低碳、代表可持续发展的理念，它贯穿整个世博会的建设过程，也为远大馆所重视。而在远大馆，这种理念被更具体的理解为传播建筑节能和空气健康，让观众体验人类未来健康而朴素的生活方式。

在远大馆，通过建造理念方法的革新、节能材料的应用，将未来生活的方向清晰的展现的参观者面前。

二、成果展示

远大的节能技术涉及多个领域，其在世博会的展示主要体现在如下几个方面：

1、一天建成远大馆

一天建成一座房屋，或许是天方夜谭，但远大却做到了，在24小时内建成一座6层楼高的建筑物，即远大馆。这24小时内，远大的工作人员完成了包括传统意义上的土建和装修，包括所有主题构件及门窗。

远大通过工厂预制所有部件，在现场进行组装这样做的好处除了大大节约人力物力，其建筑垃圾只有传统施工所产生垃圾的1%，此外，该建筑的耗能也只相当于传统建筑的20%，生动体现了上海世博会“低碳、节能”的理念。而且，这座远大馆通过国家抗震9度测试，达到全球最高等级，且较其他同类建筑节省6倍原材料、5倍能源，可谓是优点多多。

这是远大将自身关于建筑节能的成果，用最直接的方式展现在参观者面前，惊讶之余，作为即将从事建筑行业的一名学生，我对未来的建筑节能发展更有信心。

2、不用电的空调

夏天到了，空调给人们带来凉爽，但其耗电量也是众所周知的，由此带来的二氧化碳排放量的增加，对全球变暖带来的影响也是不可忽视。而远大20年前就发明了非电空调，在全世界60多个国家得到广泛应用，今天，观众在诺大的世博园区各个场馆体验到的凉爽空气，正是来自远大这项神奇的发明。而更神奇的是，由于用火直接转换为冷，省掉了电空调所需的5次能量转换：燃料转热能（锅炉）、转机械能（蜗轮）、转电能（电机）、又转回机械能（压缩机）、最终转为冷能（换热器），根据热力学第二定律，每次能量转换都伴随着损耗，因此，电空调比非电空调多耗能2倍。在世博园区，非电空调因节能而减排的二氧化碳，相当于种了400万棵树，一片32平方公里的森林。

伸手触摸空调外机的铜管，一片冰凉，馆内凉爽舒适的温度也更进一步说明其制冷效果非常好。相信随着科技的不断发展，人们对环保节能的不断重视，这项科技成果一定会早日进入普通人家。

3、节能房屋建筑

对于未来的房屋建筑，远大也有自己的理解，节能、健康，打造生态极简主义建筑，这也是远大馆的造型亮点。

在节能科技体验厅，展厅外设置的一个零下20°C的环境，展厅内用不同厚度保温层墙体、不同材料的门窗框以及不同层数玻璃的窗户，进行保温效果的比较，通过实时显示的温度以及感官的触摸，让参观者亲身体验节能产品的优势。

而这座远大馆展示的节能住宅,窗户要是多层的,并且是塑窗框,这样能有效隔热。遮阳要从传统的内遮阳转变成外遮阳,室外的热量才能最实际的被停留在户外。墙体进行厚保温,就像给房屋穿了件外套。这样的建筑，其能耗仅相当于常规建筑的20%，却比常规建筑舒适的多。

三、未来前景

远大馆里呈现了一个“生命手机”的造型，通过这样一个其实是手机和空气质量监测仪器的混合体，发给参观者一条生命短信，让参观者真正明白，如果想保护自己和家人的生命，必须“做三件事”：一节能、二节能、三还是节能，因为浪费能源直接制造空气污染。而在空气污染尚未彻底消除的年代，每个公民应该随时随地用科学仪器来了解空气、来监督污染，并尽可能用空气净化机来减轻室内污染，毕竟，人有90%时间是在室内。

在未来，人们更多的会寻找一种健康、节能、绿色的生活方式，这是对我们这一代建筑工程人员的要求，也是我们工作研究的目标和方向。

探讨上海世博会的光电建筑 篇3

上海世博会见证了世界和中国的共赢, 它是中国走向城镇化的最好时机, 而太阳能建筑是典型的低耗能建筑, 它代表了以后城市发展的趋势。

1.1 实用化的设计

上海世博会光电建筑的设计和建造不只是表面上的展现, 更重要的是具有实用性。合乎质量要求的“绿电”将会在光伏并网发电之后输出, 从而保证电网的稳定性。因此, 供货方、设计方跟上海市的电力单位通过不断地分析, 规定了一些参数与技术的标准, 进而使并网技术得以解决, 这些光电建筑不需要经常性地维护, 只需要使用浇水的方法清理灰尘就行了, 它的使用年限可达20年。这项工程的投资超过了2亿元, 平板光电的组件都是由中国人自己设计和制造的。

1.2 多样化地运用太阳能电池

不管是上海世博会的主题馆, 还是其它的一些场馆, 为了达到建筑的功能需要与美观的目地, 所使用的太阳能电池板是多样化的:有些是半透光的, 有些是一点儿也不透光的, 在场馆内抬头望去, 就可以看见从电池板照进来的阳光;有的是平躺在建筑的顶层, 有的是垂直放置在外立面上。在世博园内, 各种各样的光伏组件被得以使用, 比如聚光电池、多晶硅与单晶硅等, 一是由于不同类型的电池颜色是不一样的, 跟建筑样式的搭配效果是不一样的。二是借助世博会, 实验多样化地运用太阳能电池。

1.3 多样化的光伏运用

在上海世博会上不只是展现了光伏建筑统一化的并网电站, 还展现了多种运用太阳能技术的景观, 比如太阳能的厕所、太阳能的候车大厅、太阳能的喷泉、太阳能的照明等。在世博会上所展现的太阳能技术与各种各样的太阳能技术的景观, 使人们意识到太阳能对人类文明的进步所起到的推动力, 全面地折射出了世界的可持续发展与气候条件的改变等热门话题, 说明了城市可以使生活变得更加美好, 促使着太阳能技术的进一步使用。

1.4 高效率与智能化的设计

太阳能发电系统在上海世博园能够实施智能化地控制, 通常是不需要人工控制的, 在太阳升起的时候, 开始发电, 在太阳落下的时候, 就不再进行发电了。在下雨天和阴天的时候, 发电的效率会有所降低, 区太阳能发电项目将实现智能化, 基本上无须人工操作, 太阳升起时即开机发电, 太阳落山后则自动关机, 尽管在阴雨天气时发电效率虽受一定影响, 但是也可以正常的发电。在设计上海世博园的太阳能发电系统的时候, 需要全面地思考建筑美学和提高太阳能光伏的发电效率, 以达到节能与美观的目的。

1.5 统一使用

太阳能技术在上海世博会的最大特点是统一使用, 上海世博会的主题馆与中国馆将会排在中国甚至亚洲光电家建筑的前列, 主题馆的光电建筑统一化并网系统的规模能够到达2.5MW, 在国内占据首位;而中国馆的光电建筑是根据中国固有建筑创建的BIPV并网电站。它不但是世博会吸引人注意的一个地方, 而且是我国BIPV并网光伏发电领域的典型代表。除此之外, 上海生态家、南市的电厂与世博中心都会创建光伏建筑统一化的并网系统。

2 主题馆的光电建筑

主题馆作为上海世博会的一个永久性的建筑, 它的屋顶面积是6万平方米, 其中, 所安装的太阳能电池板的面积到了3万平方米, 它的发电量能够达到2.5MW, 从而使得主题馆的太阳能达到了兆瓦级。跟中国馆相比较, 主题馆有自身独特的设计方案。中国馆使用的太阳能组件为单晶硅, 而主题馆使用的是一种菱形的设计方案, 这种设计是符合建筑肌理的, 它使用的光伏组件是深蓝色的多晶硅, 这跟主题馆的颜色是相搭配的。透光型的双玻组件被运用到了主题馆的中庭屋顶, 在白天光照充足的时候, 是不需要把主题馆里面的照明打开的。在设计主题馆的太阳能屋顶的时候, 是使用了上海弄堂的屋顶这种肌理, 从整体看上去跟海面很相似。

3 中国馆的光电建筑

由2 736块彩色 (蓝色、绿色、红色) 与高效的太阳能电池组件组和而成了中国馆250 k W的太阳能发电装置, 这是第一次在建筑上使用彩色与高效的太阳能发电装置。这种彩色的太阳能发电装置不但可以把太阳光转变为动力, 而且可以依据建筑的要求拼成彩色的图案以达到美化的目的。因为普通的太阳能电池在制造成黑色的时候才可以确保很高的转换效率, 所以, 在建筑物当中使用普通的太阳能电池的的时候, 不能够美化建筑物的外观, 或者是不能够确保很高的准换效率。

中国馆的馆屋面是一种园林式的景观。如果在这种园林式的周围使用传统意义上的黑色必定会影响到园林的景观效果。而使用彩色的太阳能光伏板组合而成的彩色与高效的双玻组件, 蓝、绿、红三色电池板把园林环绕起来, 可以保证跟园林景观的色彩相融合, 这种太阳能的发电装置不但给中国馆输送250 k W的电力, 而且能够跟周围的园林相互映衬, 这是世博园当中的一大亮点, 所使用的彩色与高效的太阳能电池, 它的转换效率和传统意义上的太阳能电池是一样的。从而使太阳能发电装置和环境可以最大限度地统一起来。

4 结语

上海世博会最亮丽的风景线是太阳能建筑, 从整体上看上海世博的场馆, 是克服了传统建筑的耗能弊端, 这种光电建筑是五彩缤纷的。设计上海世博会所使用的新型技术是很多的, 同时具有大规模的太阳能发电系统, 在世博史上, 这是从未有过的。上海世博会倡导的理念就是环保和低碳, 这对中国是有很大的好处的。

参考文献

[1]胡晔旻, 张灿辉.世博会所展示的建筑表皮材料之发展趋势[J].重庆建筑, 2011, (07) .

上海世博会光电建筑 篇4

历届世博会的举办, 或多或少会留下些标志性建筑。如英国伦敦的水晶宫, 法国巴黎的埃菲尔铁塔, 比利时布鲁塞尔的原子球馆……而这座耸立在黄浦江畔的“东方之冠”便是2010年上海世博会留给世人的一份建筑大礼。

伴随这份建筑大礼的还有一条“低碳之路”。

1 有一种颜色叫“中国红”

“红”为君子大德之色, 吉利而祥和、热烈而真诚、高雅而富贵、博大而雍容。红色是中华民族最喜爱的颜色, 特别是艳丽而不失沉着的故宫正色之红, 甚至成为中国人的文化图腾和精神皈依。庄严华美的中国国家馆 (东方之冠) 便是披上与故宫一色的红衣威严耸立在黄埔江岸。

位于世博轴入口不远处的中国馆, 有国家馆与地区馆构成。国家馆居中升起、层叠出挑, 主体建筑高61.6m, 最高点68.8m, 总建筑面积为16万余平方米。国家馆的建筑造型凝聚了中国元素, 从色彩到构架, 都象征着中国的时代精神, 成为城市中的建筑雕塑。

国家馆主体造型雄浑有力, 宛如华冠高耸, 天下粮仓;地区馆平台基座汇聚人流, 寓意社泽神州, 富庶四方。国家馆和地区馆的整体布局, 隐喻天地交泰、万物咸亨。体现了东方哲学对“天”“地”关系的理解。国家馆为“天”, 高耸于上, 地区馆为“地”, 如同基座般延展于国家馆之下, 形成浑厚依托之态;而63米的绝对高度中, 下部33m完全挑空, 这些中心对称空间和地区馆平坦延伸的空间, 为人们的自由交流提供了充分的开放场所。这种开放性、公共性, 是国际建筑设计的重要理念, 亦是以传统造型诠释现代科技, 表现中国古代天人合一、天地交泰的传统哲学思想。

国家馆的每个空间都蕴含着中国传统文化的深邃和美妙。从"匠人营国"中的九经、九纬之道构成的屋顶平台建筑构架的文化基础;从传统建筑中斗拱榫卯穿插, 层层出挑的构造方式;到以园林小品与周围环境巧妙衔接的空间平台;就连建筑外观也镌刻上古代叠篆文字, 无不体现中华智慧的结晶。这些传统元素“古”意“新”解, 透露出时代的新鲜气息。“东方之冠”以一种独特的建筑语言, 寄托着中国人对世博会的憧憬和梦想, 也象征着中国敞开胸怀拥抱世界, 值得每一位参观者细细品味。

2 空中花园生态城市美景

一提到巴比伦文明, 令人津津乐道、浮想联翩的首先是被誉为世界七大奇迹之一的"空中花园"。在那个美丽传说中, 国王为取悦他的爱妃而特意在他的宫殿里, 建造了层层叠叠的阶梯型花园, 上面栽满了奇花异草, 并在园中开辟了幽静的山间小道, 小道旁是潺潺流水。工匠们还在花园中央修建了一座城楼, 矗立在空中。巧夺天工的园林景色终于博得了美人的欢心。本届世博会上, 许多展馆在顶层设置了空中花园, 描绘出一幅低碳、环保的绿色画面--闲庭信步, 闻香识绿, 触摸自然, 每个人都能分享空中绿色生活。

但, 世博园里的空中花园, 如何才能运用到未来的城市建设中, 让人们可以随时能到自家屋顶聊天、散步, 闻花香、听鸟叫。让每个人分享公共休闲绿色空间, 是未来城市为居民营造生态家园的主要方向。建设空中花园不是在屋顶放点土、种点花那么简单。它需要较高的技术含量, 既要达到绿化的目的, 又要保证房屋不受影响。新加坡馆的空中花园就提供了一个好样本。

新加坡馆在顶层种满多种热带花卉, 整个展馆不依靠高能耗空调系统, 而是以空中花园这个“清凉帽”为基础, 再配合自然通风、隔离吸热等设计, 共同营造舒适凉爽的环境。

而法国馆的“空中花园”覆盖在整个建筑顶部, 绿色植物从顶楼向下倾泻, 一直悬垂到底层的大院子中, 在场馆内庭四面形成一道道绿色的瀑布。一根根高达20多米、环绕整个室内空间硕大悬空的绿柱, 让进入馆内的游客为之震撼。这些适应上海气候条件的众多绿色植物植入在立体容器内, 通过复杂的滴水灌溉方式, 将法式凡尔赛园林盛开在黄浦江畔, 展示出法国现代化城市与古典花园相结合的城市风韵, 在追求无限绿色空间理念的同时也体现了高超先进的绿墙技术。

印度馆的外部造型很像泰姬陵, 穹顶是其最特别的地方, 数万根盘口粗的竹子建成了世界最大的竹制穹顶。不仅如此, 穹顶上还种满了绿草。绿色的草皮覆盖在中央穹顶上, 浓浓的绿意中镶嵌着“生命之树”的铜制雕刻。植物与金属的融合, 堪称一绝。

中国馆的屋顶花园设计灵感来源于圆明园的皇家园林‘九州清晏’, 寓意‘河清海晏, 天下升平, 江山永固’, 代表了古代中国山河之广阔。中国馆的屋顶花园被命名为“新九州清晏”, 以中国馆为“核心州”, 在其周围环绕“八大州”——“田”、“泽”、“渔”、“脊”、“林”、“甸”、“壑”、“漠”, 分别代表了田埂、湿地和湖泊、渔乡水岸、山峰、森林、高原平地、山沟和地隙以及沙漠和戈壁。国家馆对称齐整的布局, 表现出严谨含蓄的民族气质, 体现了地道的儒家思想。而屋顶花园布局自由灵活, 变幻无穷, 极力追求自然情调, 更多地带有道家风范。两者互补, 体现了构成中国传统文化结构的主体思想。

3 建筑低碳指引未来之家

在自然界的发展中, 人与自然的交换活动是人类社会最基本的活动。随着现代化的深入, 人类一边无度的索取, 一边大量的制造垃圾。当人们陶醉在对自然界胜利的同时, 也在品尝着盲目行为的恶果。正确处理经济建设与自然的关系, 必须用科学的生态价值观指导人类行动。

世博园E片区特设的“城市最佳实践区”是世博会历史上的首创, 是来自世界各国的城市最佳实践案例的“展区”。这座作为展示、交流和推广城市最佳实践的全球平台, 集新理念、新技术、新材料、新工艺的示范基地, 将成为体现可持续发展的街区改造范例, 对世界城市的未来发展趋势将产生积极影响。

“城市最佳实践区”云集了“汉堡之家”、伦敦“零碳馆”、马德里“竹屋”、上海“沪上生态家”、阿尔萨斯“水幕太阳能墙”、奥登塞的自行车道、麦加的“帐篷城”、四川成都的“活水公园”……步入“城市最佳实践区”参观者在感受视觉冲击和心灵震撼的同时, 更能感受到未来城市社区的环保魅力。

当游客们习惯了排着长队、打着伞、扇着扇子在毒辣的日头下接收高温的考验后, 踏入“汉堡之家”时, 不自觉的会“倒吸一口冷气”。“汉堡之家”平时馆内温度维持在25℃左右, 令人惊叹的是, 整个“汉堡之家”没有一台空调。

“汉堡之家”是中国境内首栋获得认证的“被动房” (即超低能耗房) 。馆内不用依靠外部供电, 通过积蓄太阳能、地热、地冷和人体热能来调节室内温度平衡, 利用带热回收功能的通风系统为室内提供新风。

“汉堡之家”就像是一座“密封”的4层楼, 结构紧凑, 保温效果和气密性良好。平时为了切断与外界的“热交换”, 游客进入参观时, 工作人员先把外面第一道门关上后, 再打开第二道门。暑天隔热, 除了关门, 建筑本身还有不少高科技元素, 建筑屋顶有厚达18厘米的隔热墙, 外墙也非普通墙砖, 中间含20厘米厚的隔热材料聚苯乙烯。这些高隔热隔音, 密封性强的建筑外墙, 能够最大限度降低采暖和制冷的能耗。

而看似普通的窗户更有门道, 每一扇都是特殊材料制成的三层玻璃, 窗外还配有防热辐层和可移动的网状遮阳板。每层楼的靠窗地面都有送风装置, 一边提供除湿新风, 一边还回收屋内热量。

有着中国第一栋“零二氧化碳”公共建筑头衔的“伦敦零碳馆”在建筑理念上与“汉堡之家”有着异曲同工之妙。变废为宝, 利用可再生能源是“伦敦零碳馆”的奥秘所在。正如“伦敦零碳馆”协调人陈硕所说, 现在的建筑能耗很高, 需要输入大量的水、电、物资等, 输出废热、废水以及工作生活垃圾。“伦敦零碳馆”则是要改变这种机制———不从自然界浪费能源, 也不从管网中吸收能量, 而是收集周边的废物垃圾, 以及太阳能、风能等可再生能源, 供给建筑能耗。它的理念是在不牺牲居住舒适度的前提下, 达到低碳的目的。

“伦敦零碳馆”最为独特的是楼顶的“风帽”。这些随风转动的五彩“风帽”利用温压和风压将新鲜空气源源不断送入建筑内部, 并将室内空气排出。在通风过程中, 同时可利用太阳能和“江水源”系统对进入室内的空气进行除湿和降温。在这个有机循环的能源系统中, 60%的能量来自太阳能光伏板, 40%则靠蓄电池储存能量。

建筑节能减排是“伦敦零碳馆”的另一大看点。就连餐具也可以发电, 剩饭剩菜都可以利用起来——内馆所需的部分电能和热能, 就是通过“生物能热电联产系统”对各种有机废弃物、一次性餐具等进行降解而获得的, 降解完成后余下的“产品”, 还能用作生物肥。

“沪上·生态家”是以上海闵行区的一幢生态办公示范楼为原型建造而成。作为国内首座”零能耗“生态示范住宅, 最大优点是高效利用可再生能源。屋顶上巨大的太阳能光热设备可为整幢楼提供能源, 独特的外遮阳系统, 能在炎热的夏天随时阻挡阳光进入, 起到隔热降温的作用。利用地热能调节整幢建筑温度的地源热泵, 可通过管中流动的溶液将地下土壤中的温度带上来, 使室内温度上升, 就像中央空调一样。

“沪上·生态家”可以说是一个“垃圾造的房子”, 一砖一瓦, 都是本已进了垃圾堆的原材料。除了变废为宝的生态技术, 最有趣的要属“三代厨房”、“三代客厅”、“乐龄之家”和“家庭水处理中心”。在“三代厨房”里, 烧天然气所产生的废气70%被转化为电能, 可供厨房里的电磁炉、微波炉等电器所用, 家庭水处理中心把水分为白水、灰水和黑水三类, 通过内部连通的管道和净化器, 实现水在屋内的自身循环。“乐龄之家”即老年人的生活方式, 未来, 老年人可以通过一套系统检查自己的身体状况, 程序很简单:坐在沙发里看电视, 然后按下一个按钮, 电视屏幕上将显示老人的体重、血氧含量等一系列健康指标。

从“城市最佳实践区”展示的未来住宅来看, 建设必须和自然环境融合到一起, 进一步使用新型节能环保建材, 充分利用自然资源, 发展生态建筑、绿色建筑。低碳、环保、生态、智能已经成为未来之家的基本要素。

4 科技世博演绎低碳理念

翻开历史, 不难发现, 城市之所以美好, 科技创新功不可没。如果将目光稍稍拉远, 梳理那些改写人类历史的重大发明时, 会惊奇的发现:在世博会的158年历史中诞生过无数的发明, 电灯、电话、蒸汽机、缝纫机、洗衣机、照相机、电视机、飞机……这些新技术和新产品都给当时的人们留下了憧憬未来的希望, 而这些科技成就最终在如今的日常生活中一一兑现, 对人类的生产生活产生巨大影响。

上海世博会上, “科技世博”的理念贯穿始终, 节能、环保、循环利用、新能源、新材料等技术应用得到集中展示。国家电网馆展示的“绿色”智能电网、上汽·通用馆诠释未来的“车联网”、西门子最大LED照明系统、中国移动披露的4G通讯、芬兰馆的标签纸外墙等等高新技术涉及到方方面面。参观者在面积5.28平方公里的世博园区内体验到无处不在的低碳理念, 同时也将感受低碳技术带来的美好绿色生活。

俯瞰上海世博园区, 世博轴无疑是贯穿世博园的“大动脉”。在这条长约1000m、耗资近30亿的银色“大动脉”上, 错落有致地分布着6个形似大喇叭花的索膜结构建筑, 它们有一个好听的名字, 叫“阳光谷”。这些“盛开的大喇叭花”将阳光采集到地下空间的同时, 也把新鲜空气运送到地下, 既改善了地下空间的压抑感, 还实现了节能。此外, 雨水也能顺着这些广口花瓶状的玻璃幕墙, 流入地下二层的积水沟, 再汇向7000立方米的蓄水池, 经过处理后实现水的再利用。

世博轴的空调系统与目前广泛使用的中央空调不同, 世博轴的空调系统完全采用江水源热泵结合地源热泵的复合系统, 实现空调冷热源100%采用可再生能源, 其中江水源占70%、地源占30%。夏天, 江水源热泵和地源热泵作为空调系统冷热源, 省去了冷却塔补充水;冬天, 江水和地理管散热器作为热泵系统的高温热源或低温热源。也就是说, 夏天, 把热气传导至黄浦江水里, 冬天, 则从江水里吸收热量。这种空调系统既缓解了城市热岛效应, 又可有效解决冷却塔产生的飘水、噪声、产生细菌等环境污染问题。

每天, 在世博园内有上千辆供游客免费乘坐的车不停地穿梭着。如果游客够细心, 便可发现有一种公交车在进入候车亭短短的几十秒时间里, 会在车顶上探出一根“天线”触碰到雨棚外横出的两根不锈钢管从而完成充电过程。这是一种新型的超级电容公交车, 只需在候客间隙充电不到1分钟时间, 就能行驶5公里左右。

还有一种是不喝汽油只喝氢气的燃料电池观光车。这种真正的“零排放”新能源观光车, 采用燃料电池技术, 喝的是氢, 排出的是纯净水, 同时产生电流驱动汽车, 最高时速为40公里/小时, 续驶里程可达80公里。

“科技是世博会永恒魅力的源泉”。百年间, 积聚智慧的世博会已经成为人类文明的时尚风向标。如果说往届世博会是为工业革命展示最新的产品成果, 那么, 本届上海世博会最大的科技亮点就是“环保、低碳”。这是一种生活方式的改变, 也是人们意识的改变, 上海世博会探讨的是城市生活前景, 寻求的是一条可持续发展之路, 因为我们只有一个地球。

世博会是人类科技文明成果荟萃的盛会, 是展示人类科技、经济、文化、艺术等各领域文明进步成果的盛会。当今, 随着城市化的深入推进, 城市人口加速增长, 如何解决好地球、城市、人三个有机系统之间的关联和互动, 值得我们每一个人深刻反思。

上海世博会光电建筑 篇5

从历史上看, 每一届世博会上展示的建筑理念、材料和技术, 往往标志着那个时代的最高水平, 也预示着下一个时代建筑的发展目标。上海世博会在建筑节能工艺、建筑节能材料等方面的展示, 代表了当今世界范围内在建筑节能领域内的最新成就。

目前, 我国节能建筑只占建筑总量的5%, 城镇节能建筑只占建筑总面积的21.7%。我国建筑建材业的能耗量已占到工业总能耗的27%。如果建筑节能维持现状, 2020年仅空调高峰负荷就会相当于10个三峡电站满负荷发电。有数据显示, 我国民用建筑在达到相同室内热舒适度的情况下, 使用能耗高出同等气侯条件下发达国家平均水平的2～3倍。从数据上看, 我国的建筑业保持较快增长, 但我国的建筑业存在着碳排放量大、能耗高等情况。上海世博会上所展现的节能环保型建筑或许能够解决我国目前存在的建筑节能等诸多问题[1]。

2 新建筑材料的应用

2.1 墙体材料

墙体材料是建筑最重要的围护结构, 是当今建筑节能的研究重点。世博中心采用全钢结构, 其建筑外墙采用玻璃结合铝板、陶板、石材的组合幕墙。呼吸式幕墙实现自然通风。外墙采用外保温技术, 玻璃幕墙采用低辐射中空玻璃, 配合屋顶绿化, 隔热性能更好。中国馆的外墙材料为无放射、无污染的绿色节能产品。

德国馆采用全透明的外墙设计, 外表被一层银灰色的发光膜所覆盖。这是一种革新性建筑材料, 其发光性和节能性是传统建筑材料所无法企及的外墙同时还使用了网状的、透气性良好的建筑布料, 可以反射太阳辐射, 为展馆遮阳。

日本馆采用膜技术, 在外墙表面采用了一种高透明的发电膜, 在发电同时也能最大程度透光。意大利馆的外墙运用了透明混凝土, 通过不同比例的调配使光线得以穿透, 减少了灯具的使用。英国零碳馆墙体采用纳米保温隔热材料, 减少了室外热滲透, 吸收室内多余热量, 稳定室内气温波动;墙壁所使用的混合型水泥中含有50%的粉煤灰、煤矸石、矿渣等建筑废料。同时, 在外墙涂料中加入一种水性纳米保温隔热添加剂, 一方面可以阻止热量穿透墙壁, 将进入墙体的热辐射反射出去, 同时降低了墙体湿度, 防止保温层潮湿。墙壁上还有一层特殊的荧光涂料, 使建筑在白天吸收存储太阳能, 晚上则释放荧光, 降低了照明能耗;万科馆建筑外墙面使用了秸秆压制而成的秸秆板, 其硬度比实木还要高, 阻燃性和抗潮性指标以及节能效果极佳。

2.2 门窗玻璃

中国国家馆所有的门窗都采用南玻Low-E低辐射节能玻璃。这种玻璃能够反射热量, 降低能耗。由于其表层含有能反射热量的蓄光涂料, 可以将阳光转化为电能并储存起来, 为建筑外墙照明提供能量。远大馆采用断桥铝合金门窗进行有效隔热, 上壳局部采用玻璃天窗, 充分利用自然光, 节约照明能耗。

2.3 屋面

世博中心屋面采用铝板及保温层。国家馆顶上的观景台也采用了含有特殊涂层的太阳能薄膜, 起到储藏阳光并转化为电能的作用。世博文化中心屋顶绿化, 提高了其保温性能。世博园里最大的建筑世博轴, 有着6个被称为自然光收集器的巨大钢结构“阳光谷”, 其中最大的上面直径99m、下面直径20m, 其钢结构由1700个单元构建而成。巨型索膜结构屋顶膜面长约843m、最宽处约97m, 膜面展开面积达7.7万m2, 成为世界第一的索膜结构建筑[2]。世博轴两侧的景观绿坡、膜结构屋面以及“阳光谷”都可进行雨水收集, 经简单净化后用于卫生间冲洗和景观灌溉, 既节约了水资源, 又大大减少了建筑自身和园区排水泵站的建设投资与运营能耗。

3 新工艺的实施

3.1 低能耗的建筑设计

阳光谷采用巨大的倒蘑菇状的通透建筑, 实现地下空间主动采光、自然通风和雨水收集等功能, 达到遮阳、节能、造型的效果。世博中心片状折线玻璃的外墙设计, 阻挡一部分直射的阳光, 减少过多热量进入室内。每片玻璃的缝隙还可以通过手动或电控令两组窗扇上下开启, 形成有序的空气对流。这些有机排列的玻璃折片, 既可阻止强风, 又能保持立面的完整。万科馆上大下小或上小下大的7个麦垛, 组合在一起就会在展区内部形成“穿堂风”, 加上围绕在建筑周边1000m2的水面, 就可以在室外气温超过30℃和相对湿度超过70%的时候, 依然保持建筑内部的凉爽舒适。

世博文化中心建筑的碟形外观, 立面简洁, 建筑体型系数为0.09。从设计体型上减少了空调的负荷与能耗, 从而降低了整个建筑的能耗。其主体部分采用悬挑结构, 实现外遮阳效果, 下层圆弧表面形成自遮阳体系, 在高温季节可避免阳光直射, 同时为玻璃屋顶的地下空间进行自然采光。文化中心采用了光电幕墙系统、江水源冷却系统、气动垃圾回收系统、空调凝结水与屋面雨水收集系统、程控绿地节水灌溉系统等多项环保节能技术。

日本馆在展馆弧形表面上有三个凹进去的可接受雨水循环利用的“鼻孔”, 三个向外凸伸的能够吸收阳光、吸取自然空气的“触角”, 称为循环呼吸柱。这项设计能够强化冷暖空气的流通, 减少空调能耗, 使得光、水、空气等自然资源被最大限度地利用。日本馆含有特殊涂层的膜结构上的小喷头能喷洒一层流动的水膜, 可以带走展馆大部分热量。同时膜结构的外表形成的水膜, 能使阳光照射进来, 减少照明用电。

法国阿尔萨斯案例馆水幕太阳能墙, 从外到内包括3层:外层为太阳能电板, 中层密闭舱, 后层是水幕。冬天, 阳光穿透太阳能电板, 照进房间, 阳光辐射加上光电板产生的热量, 预热密闭舱内空气, 整个场馆有如穿上了一层棉袄夏天密闭舱打开散尽空气, 外层太阳能板在阻挡烈日的同时, 还能发电驱动后层水幕加速流动, 带走热量。这个水幕太阳能系统还能跟着太阳走, 不断调节角度, 充分吸收日光。

3.2 节能环保技术的运用

地源热泵技术、江水源热能采集等等新技术的应用, 将这一近年来刚刚起步的节能环保的新技术得以充分展现。德国馆运用地源热泵技术, 从地下35m处抽取地下水, 经过循环处理, 夏送凉, 冬递暖。江水源热泵机组总装机容量为7.5万kW, 与空气源热泵相比可节省30%到40%的运行费用;整个建筑的制冷、供暖和电力, 全部由太阳能、风能和地热等清洁能源完成。这些建筑邻近黄浦江, 充分利用江水源循环降温提高空调系统效率。在世博会空间最大的建筑世博轴中, 巨大的空调系统全部不用电, 而是利用黄浦江天然水源和地源提供全部空调能源, 江水源热泵和地源热泵作为空调系统冷热源可省去冷却塔补充水, 大幅度提高空调制冷效果。同时, 江水和埋设在工程桩内的地埋管散热器作为热泵系统的高温热源或低温热源, 可极大提高能源效率。利用江水源提供能源的空调系统不但节约了电能, 而且建设成本低, 具有广阔的发展空间。

中国馆的雨水收集系统可以将收集到的雨水进行绿化浇灌、道路冲洗等, 冰蓄冷技术利用晚间电能制冰, 白天释放冷源, 起到调节用电峰值的作用, 大大降低了电能的使用, 整个场馆将比国家规范还节能近10%。

4 新技术的运用

4.1 采光及照明技术

LED全称发光二极管, 最早红色, 后有黄、绿, 多用于信号指示, 直到20世纪90年代蓝光LED划时代问世。利用荧光体与蓝光LED的组合获得白光, 这是LED走上照明之路。这个新一代光源的优势非常明显, 生产绿色, 使用节能, 被称为人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯之后的又一次飞跃。上海世博会上, LED广泛出现在室内外照明、景观装饰、指示牌、信息显示屏、演出布景等, 整座世博园成为LED集中示范区。由世博轴、中国馆、主题馆、世博中心展示的LED创新成果, 对LED照明工程的起到示范推广作用。节能LED灯具总量在6万～8万盏之间, 所有景观照明灯具的60%以上应用了节能技术新型半导体LED。

4.2 太阳能开发利用

主要场馆的太阳能利用规模达4.6MW, 其中主题馆为整个亚洲单体太阳能使用之最成为国内面积最大的太阳能光伏电池示范区。在上海世博园区, 太阳能是使用量最大的绿色能源, 中国馆、世博中心、主题馆等建筑都在屋顶、玻璃幕墙上安装了太阳能电池组系统, 并与建筑完美融为一体, 年均发电可达408万kWh。在标准输出条件下, 一天的发电量相当于150户人家一个月的用电量[2]。

安装在中国馆屋顶的太阳能电池组系统, 装机容量约0.3MW, 部分区域使用透光式电池组件, 与整个屋顶艺术效果融为一体, 设计新颖。除发电外, 这些太阳能电池组还兼具隔热和保温功能。太阳能装机总容量约2.8MW的主题馆, 采用屋顶一体化太阳能电池组件替代部分屋顶材料, 构成有规律的图案, 使主题馆屋顶生动呈现出上海里弄的艺术效果;南市电厂作为世博会主题馆之一的未来探索馆, 主厂房顶面和部分朝南的立面墙上都应用了太阳能发电系统, 装机总容量约0.5MW, 以并网方式发电。

太阳能与建筑一体化是世博中心馆的一大亮点。光伏电站发电效率的优化和建筑美学的统一, 屋顶平面单晶硅光伏组件与绿化间隔布置, 充分体现出太阳能绿色能源的含义。风力发电机也以动态雕塑的形态, 在广场上提供附加的能源。

意大利馆生态气候的策略, 即在冬天利用太阳能辐射, 而在夏天则利用自然的空气气流和水流降温, 热风通过自动调节系统排除, 可以降低内部建筑的温度。控制辐射的同时, 热能又能集中在带有光电集成模块的透明玻璃上, 可以充分节约电能。瑞士馆在展馆周围镶嵌了一万个利用的闪烁发光器, 这些发光器为直径约20cm的红色圆盘状, 内部配置了约4cm见方的硅系太阳能电池、充电电池, 照射一定时间的太阳光后, LED就会闪烁发光。由于配置有电池, 夜间也可利用电池存储的电力继续闪烁发光。江苏馆向日葵造型的太阳能装置, 由一块块太阳能电池板拼接而成, 可随着阳光旋转, 收集七色光谱聚集新能源。吸收的太阳能通过采光导入系统, 就能够转化为电力发电。

5 结语

世博园中的建筑已成为当今世界上首批集中应用国际先进的太阳能、风能、LED照明、冰蓄冷、江水源、地源热泵、可再生材料使用等节能新工艺的典范。由于国家鼓励和扶持在新建建筑和既有建筑节能改造中采用太阳能、地热能等可再生能源, 其采用的光电幕墙系统、江水源冷却系统、气动垃圾回收系统、空调凝结水与屋面雨水收集系统、程控型绿地节水灌溉系统等多项节能系统必将成为我国未来建筑节能的发展方向[3]。Low-E低辐射节能玻璃、太阳能光伏发电、风力发电、主动式导光、自然通风、半导体照明、智能化集成平台等多种技术, 将成为一个展示未来建筑领域新能源、新技术、新理念的绝好平台

参考文献

[1]胡绍等.我国建筑节能初探[J].商场现代化, 2008 (36) :26~28.