基于太陽(yáng)能利用潛力的濟(jì)南市高校公寓設(shè)計(jì)

尹紅梅張靈芝房濤鄭仲意

(1.山東建筑大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院，山東 濟(jì)南250101；2.山東省綠色建筑協(xié)同創(chuàng)新中心，山東 濟(jì)南250101；3.同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南250101)

0 引言

截至2019年，全國(guó)高校數(shù)量已達(dá)到2 956 所。面對(duì)不斷增長(zhǎng)的學(xué)生數(shù)量，高校的建設(shè)規(guī)模也逐步擴(kuò)大，同時(shí)伴隨學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)和生活環(huán)境舒適度要求的提升，高校校園的能耗問題日益突出。目前，正在大力推行的綠色校園事業(yè)，目標(biāo)是在不降低舒適度的前提下，盡可能地節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，因此發(fā)展校園的可再生能源利用勢(shì)在必行。太陽(yáng)能作為現(xiàn)階段利用技術(shù)最為成熟的可再生能源，具有建筑密度小、容積率低的先天優(yōu)勢(shì)，將會(huì)成為高校能源補(bǔ)充的最佳選擇[1]。在高校用能結(jié)構(gòu)中，尤以科研類建筑與生活居住類建筑用能最大，其中科研建筑能耗主要來(lái)自科研設(shè)備。由于各高校的研究方向不同，科研水平也參差不齊，因此不能一概而論；而生活居住類建筑能耗則主要來(lái)自于日常用電、用水，具有較大的同一性[2]。因此，合理評(píng)估高校公寓的太陽(yáng)能利用潛力，研究設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)太陽(yáng)輻射的接收影響，可對(duì)高校新建、擴(kuò)建的學(xué)生公寓太陽(yáng)能利用規(guī)劃提供重要參照依據(jù)，對(duì)建筑設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

太陽(yáng)能利用潛力研究主要分為物理潛力、地理潛力和技術(shù)潛力等3類[3]，而與建筑相關(guān)的分析主要集中于地理和技術(shù)潛力。Mohajeri等[4]從地理潛力的角度將歐洲各個(gè)地區(qū)的城市形態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)中的密度、容積率、場(chǎng)地覆蓋率與太陽(yáng)能潛力進(jìn)行了相關(guān)性分析。Lee等[5]發(fā)現(xiàn)即使在相同的建筑密度條件下，改變建筑高度的組合，能夠影響太陽(yáng)輻射接收水平。Chatzipoulaka 等[6]量化了城市空間形態(tài)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素，提出了建筑物平均間距、建筑形式、建筑高度會(huì)顯著影響太陽(yáng)能利用潛力。Lobaccaro等[7]利用Rhinoceros軟件參數(shù)化分析方法，實(shí)現(xiàn)了建筑方案的太陽(yáng)能獲取最大化。張華等[8]利用GIS分析方法計(jì)算天津市中心城區(qū)現(xiàn)有建筑屋頂及未來(lái)發(fā)展中建筑屋頂?shù)奶?yáng)能利用潛力。徐燊[9]從地理潛力的角度對(duì)城市空間的太陽(yáng)能利用進(jìn)行了潛力評(píng)價(jià)。Lu等[10]利用Radiance 軟件從技術(shù)潛力的角度對(duì)我國(guó)高緯度嚴(yán)寒地區(qū)城市住宅區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)提出了太陽(yáng)能利用設(shè)計(jì)策略。綜上所述，學(xué)者們從物理、地理、技術(shù)3個(gè)方向分別進(jìn)行了大尺度空間的太陽(yáng)能潛力評(píng)估和特定類型、較小尺度空間的詳細(xì)研究，且其方向多集中于居住區(qū)及商業(yè)街區(qū)，但針對(duì)高校公寓類的研究可供借鑒的成果較為缺乏。

文章以濟(jì)南市高校公寓建筑為研究載體，通過分析高校學(xué)生公寓設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)太陽(yáng)能利用潛力的影響，得到學(xué)生公寓單體設(shè)計(jì)與規(guī)劃布局的優(yōu)化策略，以期為綠色大學(xué)校園的建設(shè)提供科學(xué)的指導(dǎo)性建議。

1 區(qū)域概況與研究方法介紹

濟(jì)南地處中緯度地帶，由于受太陽(yáng)輻射、大氣環(huán)流和地理環(huán)境的影響，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候，其特點(diǎn)是季風(fēng)明顯、四季分明，春季干旱少雨、夏季溫?zé)岫嘤辍⑶锛緵鏊稍铩⒍竞渖傺Ｆ淠昶骄鶜鉁貫?3.8℃，年日照時(shí)數(shù)為2 400 h。該區(qū)域?qū)儆谔?yáng)能資源較豐富區(qū)[11]，單位面積內(nèi)接收到的月總輻射量統(tǒng)計(jì)值如圖1所示。盡管濟(jì)南地區(qū)屬于太陽(yáng)能資源較豐富的地區(qū)，眾多高校公寓在使用過程中也進(jìn)行了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的安裝與使用，但在設(shè)計(jì)過程中明顯存在太陽(yáng)能資源評(píng)估滯后于建筑設(shè)計(jì)，以及太陽(yáng)能集熱器安裝不合理等現(xiàn)象。

圖1 濟(jì)南市單位面積內(nèi)接收的月總輻射量圖

1.1 高校公寓建筑平面形式與布局形態(tài)調(diào)研統(tǒng)計(jì)

為保證調(diào)研數(shù)據(jù)的科學(xué)性和可靠性，分別對(duì)濟(jì)南市市域范圍內(nèi)的8所全日制普通高校(如山東大學(xué)興隆山校區(qū)、山東師范大學(xué)長(zhǎng)清校區(qū)、山東建筑大學(xué)新校區(qū)、山東體育學(xué)院、山東女子學(xué)院、齊魯工業(yè)大學(xué)、山東工藝美術(shù)學(xué)院以及濟(jì)南大學(xué))的學(xué)生公寓進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)研，并在以上調(diào)研高校的公寓區(qū)內(nèi)選定77棟學(xué)生公寓作為數(shù)據(jù)來(lái)源。經(jīng)調(diào)研統(tǒng)計(jì)，公寓建筑平面共分為矩形、U形、Z形和回字形等4種平面形式，其中矩形平面學(xué)生公寓數(shù)量最多，共有61棟，其占比為79%；Z形平面公寓為8棟，其占比為11%；U形公寓為7棟，其占比為9%；而回字形平面公寓有1棟，其占比為1%。

在空間布局形態(tài)方面，通過對(duì)8所高校學(xué)生公寓的布局形式進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生公寓區(qū)均以雙車道為邊界進(jìn)行公寓群的區(qū)域劃定，對(duì)樣本中8所高校的61棟矩形平面公寓樓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，空間布局形式多以平行行列式布局為主，容積率平均值為1.6。由此確定，文中針對(duì)高校公寓的研究類型將以量大面廣的矩形平面類公寓及行列式布局作為主要研究對(duì)象，其他平面類型和布局形態(tài)將在后續(xù)研究中進(jìn)行討論。

1.2 高校公寓設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)與模型建立

針對(duì)61棟矩形平面高校公寓設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后得到樣例數(shù)據(jù)見表1。建筑進(jìn)深的取值范圍相對(duì)較小，其為15～21 m；建筑面寬則跨度較大，其跨度為39～105 m。其中，面寬為39 m的矩形公寓僅有一棟，且在39 ～54 m 范圍內(nèi)并無(wú)相應(yīng)案例對(duì)應(yīng)，因此矩形平面的尺寸變化區(qū)間設(shè)定為54 ～105 m、進(jìn)深變化范圍為15 ～21 m、建筑層數(shù)則均為6 層。由于公寓建筑層高較難獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，因此借用朱秩蕾等[12]的研究成果，即我國(guó)高校學(xué)生公寓內(nèi)部?jī)舾咭?.8 m 為宜，考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件及地面、屋頂裝飾層厚度，建筑層高約為3.1 m，計(jì)入女兒墻高度后，6層學(xué)生公寓的建筑高度為21 m 較合理。借用此研究結(jié)論對(duì)文章調(diào)研公寓的層高進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)定，即建筑層高為3.1 m、總高度為21 m。

表1 矩形平面公寓設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析表

綜上所述，在不考慮旋轉(zhuǎn)偏角的情況下，矩形平面建筑接收太陽(yáng)能輻射量的規(guī)律是有相似性的。因此，可建立54 m×15 m×21 m 的長(zhǎng)方體建筑為初始模型，以此典型模型為代表進(jìn)行閾值范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)參數(shù)變量對(duì)太陽(yáng)能利用潛力的影響分析。

1.3 太陽(yáng)能利用潛力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)遴選

針對(duì)建筑單體的太陽(yáng)能利用潛力評(píng)估，太陽(yáng)輻射在建筑表面的有效輻照量是重要的評(píng)判依據(jù)，因此需對(duì)建筑表面能夠達(dá)到有效利用標(biāo)準(zhǔn)的面積進(jìn)行精確計(jì)算。目前，孔帕尼翁標(biāo)準(zhǔn)作為建筑表面太陽(yáng)能利用潛力的評(píng)判依據(jù)已被國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者所采用，其根據(jù)光熱和光電設(shè)備的使用特性及安裝方位，將建筑不同方位表面的年太陽(yáng)輻射量劃分為4個(gè)評(píng)定指標(biāo)[13]，見表2。因此，在計(jì)算分析時(shí)應(yīng)當(dāng)以年總輻射量作為重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，并根據(jù)其最低限值進(jìn)行建筑表面劃分和面積統(tǒng)計(jì)[14]。

表2 計(jì)算相應(yīng)太陽(yáng)能技術(shù)潛力的閾值表/(kWh·m-2)

1.4 分析工具與方法

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者大多使用Ecotect Analysis作為主要工具對(duì)建筑表面太陽(yáng)輻射接收量的模擬進(jìn)行計(jì)算。這款由Autodesk公司開發(fā)的仿真計(jì)算軟件可使AutoCAD的圖形文件直接導(dǎo)入建模，可快速準(zhǔn)確地模擬目標(biāo)建筑的熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境、建筑能耗等多項(xiàng)重要的建筑環(huán)境和指標(biāo)[15]。該軟件在計(jì)算建筑表面太陽(yáng)輻射量時(shí)，可通過較細(xì)的建筑表面網(wǎng)格劃分，精確計(jì)算建筑外表面的太陽(yáng)輻射量和遮蔽百分比。因此，文章針對(duì)不同設(shè)計(jì)參數(shù)取值下的參照模型外表面進(jìn)行年太陽(yáng)輻射量計(jì)算統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)孔帕尼翁標(biāo)準(zhǔn)，按照不同輻射量級(jí)分別對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行面域劃分和面積統(tǒng)計(jì)，由此形成針對(duì)公寓的太陽(yáng)能利用潛力的評(píng)估，同時(shí)以該項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行公寓設(shè)計(jì)參數(shù)與太陽(yáng)能利用潛力之間的相關(guān)性分析。

2 高校公寓太陽(yáng)能利用潛力與設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)性分析

2.1 公寓單體太陽(yáng)能輻射量計(jì)算與評(píng)估

根據(jù)1.2中調(diào)研數(shù)據(jù)，公寓建筑平面寬度為54～105 m、建筑進(jìn)深為15～21 m、層數(shù)均為6層、高度為21 m。由此，針對(duì)面寬、進(jìn)深的取值范圍，取最小面寬進(jìn)深和最大面寬進(jìn)深分別建模，即建立54 m×15 m×21 m 和105 m×21 m×21 m兩個(gè)矩形，以此作為太陽(yáng)能利用潛力的基礎(chǔ)模型。將以上兩個(gè)基礎(chǔ)模型在分析軟件中同時(shí)建模，朝向均為正南向，地理位置設(shè)定為濟(jì)南，氣象參數(shù)調(diào)用清華大學(xué)與中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)共同發(fā)布的Weather DATA數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，計(jì)算內(nèi)容設(shè)定為計(jì)算全年建筑表面太陽(yáng)輻射接收量，計(jì)算時(shí)間為1月1日至12月31日。針對(duì)模型，因建筑層高設(shè)定為3.1 m，所以針對(duì)建筑表面計(jì)算網(wǎng)格劃分取值為3 m×3 m。因研究重點(diǎn)為分析設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)建筑外表面的太陽(yáng)輻射接收量的影響關(guān)系，所以實(shí)際建筑中有可能出現(xiàn)的樹木、建筑外挑構(gòu)件和建筑表面材質(zhì)的影響在研究中暫未納入計(jì)算范圍，計(jì)算后得到兩個(gè)初始模型的表面輻射量如圖2 所示。

圖2 兩個(gè)典型模型表面太陽(yáng)輻射模擬計(jì)算值圖

由圖2可知，在建筑高度一定的情況下，建筑平面的面寬和進(jìn)深無(wú)論如何取值，建筑南向立面的單位面積太陽(yáng)輻射量均相等，即南向立面在無(wú)遮擋前提下，單位面積太陽(yáng)輻射量不受設(shè)計(jì)參數(shù)的變化影響。對(duì)54 m×15 m×21 m初始模型的建筑外表面進(jìn)行太陽(yáng)輻射量計(jì)算，以孔帕尼翁標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表3。

表3 公寓全年總輻射量達(dá)標(biāo)占比統(tǒng)計(jì)表

2.2 公寓單體設(shè)計(jì)參數(shù)與太陽(yáng)能利用潛力的相關(guān)性分析

由表3可知，在太陽(yáng)能光伏利用方面，初始模型外表面中僅屋頂達(dá)到最低年輻射量標(biāo)準(zhǔn)，東、西、南3個(gè)立面均未達(dá)到。在太陽(yáng)能光熱利用方面，東、西、南3個(gè)立面均100%滿足標(biāo)準(zhǔn)。北向立面因無(wú)太陽(yáng)直接輻射，所以無(wú)法進(jìn)行太陽(yáng)能光伏與光熱利用。由此，對(duì)初始模型外表面的太陽(yáng)能利用率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算式由式(1)和(2)表示為

式中：φ光熱、φ光伏分別為公寓外表面光熱、光伏利用率，%；S為面積，m2。

由式(1)和(2)的計(jì)算過程來(lái)看，公寓外表面的光熱利用率受北向立面占總外表面積比值的影響；光伏利用率受屋頂面積占總表面積之比的影響。由此，將公寓設(shè)計(jì)參數(shù)中的面寬、進(jìn)深、高度分別代入式(1)和(2)后，其計(jì)算式由式(3)和(4)表示為

式中：a、c、h分別為建筑面寬、進(jìn)深和高度，m。

將1.2 中提供的調(diào)研數(shù)據(jù)，即54 m≤a≤105 m、15 m≤c≤21 m、h＝21 m 代入公式(3)和(4)后，其計(jì)算式由式(5)和(6)表示為

由式(5)和(6)可以看出，光熱利用率是一個(gè)關(guān)于面寬a的減函數(shù)和關(guān)于c的增函數(shù)；光伏利用率是一個(gè)同時(shí)關(guān)于a和c的增函數(shù)，其計(jì)算式由式(7)和(8)表示為

即當(dāng)建筑高度為統(tǒng)一值時(shí)，為實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光熱利用率最大化，針對(duì)初始模型設(shè)計(jì)參數(shù)取值面寬取最小值為54 m、進(jìn)深取最大值為21 m 和利用率為73.5%；為實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏利用最大化，應(yīng)對(duì)面寬取最大值為105 m，同時(shí)進(jìn)深取最大值為21 m，利用率為29.4%。因此，在公寓建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)公寓的能耗構(gòu)成特點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)取值。

2.3 公寓群體太陽(yáng)能輻射量計(jì)算與評(píng)估

通過調(diào)研統(tǒng)計(jì)可知，對(duì)于矩形平面公寓均選用平行行列式布局，因此在研究過程中，將根據(jù)公寓的布局形式，以及公寓區(qū)調(diào)研得到的建筑容積率，對(duì)一定用地范圍內(nèi)的公寓進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)在不同取值下的多方案設(shè)計(jì)布局。以太陽(yáng)能利用潛力值作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)研究二者之間相互影響關(guān)系，從而達(dá)到基于太陽(yáng)能利用潛力下的學(xué)生公寓布局設(shè)計(jì)優(yōu)化。

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，濟(jì)南市所屬建筑項(xiàng)目依據(jù)《濟(jì)南市城鄉(xiāng)規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》第二十一條、第二十二條規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。要求均為＜24 m 的南北向生活居住類建筑之間間距應(yīng)≥1.5 倍前排建筑高度并≥15 m；東西向生活居住類建筑的建筑間距在滿足國(guó)家強(qiáng)制性規(guī)范要求的基礎(chǔ)上按照南北向生活類建筑間距規(guī)定的0.8倍確定；生活居住類多層建筑側(cè)向間距≥6 m(生活居住類建筑側(cè)向主要生活居住空間開窗的，相應(yīng)側(cè)向間距宜增加2 m)。因此，結(jié)合研究初始模型高度h＝21 m 的設(shè)定，公寓南北向間距應(yīng)≥31.5 m，而東西側(cè)向間距應(yīng)≥6 m。與此同時(shí)，學(xué)生公寓在高校中屬于生活類建筑，學(xué)生日常生活對(duì)熱水需求要高于用電需求，因此，單體模型以光熱利用最大化為目標(biāo)進(jìn)行選擇，依據(jù)前述研究結(jié)論，單體模型設(shè)計(jì)參數(shù)選用面寬為54 m、進(jìn)深為21 m。同時(shí)，按照調(diào)研公寓空間行列式布局形式，結(jié)合1.6的容積率，以最大間距確定在210 m×180 m的基地上建立54 m×21 m×21 m矩形公寓9棟。令各公寓之間分別等距，可作三行三列平行式布局，在設(shè)計(jì)參數(shù)取值方面，南北向間距取最小值為31.5 m、最大值為58.5 m；東西向間距取最小值為6 m、最大值為24 m。由此對(duì)選用的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行排列組合，形成4種排布方式，如圖3所示。

圖3 4種公寓平行行列式布局形式圖/m

利用計(jì)算軟件Ecotect Analysis對(duì)4個(gè)方案分別進(jìn)行建模，軟件計(jì)算邊界參數(shù)取值參照2.1進(jìn)行相同設(shè)置，在模型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)選擇過程中，因公寓之間進(jìn)行等距布局，位于中心位置的公寓受到左、右公寓的遮擋，在太陽(yáng)能利用方面最為不利，所以選用該公寓的外表面接受太陽(yáng)輻射值達(dá)標(biāo)情況(見表2孔帕尼翁標(biāo)準(zhǔn))作為空間布局優(yōu)劣的評(píng)價(jià)依據(jù)。

對(duì)計(jì)算結(jié)果分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到數(shù)據(jù)見表4。

表4 4 種方案中各立面與屋頂太陽(yáng)輻射量計(jì)算統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

從表4 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，由于建立的9棟公寓單體設(shè)計(jì)參數(shù)為統(tǒng)一值，屋頂面積均相等，所以太陽(yáng)能光伏利用并無(wú)差異，后續(xù)將以建筑外表面光熱利用率作為主要研究目標(biāo)。依據(jù)孔帕尼翁標(biāo)準(zhǔn)對(duì)立面進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)立面均無(wú)法達(dá)到光電利用標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)東西向間距較大時(shí)，即方案②和④的東、西立面有部分面積可達(dá)到光熱利用標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)一步整理后得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表5。

表5 4種方案統(tǒng)計(jì)結(jié)果匯總表

對(duì)表5中各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)于平行行列式布局而言，當(dāng)保持東西間距為6 m時(shí)，建筑東、西、南3個(gè)立面上的太陽(yáng)能光熱利用率不隨南北間距增大而變化，建筑表面總的光熱利用率也不變；當(dāng)公寓東西向間距設(shè)定為24 m時(shí)，此時(shí)東、西兩個(gè)立面上的太陽(yáng)能光熱利用率隨著公寓南北間距增大而增大，建筑表面的光熱利用率也隨之增大。

2.4 公寓群體太陽(yáng)能利用潛力與設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)性分析

針對(duì)表5得到的結(jié)論，建筑表面太陽(yáng)能可利用面積隨東西向增大而增大，但上述計(jì)算均只采用空間布局確定的間距最大值和最小值進(jìn)行計(jì)算，而忽略了中間取值對(duì)建筑外表面可利用面積的影響。因此，對(duì)行列式布局的公寓群體東西向間距進(jìn)行6 ～24 m 之間的變化取值，建立不同組合方案，進(jìn)一步分析。建筑東西向間距以3 m為單位作為步進(jìn)值，分別計(jì)算其在31.5和58.5 m兩個(gè)南北向間距條件下的公寓太陽(yáng)能利用潛力計(jì)算，最終計(jì)算數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表6。

當(dāng)公寓南北向間距保持為31.5 m 時(shí)，公寓建筑西立面光熱利用率隨公寓東西向間距的增大而增大，而東立面在間距＞12 m后處于穩(wěn)定不變狀態(tài)。當(dāng)公寓南北向間距保持為58.5 m 時(shí)，建筑西立面光熱利用率隨公寓東西間距的增大而增大，建筑東向立面間距＞12 m 后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，到間距達(dá)到24 m時(shí)出現(xiàn)較大增長(zhǎng)。與此同時(shí)，對(duì)南北向間距31.5和58.5 m的兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，當(dāng)公寓東西間距保持不變且東西間距＜18 m時(shí)，建筑外表面光熱利用率保持一致；當(dāng)公寓東西間距保持不變且東西間距≥18 m 時(shí)，建筑外表面光熱利用率與其南北間距同向遞增。

表6 不同間距對(duì)應(yīng)東、西立面太陽(yáng)能集熱達(dá)標(biāo)面積比表

3 結(jié)論

通過上述研究，可以得到以下結(jié)論：

(1)針對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)所建立的基礎(chǔ)模型，當(dāng)高度一定時(shí)，建筑外表面太陽(yáng)能光熱利用率最大化的設(shè)計(jì)參數(shù)取值分別為面寬取最小值為54 m、進(jìn)深取最大值為21 m，其利用率為73.5%；建筑外表面太陽(yáng)能光伏利用率最大的設(shè)計(jì)參數(shù)取值分別為面寬取最大值為105 m、進(jìn)深取最大值為21 m，其利用率為29.4%。因此，建筑面寬與光熱利用率負(fù)相關(guān)、與光伏利用率正相關(guān)而建筑進(jìn)深與光熱利用率和光伏利用率均正相關(guān)。

(2)針對(duì)公寓的平行行列式空間組合形式，當(dāng)公寓南北間距保持不變時(shí)，公寓外表面光熱利用率隨公寓東西向間距的增大而增大，當(dāng)其≥12 m時(shí)，東向立面可利用面積處于穩(wěn)定狀態(tài)，而西立面可利用面積則隨東西向間距的增大而持續(xù)增長(zhǎng)。在東西向間距保持不變，即其值＜18 m時(shí)，建筑外表面光熱利用率隨南北向間距的變化而保持不變；當(dāng)東西向間距≥18 m時(shí)，建筑外表面光熱利用率與其南北間距同向遞增。

(3)針對(duì)目前高校公寓的能耗使用構(gòu)成，在公寓單體設(shè)計(jì)中建議以滿足光熱使用需求為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。同時(shí)，在獲取相同建筑使用面積的前提下，建筑應(yīng)在滿足使用需求的前提下，盡量增加建筑進(jìn)深，以此增大建筑外表面光熱可利用面積。

(4)針對(duì)目前公寓群體的常用平行行列式布局形式，從太陽(yáng)能利用潛力最大化的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，東西向間距可在規(guī)范要求范圍內(nèi)盡量增大，間距以12 m為宜，條件允許時(shí)以間隔＞18 m為最佳。