Solar Ark 3.0正式建成运营 |东南大学建筑学院参加2021中国国际太阳能十项全能竞赛



 1、建造过程简介


 Solar Ark团队从2021824日早晨7时开始,至2021912日下午5点止,历时20天,在河北省张家口市德胜村建成了一座多能互补的产能多功能住宅+能源共享驿站。快让我们来看看是如何一天一天完成的吧!

SolarArk3.0#SDC#中国国际太阳能十项全能竞赛@太阳能十项全能竞赛 @SolarArk3.0视频号


2、设计方案介绍


鸟瞰(摄影:时差摄影)

南立面(摄影:张宏)

南立面(摄影:时差摄影)

室内全景(摄影:张宏)


2.1 Solar Ark 3.0 名称释义

东南大学连续三届参与了中国国际太阳能十项全能竞赛,并一直延续着Solar Ark的理念,Solar标志着对以太阳能为代表的新能源新技术的创新利用,Ark代表着对人类美好未来生活和环境可持续发展的不断探索,3.0则代表东南大学团队对Solar Ark产能房屋系列产品的三次技术优化和迭代更新,进而践行产品化建筑设计和新型建筑学人才培养的发展方向。

 Solar Ark 3.0团队由海内外的三所高校共同组成,东南大学建筑学院联合材料学院、土木学院、能环学院、电气学院和艺术学院,与苏黎世联邦理工学院、福建三明学院组成竞赛联队,共同参与第三届SDC。三明学院位于革命老区福建三明市,本项目也旨在推动革命老区在双碳目标下的高校培养和可持续发展。

Solar Ark团队在东南大学九龙湖校区合影留念

东南大学与三明学院师生在竞赛场地共同完成竣工验收


2.2 UHPC壳体建筑设计

壳体装配完成(摄影:张军军)

在国际太阳能十项全能竞赛20次的比赛中,从未出现过混凝土壳体结构建筑。由于壳体建造技术、周期和成本等因素的制约,现浇壳体结构一般无法在20天内建造完成。Solar Ark 3.0创新研发UHPC壳体预制建造技术和构件优化技术,壳体在5天内装配建造完成,整个建筑在20天内成功建造完成,不仅仅是中国赛区的创新和亮点,在国际赛区中,也处于领先地位。

 Solar Ark 3.0基于图解静力学,利用参数化设计,实现双曲面的平滑连接,保证壳体的形式和结构的一致性。光滑的曲线消减了尖锐的几何建筑形式,同时又能形成规则的内部空间,这使得建筑形式与张北广阔的草原环境完美适应,建筑与自然和谐共存。

除此之外,Solar Ark 3.0UHPC壳体形式在结构性能上优势显著,同面积同体积的建筑规模下,仅需传统框架结构约三分之一的普通混凝土用量。得益于构件优化技术,Solar Ark 3.0中的所有UHPC壳体,可以用一套模板预制成型,并通过BIM优化实现高效的运输,一辆17m的普通宽度长车,可以一次性运输85.4mX2.7mX2m曲面构件,壳体综合建造成本约为艺术类同类型曲面建筑的二十分之一,适合产品化推广。


2.3 整体装配式产能最大化光伏系统设计


光伏产用能曲线图(绘制:金宇航)

Solar Ark 3.0中,光伏板被创新性的东西向布置,这样既可以在相同的投影面积中布置更多的光电板,可以提高约10%的产能量,并且可以优化早中晚产能的均衡性,使产能曲线与用能曲线更为贴合,更加高效的利用太阳能。Solar Ark 3.0还创新性地将高空的事情在地面完成,在地面装配18.2mX18.2mX1.4m的光伏网架。这样的做法不仅避免了高空作业,保证了安全性,还通过并行施工提高了建造效率,同时降低了运输成本和人工费用。 

SolarArk3.0@太阳能十项全能竞赛视频号


2.4 大空间多功能住宅设计

 Solar Ark 3.0创造了室内10.8mX10.8m的大空间,并将服务空间置于东侧和西侧,获得南北通透的整体通用空间。通过固碳材料——竹材的运用,利用竹制家具,可以灵活将室内的大空间布置为居住模式、居家模式、聚会模式、展览模式或影院模式等等,实现卧室、餐厅、起居、交流、居家办公、社交活动等多功能住宅的功能。可分可合的家具设计,不仅仅是对我国传统以家具定义空间的新阐释,也是对未来住宅空间使用方式的探索。

SolarArk3.0@太阳能十项全能竞赛视频号

2.5 多能互补的新能源系统


多能互补新能源系统原理图(绘制:金宇航)

多能互补系统实现了太阳能、风能、空气能的利用。该综合能源系统可以进一步增加系统的整合度,提高新能源利用效率和稳定性。这种技术方案为今后可持续建筑的能源系统提供了一种低碳高效发展的技术路径。风光互补的能源系统弥补了常规光伏系统在晚上或者光照不佳条件下无法发电的弊端,让建筑尽可能地使用所在场地中产生的可再生能源,减少外部电网送电过程中的能源损耗。同时,系统的模拟年产能是建筑耗能的5.2倍,能在大部分时间实现余电上网,减排的同时还具有较高的经济收益。


2.6 多元健康系统

多元健康系统(绘制:金宇航)

多元健康智能系统以关注用户的健康为目标,通过最新的智能家居技术把各个要素互联起来,实现“呼吸建筑”的智能化、人性化,改善用户的体验,是实现“呼吸建筑”的重要保障。在这方面,我们针对人居环境中的温度、湿度、PM2.5、二氧化碳、甲醛等进行了实时监测,并通过物联网技术将传感器和HVAC设备进行联动,保障室内环境处于健康、舒适的状态,实现建筑对环境的感知、判断和反应。在智能灯光系统方面,配备了无线开关面板,采用EnOcean无线通信协议,可随意调节位置,满足用户自定义,实现自动开灯和远程遥控,增加用户体验的同时也具有节能的控制功能。该系统还具备了能耗监测、安防、娱乐等功能,丰富用户的体验。


2.7 市场潜力

 Solar Ark 3.0立足于绿色可持续的设计理念,集低碳健康智能建筑技术于一身,充分利于自然能源,形成了风光储充检一体的新型居住能源共享驿站,解决了自然环境脆弱地区多功能居住建筑能源驿站相关的市场痛点,填补了当前市场该类房屋产品的空白。

 Solar Ark3.0的曲面原型本身具备可复制可拓展性,并且由于曲面优秀的结构性能,跨度可拓展为15m以上的中大型建筑,同时支持公共和居住建筑的多样化空间需求。并可以根据自身需求,组合成独栋,双拼,联排,甚至自由的村庄形态。


3、社会影响力

自项目开始以来,Solar Ark 3.0受到了社会各界的关注,分别参与了20214月份举办的“新城建 新发展”的第四届数字中国建设峰会、5月举办的2021(第十七届)国际绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会,以及6月的由中华人民共和国科学技术部、中国工程院、中国科学技术协会、江苏人民政府指导,南京市人民政府主办的第五届未来网络发展大会,获得了显著的社会影响力,助力建筑行业双碳目标的实现。

SolarArk3.0视频号

2021425日至29日,参展第四届数字中国建设峰会主展览板块

参展2021国际绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会




2021617-19日,参展第五届未来网络发展大会


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致谢


文字:张军军

图片:张军军

编辑:张军军

审核:张   宏





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