国际太阳能十项全能竞赛及案例解析

建筑节能

国际太阳能十项全能竞赛及案例解析

International Solar Decathlon Competition and CaseAnalysis

■　贾东方　Jia Dongfang 宋德萱　Song Dexuan

【摘 要】介绍了2012年同济大学代表中国参与的太阳能十项全能（欧洲）竞赛的相关背景和竞赛案例。通过对3个比较有代表性的案例介绍，阐述了竞赛各项要求指标在实际建造中的具体体现。同时，在比较中也发现了我国工业技术水平和太阳能建筑一体化领域与国际水平的差距，为我国节能建筑实践提供一些有益的借鉴，希望以此引起大家对太阳能技术在建筑节能领域应用的关注和思考。

【关键词】太阳能十项全能；建筑节能；太阳能建筑

【Abstract 】The thesis introduces the background relating to the international solardecathlon (Europe) competition held in 2012 in which Tongji University participatedon the behalf of China and some cases. Through presentation of 3 typical cases, itelucidates the embodiment of various indexes in actual construction. In the meanwhile,it is found there are gaps between Chinese industrial technological level and solar-powered building integration and international level through comparison to providebeneficial reference for the practice of energy-saving buildings of China. The thesisaims at attracting people's attention and thinking on the solar energy technology'sapplication in energy-saving buildings.

【Keywords 】 solar decathlon, building energy efficiency, solar building

０　引言

建筑节能和绿色建筑的实现需要技术的发展，但技术的发展离不开实践的土壤，离不开决策者的引导、经营者的意识和消费者的认可。基于以上的考量，同济大学联合校绿色建筑与新能源研究中心，共同组成多学科团队，参加了在西班牙马德里举办的国际太阳能十项全能大赛，籍以此为契机，交流新技术，研发新产品，将理论落到实处，为实现绿色节能住宅做一次有益的尝试。１　竞赛背景

Ｓｏｌａｒ　Ｄｅｃａｔｈｌｏｎ　（Ｅｕｒｏｐｅ）——太阳

贾东方，同济大学建筑与城市规划学院; 宋德萱，博士，同济大学建筑与城市规划学院教授、博士生导师，高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室。

能十项全能竞赛（ＳＤ大赛），是全球大学生的实验创作竞赛，由美国能源部发起、

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表1 十项竞赛内容及小项分类

办，引起了国际相关行业企业和世界范围内著名建筑、工程类高校的关注。包括ＭＩＴ、加州理工、普渡大学等美国著名工科院校也陆续参与到该项赛事中来。

Ｓｏｌａｒ　Ｄｅｃａｔｈｌｏｎ　Ｅｕｒｏｐｅ（ＳＤＥ）是由西班牙劳工部和马德里市议会同美国能源局签署的相关合作协议，于２０１０年和２０１２年在欧洲境内举办两次竞赛。２０１２年，同济大学代表队代表中国出征。２　竞赛条件与要求2.1 建造场地

竞赛场地位于马德里市西南的　Ｃａｓａ

侧面观察，竞赛空间界限形成一个梯形，有点类似夯土台（图１～３）。2.2 考评与测试

竞赛的测试及考评是整个竞赛最为关键的环节之一，此次竞赛的十项成绩主要由设备监测和评审团打分的形式得出（表２）。

组委会邀请了各个领域的专家学者，组成若干评审团，评审团的主要工作方式是在竞赛日规定的时间内，听取参赛团队的介绍，就相关的主题深入了解参赛队两年时间内的准备情况及成果，之后有１０ｍｉｎ的时间进行发问，最后还有１０ｍｉｎ的时间参观建筑作品，从而对一些可观察到的方面有更直观的认识。竞赛的几个大分值项目如：建筑、设备及结构设计、能源利用平衡等均需要参赛队员以演讲的形式将本队的设计考量和技术亮点一一介绍给评审团专家。

设备监测则更为理性客观，不过由于相关监测项在全竞赛周期内都不间断，这就要求参赛队员用更大的耐心来调试

主办（表１）。比赛的目的是借助世界顶尖研发、设计团队的创意，将太阳能、节能与建筑设计以一体化的新方式紧密结合，来证明即使单纯靠太阳能的住宅，一样可以功能完善、舒适而且具有可持续性，从而促进节能减排的技术发展和实践进步。

２００２

年大赛第一次在美国华盛顿举

ｄｅ　ｃａｍｐｏ　自然公园内，每个队伍的基地范围被限制在一个２０ｍ×２０ｍ的正方形范围内，包括建设和施工的场地，中国队的场地在整个场地的入口处，较有利于运输。

该基地较一般建筑基地不同的是，为了保证周边基地的队伍公平有效地利用太阳能资源，防止阴影产生遮挡，从

图1 基地全景

和维护一个较高的空间居住品质。

洗衣机和烘干机作为一个监测动作，每日在３００ｍｉｎ时间内，将组委会统一发放的毛巾称重之后进行标准洗涤烘干，然后再称重，评分标准就是前后两次重量差值所占比例的范围，以此来判

图3 建筑基地的空间界限各方向示意图

断洗衣烘干的效率。

厨房用品和烤箱等则利用煮水的方式来测试，同样，首先称空锅重量，然后称加水后锅重量，之后在规定的时间

图2 竞赛总平面图及中国队基地位置

内将规定量的水煮沸并蒸发殆尽，称重

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表2 竞赛考评项打分细则

图4 法国队参赛作品

递了一个重要信号就是：单个住宅单元的能源自给，依靠现有的太阳能产品是完全可以做到的。

建筑特点：市场前景好，布局合理，维护结构的设计充分考虑到住户的半室外空间的活动，太阳能板和建筑屋面一体化程度高。

获奖情况：市场前景一等奖，建筑设计一等奖，可持续性一等奖，工业化三等奖

如果单元设计合理，那么一个节能的盒子单元，就可以复制成为一个节能的建筑，进而组成一个节能的社区。法国队将这样的理念成功地付诸了实践，故而其理念才对每一个参观这所房子的人很有说服力。

其次，设计团队在住宅的单元周边

后依前后重量差值来评定厨房设备的工作效率。

温度、湿度的测试则分别由固定安置在起居室和卧室的温湿度传感器监测得出。

设备监测的顺利实施需要有客观公正的组委会人员来协助，组委会招募了大量具备一定专业知识的志愿者，他们每日轮流作为监测员协助记录和监测所有的参赛队伍。如此，在很大程度上保证了数据的真实性和客观性，相关数据也成为参赛队评价和改善原有设计的重要依据。

３　三个竞赛案例

竞赛共有来自１２个国家的１８支代表

队参赛，各自的作品都展示了国家和地域的特点，同时又都结合太阳能技术在相同的规则下设计而成，本次竞赛不失为太阳能建筑届的世博会。选出的三个案例分别在三个领域具有较强的代表性，法国队在市场前景，建筑设计方面有领先优势；德国队在工业化制造和建筑工艺方面十分突出；中国队则是体现出我国文化和材料方面的地域特点。3.1 法国队——Canopea

ＳＤ大赛更多关注的是建筑的工艺和技术利用而不是单纯的造型，所以，作为建筑单项评分第一名的作品，最主要的特点就是其可实现性（图４）。法国队的参赛作品是已经在法国实践了的实际住区项目，他们只是截取了建筑顶部的一个单元进行了１∶１的复建来参赛。这传

设计了环形的连廊，一来为住户提供一个休憩的场所，同时在连廊的外侧设置玻璃电控百叶，在恶劣天气情况下可以形成一个室内外的过度空间，使得室内环境相对独立。

最后，法国队的太阳能产品和屋顶的结合是其独占鳌头的另一特点，作为本届比赛唯一建成的两层建筑，在建立之初使人产生了很多疑问：上下两层空间如何连接的？在功能上有什么联系？后来才知道，上面的空间是屋顶的阁楼，１层作为独立的住宅区参与评测，２层则作为活动空间，是一个半开放区域，其太阳能板铺设于鱼鳍状错开的屋面上，目的是保证每一块板都有相同的对日角度。并且由于其产品透明度较高，设计团队还在板背面设计了单晶硅单元形状的绿

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色贴纸，使得２层阁楼不但有良好的光照，还不至由于密集布置的太阳能板产生压抑之感（图５～７）。3.2 德国队——Ecolar Home

此次ＳＤＥ大赛有两支德国队参加，

图9

德国队框架结构及安装示意图

盒子在平面排列成矩形，坡道和平台环绕在建筑周围，在入口处设有水池。相对简单的造型并没有在一开始获得很多关注，不过随着比赛的推进，其优势才渐渐展现出来。

图7

电控玻璃百叶

首先是构造，德国队将构成墙体和屋顶参观者无法企及之处的构造都截取了一些样本，置于平台处以供展示。建

两支队伍虽来自不同的城市，但都代表了德国人对于工艺的高标准和建造的精细。拥有强大工业基础的德国队，在设

图5

室外环形连廊

筑的各部分被预制成模数化的梁、柱、墙面等构件，极大地增加了生产和实际建造的效率。同时，模数化和工厂化的生产，也使得这样节能的住宅单元可以批量生产以投放市场。房子墙体的保温材料选用的羊毛制品，是当地山区的特产之一，用内外两层木格栅将羊毛混合黏土的保温层夹在中间，起到了很好的保温隔热效果。

另一个亮点就在于室内的设计，规整的外表并没有掩盖这个作品细致的品格，室内整齐的设备间，弧形的盥洗室，全顶棚采光的卫浴，折叠的床铺和书桌，折叠的各式家具等等，所有的细节无不体现着设计者严谨、精致的追求（图１０～１２）。

作为工业化前景的第一名，其设计牢牢把握了模数化的精髓。凡是涉及到快速建造，预制拼装这类课题，模数化的产业链是必不可少的（图１３）。据ＥｃｏｌａｒＨｏｍｅ团队设计师介绍，他们的目的就是将建筑的空间均质化，将建筑构件化，这样做的直接好处有两点：①构件制作精确，可替换性强，维修方便；②

计、施工、建造等各方面都表现出众。

这里选取在工业化和结构工艺两方面表现突出的德国Ｅｃｏｌａｒ　Ｈｏｍｅ作为案例（图８、９）。

建筑特点：工业化程度高，构造合理丰富而精细，市场前景好。

获奖情况：工业化第一名，结构和工艺第一名。

该作品在造型上中规中矩，整个建筑采用了框架结构，６个正方形的框架

图6

二层阁楼建成实景图8

德国队参赛作品

房屋空间可拓展性强，在土地条件允许

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图13

德国队建筑构建模数化

3.3 中国队——Para Eco-house

建筑特点：采用竹子作为主要建筑

图10

德国队卧室视角

带最具代表性的绿色建材——竹材。通过对竹材特性的研究，结合赞助商的技术产品，该建筑的外框架、框架内嵌菱形单元、内核的结构材料、室内的装饰面均采用竹材（图１４～１６）。

竹材相较于木材，有更短的成材周期和无需二次种植的优势，同时由于生长速度快，１ｈｍ２毛竹的年固碳量为５．０９ｔ，是衫木的１．４６倍，热带雨林的１．３３倍（图１７）。

建筑设计将建筑分为了内外两层，外层表皮集成了一些主动的节能设备，包括全部的光伏板、太阳能追光器、太阳能集热器、西立面的薄膜太阳能和喷雾降温设备等。

内核作为主要的居住生活单元，围护结构采用了高保温性能的ＶＩＰ真空保温板，并且将保温板设计在双层对夹的木龙骨间，利用交错对缝达到更密实的保

材料，西立面的参数化太阳能墙体，太阳能追光系统。

获奖情况：最佳立面奖，最佳舒适度三等奖，房屋功能三等奖。

Ｐａｒａ　Ｅｃｏ－ｈｏｕｓｅ—“复合表皮生态屋”是同济大学的参赛作品，本次的设计采用了我国长江流域，特别是江南一

图11 德国队起居室视角

1

图14

中国对作品外景

图12 德国队起居室视角

2

的前提下，随着居住人口和功能的改变，只需要购买拼装新的居住单元即可，现实操作性好。所谓工业化前景无非就是短时间、大批量的建造。据此，德国队的作品有当之无愧的优势。

图15

中国队卧室视角

图16

中国队起居室视角

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４　结语

竞赛的目的是在于展示和交流，进而有机会使批量生产进入市场。结合我国的实际情况，设计自供能的太阳能供能模块，使太阳能技术不只限于太阳能热水的使用，更多地拓展到小范围发电和为家用电器提供更多的能源支持，是真正符合国情的技术路线。

图17 竹材纹理和复合竹木梁成品

新能源在建筑领域的发展同样离不开政策的导向和舆论的宣传，也更离不开技术的支撑，只有有了成熟的，适合我国居住环境和建筑条件的太阳能光伏产品，才可能引导公众选择更绿色、更节能、更环保的生活方式，才可能在新一轮城镇

温效果。立面的维护结构采用了回收塑料加ＵＶ涂层之后的阳光板，提亮内核的同时反射部分阳光，保证墙体内部的热环境在可控的范围。

室内设备也采用集中设计的原则，由于建筑是拼装而成，所以这样的设计可以最大限度地节省现场搭建的时间。同时，室内功能如：厨卫、洗衣机、

烘干机、

设备间等相对联系紧密的功能块布置在一起，也有利于节省管线的布设和后续的检修。集成的设备核使得室内的空间得到解放，形成流动的室内空间：西面的客厅紧邻西侧的湿地，通过西侧外表皮加速的风可以将湿地的空气带入室内，创造宜人的室内环境（图１８）。

化建设中，创造更高品质的居住环境。

(收稿日期：2013-05-07)

图18 复合表皮生态屋结构分层示意图

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