CN102271493B - 用于绿色建筑物正面的支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于固定在绿色建筑物正面上的支撑结构(10)。所述支撑结构(10)包括两个部分：第一部分用光伏***(12)覆盖，第二部分用植被***(14)覆盖。所述光伏***用于利用阳光产生电能以降低建筑物的能量负荷，同时所述植被***用于冷却周围温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于绿色建筑物正面的支撑结构。
背景技术
本发明的背景技术的下述讨论旨在便于理解本发明。然而，应当理解的是，所述讨论不是承认或认可所参考的任何材料在本申请的优先权日的任何司法程序中，都已经公开，公知或者是普通公知常识的一部分。
城市热岛效应(UHIE)是指当城市温度上升高于市郊和农村地区的温度的现象。UHIE主要是由于作为城市化和经济发展的结果，在建建筑物的数量增大且这些增大数量的建筑物取代了以前充满城市地区的植被和树木而引起的。另外，人类活动产生了热量，而这种热量的产生有助于城市温度的上升。
城市环境受到这种较高温度的严重影响。首先，城市中的空气质量下降。温度升高连同空气污染物的存在导致形成烟雾，而烟雾不仅损害自然环境，而且还危及人类健康。其次，UHIE引起更大量使用例如风扇和空调单元的电器，这直接影响了建筑物的能量消耗。
人们试图降低UHIE的负面影响，将植被种植在屋顶(即，绿色屋顶)上和建筑物正面(即，绿色墙壁)上以补偿所取代的植被和树木的损失。所述植被用于过滤例如二氧化碳的温室气体和城市中的其他有毒物质。人们研究和实验发现，这种绿色屋顶和绿色墙壁有助于降低屋顶和墙壁的周围温度，并且减少从屋顶和墙壁传递给屋顶正下方的空间和墙壁后面的空间的热量。降低了的周围温度和减少了的从屋顶和墙壁传递给屋顶正下方和墙壁后面的空间的热量可能引起较少地依赖于例如风扇和空调单元的电器，从而降低建筑物的能量消耗。
如前所述，周围温度的增加导致更多地使用例如风扇和空调单元的电器，而这又导致更依赖于用来发电的化石燃料。虽然最近发展和推动了更绿色的、可再生的替代能源用于发电，例如太阳能，风能、水力发电和地热能，迄今为止，大部分国家仍然依赖于消耗化石燃料来发电。在燃烧用来发电的化石燃料的过程中产生了温室气体，并且排放到了大气中，在大气中保留了更多热量，并因此更依赖于所需要的例如风扇和空调单元的电器。这形成了恶性循环，如果产生了更多的温室气体并且保留在大气中，恶性循环将可能是不可逆转的。在进一步试图降低UHIE的负面影响中，在建筑物中使用光伏***以减少对化石燃料的依赖。
光电池是固态半导体类型的装置，当其暴露于光线时就产生电能。在例如屋顶和正面的部分建筑物包封物中，越来越多地使用光伏材料(也称为太阳能电池板或太阳能电池)来代替传统建筑材料。虽然现存建筑物可用包括光伏材料的模块进行翻新，光伏材料作为一种主要或辅助电源正越来越多地引入到新建筑物的建设中。结合在新建筑物的屋顶或正面中的光伏材料，或者包括在用于翻新现存建筑物的模块中的光伏材料一般公知为太阳能光伏建筑一体化(BIPV)。BIPV包括混合光伏电池板的所有类型的光伏电池板。简言之，在操作过程中，阳光照射在到BIPV上，BIPV产生电能。该电能流过电力转换设备，并且流入建筑物的配电***，将电能供给到建筑物的电力负荷，例如空调和一般照明。
直到最近，人们才建议在单个建筑物中组合使用绿色屋顶和BIPV，并且对其可行性进行检验。这种组合的主要优点包括容易安装和维护光伏单元，以及因绿色屋顶的冷却效果而使光伏单元效率更高。绿色屋顶冷却围绕光伏单元的周围温度，众所周知，由于冷却光伏单元的周围温度而提高光伏单元的效率，这允许光伏单元保持冷却并且更好地运行。
尽管如此，存在需要满足组合的绿色屋顶和BIPV***的某些技术要求。首先，能够种植在具有光伏单元的屋顶上的植被的最佳种类是可伸长的种类。因为大多数绿色屋顶是平坦的或者平缓地倾斜的屋顶，光伏单元通常固定在支撑上以得到相对于太阳的最佳角度。光伏单元不得不安装在植被层上方，从而光伏单元不被可伸长的植被所遮蔽，从而降低其效率。另一方面，光伏单元在白天期间为植被提供部分遮蔽，从而降低水的蒸发率和所需要的浇水量。在强风频繁光顾的地方，需要极坚固的金属结构和坚固的屋顶或者光伏单元后面的良好挡风件，优选是二者兼备，以便防止风力造成的损失。
期望提供一种用于降低UHIE的***，其克服或者至少减轻上述问题。
发明内容
在整篇文件中，除非指出具有相反意义，术语“包括”、“由......组成”等应当理解为非穷尽性的，或者换句话说，意思是指“包括但不限于”。
在本发明的第一方面中，在此提出了一种用于固定在建筑物正面上的支撑结构，包括：
-用光伏***覆盖的部分；以及
-用植被***覆盖的部分。
附图说明
在附图中，利用仅实例例示了本发明的实施例。
图1是第一方面的支撑结构的例图。
图2a和图2b分别示出了当固定在建筑物正面上时，图1的支撑结构的后视图和侧视图。
图3a和图3b分别示出了第二方面的在安装植被***后和在安装光伏***与植被***后具有支撑结构的楼梯隔水墙的局部视图，其中植被***和光伏***之间的地板材料具有足够强度以承受人的重量。
图4a和图4b分别示出第三方面的支撑结构的透视图和侧视图，其中植被***包括凹和凸网状结构。
图5a和图5b分别示出了根据第一方面的没有光伏***的支撑结构的透视图和侧视图，其中植被***包括凸网状结构；图5c和图5d分别示出了根据第一方面的具有光伏***的支撑结构的透视图和侧视图，其中植被***包括凸网状结构。
图6a例示了光伏***和植被***的定位使得它们之间的间隙最小；图6b，图6c和图6d分别以等轴测视图、侧视图和平面图的形式示出了曲线形网状结构的近视图。
图7a-e示出了支撑结构的网状结构的替代构造。
具体实施方式
本发明涉及用于绿色建筑物正面的支撑结构。
根据本发明的第一实施例，这里提供了如图1所示的一种用于固定在建筑物正面上的支撑结构10。支撑结构10包括两个部分：第一部分用光伏***12覆盖，第二部分用植被***14覆盖。如图所示，这里存在第三部分16，第三部分16可以空隙或者用例如玻璃板、装饰板和安全板的其他元件或***覆盖。光伏***12用来利用阳光产生电力以降低建筑物的能量负荷，同时植被***14用于使周围温度冷却。植被***14还可能有助于降低建筑物正面的表面温度。
光伏***包括例如太阳能电池板的光伏单元。光伏单元可以将单个光伏子单元连接在一起或者是独立的光伏单元来制成。光伏单元通过例如螺栓和螺帽的紧固件紧固到支撑结构10上。可替代地，光伏单元可以钩紧在支撑结构10上。
植被***包括用于攀援植物的网状结构以覆盖支撑结构10。攀援植物包括但不限于自支撑植物，例如根攀植物和粘性吸盘植物(adhesive-suckers)，和需要支撑结构的例如缠绕藤蔓植物、叶-茎攀援植物、叶攀援植物的植物及爬攀植物。由于植被***暴露于外面，即暴露于严酷的气候条件，根据支撑结构所布置的地方的气候条件，应当优先选择耐寒物种和对风、热、干旱、霜等具有耐受力的攀援植物。
优选地，支撑结构10成形为具有形成骨架的竖向框架和水平框架的大致矩形块结构。用光伏***12覆盖的第一部分定位于支撑结构10的第一表面，因此当支撑结构10固定到建筑物正面上时，支撑结构10的第一表面定位成进一步远离建筑墙体。用植被***14覆盖的第二部分定位于支撑结构10的第二表面，因此当支撑结构10固定在建筑物正面上时，支撑结构10的第二表面定位成更靠近建筑墙体。在这种布置中，支撑结构10用于提供下述优点：(i)光伏***12不被植被遮蔽或阻挡，进而可能实现最大限度地暴露于阳光；(ii)植被***14的一些部分被光伏***12遮蔽，保护植被***14不经受严酷的气候条件；(iii)植被***14有助于冷却建筑物正面和环绕的周围温度，从而降低建筑物的能量负荷以及改善光伏***12的效率，使光伏***12在较冷却的环境中更高效地工作；以及(iv)由于光伏***12定位成进一步远离建筑墙体，外部光伏***12受到内部植被***14的保护，避免被破坏、偷盗和损害。除网状结构外，也可使用其他保护装置保护光伏***12，例如广告牌和标志牌。当使用网状结构和广告片或标志牌时，如果广告牌或标志牌安装在网状结构的前面，网状结构也可保护广告牌或标志牌。只要网状结构从上面和后面保护光伏***12，其他形状的网状结构也是可能的，包括不规则形状。
图2a和图2b分别示出了当支撑结构10固定到建筑物正面上时支撑结构10的后视图和侧视图。在本实施例中，支撑结构10显示为包括用光伏***12覆盖的第一部分，并且第一部分与用植被***14覆盖的第二部分成间隔开的关系。如图3a和图3b所示，光伏***12和植被***14之间的间隔可装配有地板材料，地板材料具有足够的强度以支撑和承受至少一个人的重量，以便维护光伏***12或植被***14，以及为植被浇水。图3a示出了在安装了植被***14后支撑结构10的局部视图，图3b示出了在安装了光伏***12和植被***14后支撑结构10的局部视图。
图4a和图4b以透视图和侧视图的形式分别示出了支撑结构10的另一实施例。在本实施例中，光伏***12和植被***14定位于支撑结构10的第一表面上，因此当支撑结构10固定在建筑物正面上时，支撑结构10的第一表面定位成进一步远离建筑墙体。光伏***12放置成与植被***14成间隔开的关系，植被***14放置成比光伏***12更靠近建筑墙体。在本实施例中，当从侧视图观察时，显示植被***14的网状结构成形为曲线形结构，而不是平面(如图2所示)。植被***14显示为包括具有凹构造和凸构造的网状结构。光伏***12定位于植被***14的凹网状结构的前面，从而植被***14的凸网状结构与光伏***12大致齐平。由于植被***14和光伏***12齐平，人在建筑物正面的护墙上方抛扔东西将不会从上面损害光伏***12。
在第三实施例中，图5a示出了只包括植被***14的支撑结构10的透视图，图5b示出了其的侧视图。图5c示出了包括植被***14和光伏***12的支撑结构10的透视图，图5d示出了其的侧视图。图5a-d清楚地示出了具有凸构造的植被***14的曲线形网状结构，其中，网状结构向外凸出。网状结构的边缘向内成曲线形，以便容纳光伏***12，如图5c-d所示的那样。
在图6a所示植被***14的网状结构的曲线形结构的近视图中，使光伏***12和植被***14的网状结构之间的间隔开的关系，即间隙，最小以便有效地降低光生伏打板的后部处的热量积累。放置在光生伏打板后面的植被将冷却环绕光生伏打板的周围温度。因此，植被放置成越靠近光生伏打板，越冷却环绕光生伏打板的周围温度，并因此改善光生伏打板的效率。网状结构可以设计成使得网状结构和光生伏打板之间的间隙不太宽，这导致对攀援植物的生长而言太陡峭的角度。同时，网状结构的角度是足够的，以允许(i)间隔网状结构与光伏***，从而在操作期间，植被***和光伏***的单个性能不受另一个的影响以及(ii)允许进入光生伏打板以进行维护。网状结构可以弯曲成使得植被***与光生伏打板齐平且不给光生伏打板带来阴影，并且也保护光生伏打板和/或广告牌和标志牌不受从上面抛扔的杂物所引起的损害以及保护光生伏打板不受来自于光生伏打板后部的损害。网状结构设计成具有从建筑物正面的最小长度的悬臂梁，以便使结构负荷和结构件的尺寸最小。图6a-d分别以等轴测视图、侧视图和平面图的方式示出了曲线形网状结构的近视图。网状结构布置的其他构造和植被***14的曲线形网状结构的其他角度也是可能的。这种网状结构布置的另外实例，例如直的、波浪形的、金字塔形的、曲线形的和弯曲的，示于图7a-e。
BIPV优于更一般的非集成***的优点在于，通过降低花费在正常地用于构建BIPV模块所代替的建筑物的部分的建筑材料和劳工上的成本量来抵消BIPV的初始成本。另外，由于BIPV是图案的一个整体部分，它们通常比其他太阳能可选物协调得更好，更美观、更吸引人。这些优点使BIPV成为光电工业中成长最快的部分之一。
除了降低UHIE并因此降低能量消耗和改善空气质量的已知优点外，通过绿色正面的遮蔽、蒸发性蒸腾作用以及声音的吸收，现在城市变得更凉爽、更安静。绿色正面还有助于减小建筑物的径流表面。
绿色建筑物正面和光伏***的组合具有优于绿色屋顶和光伏***的组合的优点。与建筑物的屋顶相比，建筑物的正面提供用于安装光伏***和植被***的更大表面积。因此，可以实现建筑物的更冷却的周围温度和更低的能量负荷。另外，建筑物的屋顶通常比建筑物的正面遭遇更严酷的气候条件。这样，固定在建筑物正面上的光伏***和植被***更持久和更稳定。建筑物的外观因横跨正面的更大表面积的植被***所提供的绿色植物而通常也更美观，更吸引人观赏。在正面上没有固定植被***和光伏***时，从混凝土正面反射的阳光或者来自混凝土正面的炫目的阳光可能引起眼睛不舒服。由于屋顶通常更少到达和更少可以看见，屋顶的绿色植物可能没有这种效果。
绿色建筑物正面和植被***的网状结构的支撑结构可以由耐腐蚀且能够承受严酷气候条件的轻质材料(例如但不限于热镀锌网状结构)形成。支撑结构，包括网状结构，可以是模块式的和预先制好的，以使其容易制造、安装和维护。替换材料可以包括不锈钢缆线、绳索、线和杆。支撑结构可以通过例如螺栓和螺帽、钩子等紧固装置固定在建筑物的正面上。
为了清晰地理解本发明虽然利用例图和实例以及一个或更多个实施例，相当详细地描述了上述发明，对本领域技术人员显而易见的是，根据本发明的教导，在不偏离所附权利要求所描述的本发明的精神和范围的条件下，对本发明作出某些修改、变形和改型。
Claims (8)
1.一种用于固定到建筑物正面上的模块化支撑结构，包括：
用光伏***覆盖的第一部分；以及
用植被***覆盖的第二部分，
其中，所述第一部分安装成比所述第二部分远离建筑物正面以使得所述植被***的至少一部分被所述光伏***遮蔽。
2.按照权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，所述支撑结构由具有多个竖向框架和多个水平框架的矩形骨架形成。
3.按照权利要求2所述的支撑结构，其特征在于，所述光伏***包括至少一个紧固到所述多个竖向框架和/或水平框架上的太阳能电池板。
4.按照权利要求2或3所述的支撑结构，其特征在于，所述植被***包括用于支撑攀援植物的至少一个网状结构，所述网状结构紧固到所述多个竖向框架和/或水平框架上。
5.按照权利要求1至3中的任意一项所述的支撑结构，其特征在于，所述光伏***和植被***以间隔开的关系放置，由此在所述光伏***和植被***之间形成间隙。
6.按照权利要求4所述的支撑结构，其特征在于，所述网状结构的侧视构造选自这样的列表：直的、凹的、凸的、波浪形、金字塔形、弯曲及其组合。
7.按照权利要求6所述的支撑结构，其特征在于，所述网状结构的第一部分是凹的而所述网状结构的第二部分是凸的。
8.按照权利要求7所述的支撑结构，其特征在于，所述光伏***紧固在所述网状结构的凹的部分上，使得所述光伏***与所述网状结构的凸的部分齐平。
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