用于绿色建筑物正面的支撑结构

摘要

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：第一部分用光伏系统(12)覆盖，第二部分用植被系统(14)覆盖。所述光伏系统用于利用阳光产生电能以降低建筑物的能量负荷，同时所述植被系统用于冷却周围温度。

说明书

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 建筑物中使用光伏系统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系统，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系统的某些技术要 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的系统，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：

-用光伏系统覆盖的部分；以及

-用植被系统覆盖的部分。

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系统后和在安装光伏 系统与植被系统后具有支撑结构的楼梯隔水墙的局部视图，其中植被系统 和光伏系统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 植被系统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系统的支撑结构的 透视图和侧视图，其中植被系统包括凸网状结构；图5c和图5d分别示出 了根据第一方面的具有光伏系统的支撑结构的透视图和侧视图，其中植被 系统包括凸网状结构。

图6a例示了光伏系统和植被系统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 系统12覆盖，第二部分用植被系统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 件或系统覆盖。光伏系统12用来利用阳光产生电力以降低建筑物的能量负 荷，同时植被系统14用于使周围温度冷却。植被系统14还可能有助于降 低建筑物正面的表面温度。

光伏系统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。

植被系统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。由于植被系统暴露于外面，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。用光伏系统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。用植被系统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)光伏系统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)植被系统14的一些部分被光伏系统12遮蔽， 保护植被系统14不经受严酷的气候条件；(iii)植被系统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系 统12的效率，使光伏系统12在较冷却的环境中更高效地工作；以及(iv) 由于光伏系统12定位成进一步远离建筑墙体，外部光伏系统12受到内部 植被系统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系统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系统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 系统12覆盖的第一部分，并且第一部分与用植被系统14覆盖的第二部分 成间隔开的关系。如图3a和图3b所示，光伏系统12和植被系统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，以便维护光伏系统12或植被系统14，以及为植被浇水。图 3a示出了在安装了植被系统14后支撑结构10的局部视图，图3b示出了在 安装了光伏系统12和植被系统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，光伏系统12和植被系统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。光伏系统12放置成与植被系统14 成间隔开的关系，植被系统14放置成比光伏系统12更靠近建筑墙体。在 本实施例中，当从侧视图观察时，显示植被系统14的网状结构成形为曲线 形结构，而不是平面(如图2所示)。植被系统14显示为包括具有凹构造 和凸构造的网状结构。光伏系统12定位于植被系统14的凹网状结构的前 面，从而植被系统14的凸网状结构与光伏系统12大致齐平。由于植被系 统14和光伏系统12齐平，人在建筑物正面的护墙上方抛扔东西将不会从 上面损害光伏系统12。

在第三实施例中，图5a示出了只包括植被系统14的支撑结构10的透 视图，图5b示出了其的侧视图。图5c示出了包括植被系统14和光伏系统 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系统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，以便容纳光伏系统12，如图5c-d所示的那 样。

在图6a所示植被系统14的网状结构的曲线形结构的近视图中，使光 伏系统12和植被系统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系统，从而在操作期间，植被系统 和光伏系统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系统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 植被系统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系统的优点在于，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系统的组合具有优于绿色屋顶和光伏系统的组 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系统和 植被系统的更大表面积。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系统和植被系统更持久和更稳 定。建筑物的外观因横跨正面的更大表面积的植被系统所提供的绿色植物 而通常也更美观，更吸引人观赏。在正面上没有固定植被系统和光伏系统 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系统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。