Annual net-zero electricity feasibility of Riyadh villas depends more on subdivision into separate dwellings than on the 2024 massing rules
本研究表明，对于利雅得别墅而言，将物业细分为多个住宅对实现年度净零用电状态的影响，显著大于 2024 年体量规则的变化，后者的主要作用是增加建筑面积，但由于退界限制，对太阳能电池板容量带来的增益有限。
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在阳光明媚的沙特阿拉伯城市中，被称为“别墅”的单户住宅是主要的住房形式。这些建筑的设计初衷是阻挡酷热，同时高度依赖空调来保持室内凉爽，这一过程消耗了该国大量的电力。随着该国寻求平衡能源使用与环境目标，一个关键问题出现了：这些房屋能否通过屋顶太阳能电池板产生足够的自身电力，从而在一年内实现完全自给自足？这种被称为“净零能耗”的概念，取决于房屋消耗的能量与屋顶所能捕捉到的阳光之间的微妙平衡。然而，建筑物的形状以及规范其建造的规则，在这一平衡中起着巨大的作用。一个面积很大但被建筑自身或邻近建筑遮挡严重的屋顶，其发电量会远低于一个面积较小但阳光充足的屋顶。
2024年，沙特政府更新了建造这些别墅的规则，允许建造更大的房屋，并允许将单一地块划分为独立的公寓单元。其意图是增加住房密度并提供更多的居住空间。一位研究人员着手测试这些更大、更拥挤的房屋是否仍能实现那个目标，即生成足以满足自身需求的电力。他建立了一个典型的利雅得别墅的详细数字模型，并模拟了数千种变化，以观察新规则如何影响屋顶产生的太阳能产量与房屋所需能量之间的比例。他考虑了新规中的特定要求，例如太阳能电池板与屋顶边缘之间必须留出的维护间距，以及建筑高层部分和相邻结构所投下的阴影。
研究人员发现，新的建筑规则虽然成功增加了建筑面积，但并未增加多少安装太阳能电池板的空间。因为规则要求建筑物必须与地界保持一定距离，所以主要居住区的规模往往受限于这些间隙，而非取决于地块的总面积。当新规则允许扩建更大的高层部分时，它实际上遮盖了原本可以放置太阳能电池板的主屋顶。因此，对于单户住宅而言，通过自身发电以满足自身需求的能力在执行新规后几乎没有变化。太阳能发电量与能源消耗的比例仅发生了微小的偏移，这意味着新规并未显著帮助或阻碍单户别墅实现能源独立之路。
然而，当研究人员观察将一栋别墅分割成多个独立住户时，情况发生了剧烈的变化。研究表明，生活在一个地块上的家庭数量对结果的影响远比建筑本身的大小更为重要。当一个家被划分为三个独立的住处时，总用电需求量激增，因为每个家庭都需要各自的制冷设备、电器和热水，而可用于太阳能电池板的屋顶面积却保持不变。模拟显示，原本足以支持单户住宅实现净零能耗的地块，在增加到三个家庭后，由于屋顶可用面积无法产生足够的电力来满足合并后的需求，地块变得不再足够大。对于一个400平方米的地块，单户住宅可以轻松达到净零状态，但增加两个家庭会将所需土地面积显著提升，以至于可用的屋顶空间已无法产生足够的电力来满足总需求。
研究人员还发现，所使用的空调系统类型会对结果产生实质性的影响。他们的模型表明，如果房屋使用标准的单速冷却单元而非更先进的变频系统，能源需求将会更高，从而使实现净零状态变得更加困难。在最具挑战性的场景中——即屋顶布满了水箱和空调设备时——研究人员发现，除非三个家庭放弃很大一部分居住空间，否则他们无法在400平方米的地块上实现净零能耗。具体而言，为了实现这一目标，高层扩建部分的规模必须缩减到极小，从而牺牲了新规旨在提供的额外建筑面积。
最终，研究结论指出，要让这些高密度的分割式住宅实现能源独立，关键不在于建筑法规本身，而在于屋顶从最初阶段是如何规划的。研究人员发现，最关键的因素仅仅是扣除维护通道和设备占位后，屋顶实际可用的面积。如果屋顶布满了各类设施或被建筑自身结构遮挡，太阳能发电潜力就会大幅下降。研究结果表明，为了让分割式别墅成为净零能耗住宅，建筑师和规划师必须将屋顶视为专门的能量生成表面，例如将所有机械设备集中在阴影区域，从而为电池板留出清晰的顶部空间。如果不进行这种细致的规划，住房密度的增加很可能会超过屋顶产生电力以支撑其运行的能力。
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