展妍婷

摘 要：針對甘肅地區(qū)農(nóng)村太陽能資源潛在的優(yōu)勢，提出應(yīng)用太陽能系統(tǒng)，且在利用太陽能的同時怎樣做好節(jié)能方面的具體優(yōu)化措施，對進(jìn)一步加快太陽能系統(tǒng)在農(nóng)村的應(yīng)用和我國的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及建筑節(jié)能起到積極的作用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村住宅;太陽能利用;節(jié)能;優(yōu)化措施

我國從2005年起要求北京等大城市開始推行65%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，到2010年全國所有新建建筑達(dá)到三分之一以上節(jié)能建筑的標(biāo)準(zhǔn)。到2020年通過進(jìn)一步的推進(jìn)綠色建筑和節(jié)能建筑使所有建筑的總能耗達(dá)到65%的總目標(biāo)。城市建筑都在積極推行節(jié)能新標(biāo)準(zhǔn)，并且成效明顯。而在農(nóng)村，建筑節(jié)能成效幾乎是空白。因此，本文以甘肅地區(qū)為例，結(jié)合本地區(qū)基本情況，因地制宜，具體介紹在甘肅地區(qū)應(yīng)用太陽能系統(tǒng)的同時，怎樣使建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在具體建筑中。

1甘肅地區(qū)的氣候特點(diǎn)

甘肅在地理位置上位于我國西北地區(qū)，干旱、寒冷是其最明顯的自然特征，高原、盆地在地形上占主要部分，地域?qū)拸V，房屋建筑規(guī)模巨大。

甘肅地域遼闊，介于北緯32°11′～42°57′、東經(jīng)92°13′～108°46′之間。日照時數(shù)每年平均為1700～3300h，自東南逐漸向西北方向增多。在河西走廊地區(qū)每年的日照時數(shù)能達(dá)到2800～3300h，是甘肅地區(qū)日照時數(shù)最多的區(qū)域;隴南地區(qū)為1800～2300h，是甘肅地區(qū)日照時數(shù)最少的區(qū)域。因此，在甘肅地區(qū)應(yīng)用太陽能系統(tǒng)采暖、提供熱水等前景非常樂觀。

2 節(jié)能優(yōu)化的具體應(yīng)用

2.1 規(guī)劃布局優(yōu)化

整體規(guī)劃布局設(shè)計是建筑節(jié)能著手的第一步。總的設(shè)計原則是：建筑物盡量布置在地勢平坦的地方，避免布置在凹地時由于冬季冷氣流在凹地里形成影響建筑物的“霜洞”效應(yīng)。一般情況下將建筑物宜布置在向陽坡上，且在朝陽方向最好沒有遮擋。在冬季主要房間朝南能得到較多的太陽輻射，同時避開冬季的主要風(fēng)向，以減少冷滲透通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入室內(nèi)。

一幢建筑物位于北緯35°，在冬季和夏季一天中分別在不同方位上所得到的太陽輻射能大小如表1所示。如果把太陽輻射能在水平面上定為1，則南立面上的輻射能在冬季為1.58，夏季僅為水平面的0.12。因此，在設(shè)計太陽能系統(tǒng)時，為了獲取盡可能多的太陽輻射熱，應(yīng)充分利用建筑物南向墻體。

表1 ?某建筑物（北緯35°）各朝向太陽輻射（參照水平面）[1]

[建筑物的朝向＼&冬（1月21日）＼&夏（7月21日）＼&東立面

西立面

南立面

北立面

水平面＼&0.39

0.39

1.58

0

1＼&0.36

0.36

0.12

0.06

1＼&]

2.2 建筑物平面及立面優(yōu)化

平面及立面設(shè)計是建筑物設(shè)計的不可缺少的組成部分，平面設(shè)計除了要滿足在冬季能使主要房間直接獲取大量的太陽輻射熱量，還要滿足夏季自然通風(fēng)。同時采用自然采光來減少人工照明，降低能耗。

平面布局中各個功能不同的房間對溫度要求也不同。如臥室、客廳等，屬于主要房間，對溫度要求相對較髙，一般情況下應(yīng)考慮布置在南向區(qū)域的位置，以獲取較多太陽能。如廚房、儲藏間等輔助房間，可考慮布置在建筑物的北側(cè)。合理的布局是直接獲取太陽輻射能多少的關(guān)鍵。對于布置在建筑北向的房間，室溫要求低還可以成為南側(cè)各個房間熱量散失的一個屏障。

影響建筑物耗熱量的一個主要指標(biāo)是體形系數(shù)。在建筑物其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)一定的條件下，耗熱量指標(biāo)隨著體形系數(shù)成直線上升趨勢。在設(shè)計中，一方面做到使建筑物的體形系數(shù)小于0.35，避免多層或點(diǎn)式建筑;另一方面在建筑的外觀設(shè)計上盡可能做到減少凹凸面，即減少與大氣接觸的面積，從而減小體形系數(shù)。但是，從建筑設(shè)計的角度來講，建筑形式的多樣化又是建筑設(shè)計追求的元素之一。此外，也不能因?yàn)闇p小體形系數(shù)而將所有住宅都建成統(tǒng)一的“方塊”形狀，導(dǎo)致了既要滿足建筑節(jié)能，又要完美建筑體形設(shè)計兩者之間相互對立的矛盾。根據(jù)規(guī)范《采暖居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)DB62/T25-3033-2006》[2]，規(guī)定寒冷地區(qū)建筑物的體形系數(shù)宜小于0.3。

2.3 建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.3.1 外墻保溫隔熱設(shè)計

實(shí)踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，如今農(nóng)村建筑幾乎沒有任何的保溫措施。長期以來采用普通的一種材料砌筑。不可避免的結(jié)果就是墻體的導(dǎo)熱系數(shù)超過節(jié)能規(guī)范的要求。因此，避免采用單一材料砌筑的墻體，可以采用復(fù)合墻體。如改用城市建筑采用的承重材料與髙效保溫材料（如聚苯板、 巖棉板等）結(jié)合，在節(jié)能效果上會好很多。建筑物結(jié)構(gòu)組成中墻體占比較多的部分，夏季由于室外氣溫高，室內(nèi)通過建筑外墻體吸收熱量，可占建筑總吸收熱量的30%左右;相反，冬季室外氣溫低，室內(nèi)的熱量通過外墻向室外散失，大約占到建筑總損失熱量的20%左右[3]。因此，做好外墻保溫措施至關(guān)重要。

圖1 ?外墻保溫做法

除了墻體自身的材料，保溫材料的選擇也很關(guān)鍵。當(dāng)蓄熱系數(shù)大的材料層設(shè)置在室內(nèi)側(cè)時，可使室內(nèi)蓄存較多的熱量，房間的熱穩(wěn)定性也好。因此，在保溫措施中采用外保溫優(yōu)于內(nèi)保溫。如圖1為一外墻外貼聚苯板保溫材料圖，外墻選用粘土磚砌體（導(dǎo)熱系數(shù)在0.7～0.8W/（m·K））范圍內(nèi)。根據(jù)規(guī)范《采暖居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)DB62/T25-3033-2006》，按照下列公式計算保溫層材料的最小保溫厚度。

（1）

式中：K——圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)[W/（m2·K）];

R0——圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻[（m2·K）/W];

an、aw——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面、外表面的換熱系數(shù)[W/（m2·K）];

R、Rw——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面、外表面的傳熱阻[（m2·K）/W];

δi——圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層的厚度（m）;

λi——圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)[W/（m·k）]。

2.3.2 門窗節(jié)能設(shè)計

門窗是圍護(hù)結(jié)構(gòu)中絕熱性能最差的部位。通過門窗的能耗約為墻體的4倍，約占圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的40%～50%[4]。

外窗在建筑物的構(gòu)造組成當(dāng)中占有非常重要的位置，通過外窗可以直接獲取太陽能，同時也可將室內(nèi)熱量散失到室外，變成失熱部位。但是在冬季我們希望外窗有較髙的太陽能透過率，同時滿足節(jié)能保溫隔熱功能和氣密性要求;夏季室內(nèi)需要涼爽，所以希望較少的太陽輻射進(jìn)入室內(nèi)。因此，除了選用厚度小、透過性髙的玻璃外，還應(yīng)使外窗具有良好的遮陽措施。其次，要求窗框應(yīng)采用傳熱系數(shù)較低的型材，且氣密性好。門窗節(jié)能效果是否良好，關(guān)鍵還要看其氣密性。節(jié)能建筑要求對于多層建筑門窗氣密性按照《建筑外窗氣密性能分級及檢測方法》[5]規(guī)定執(zhí)行。

冬季，冷風(fēng)通過外門侵入也是建筑物失熱的一個主要途徑。因此，在建筑的主要出入口需設(shè)置門斗。門斗的形式也很多，有凹式、凸式或端角式。圖2為門斗圖。

圖2 ?門斗圖樣 ? ? ? ? ? ? ?圖3 ?屋面保溫做法

遮陽的目的在于隔斷直射陽光透過窗戶進(jìn)入室內(nèi)。高效率的控制調(diào)節(jié)太陽光和太陽輻射熱取決于良好的遮陽措施。遮陽措施較好的建筑可獲得10%～20%節(jié)能效益，而用于遮陽的投資不足2%[6]。

2.3.3 屋面、地面保溫節(jié)能設(shè)計

建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫節(jié)能還包括屋面的節(jié)能保溫。屋面保溫材料選用要求導(dǎo)熱系數(shù)低、材料輕便、機(jī)械強(qiáng)度髙、成本低廉、不吸水、施工簡單。此外，還可以增加設(shè)置架空通風(fēng)屋面增強(qiáng)保溫。保溫層厚度計算方法同（1）公式。這里介紹一種常用做法，如圖3所示。

地面熱量散失最大的區(qū)域是從外墻內(nèi)側(cè)起2m范圍內(nèi)，所以這些區(qū)域的地面也是保溫節(jié)能的重點(diǎn)部位。另外，挑出樓板由于直接與室外空氣接觸，不采暖地下室的頂板等，均需做保溫。

保溫地面的第一種方法，可采用150mm厚2：8白灰焦渣或者干爐渣進(jìn)行保溫。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、施工方便。第二種方法是采用低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，這也是一種地面保溫很好的節(jié)能措施。

3 結(jié)語

本文結(jié)合甘肅地區(qū)的地理特征及氣候特點(diǎn)，分別從建筑規(guī)劃布局優(yōu)化、建筑平、立面設(shè)計優(yōu)化、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能優(yōu)化幾個方面出發(fā)，闡述甘肅農(nóng)村建筑應(yīng)用太陽能技術(shù)在節(jié)能優(yōu)化方面的具體措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]周振.太陽房優(yōu)化設(shè)計及模擬分析[D].北京：北京建筑工程學(xué)院，2008，35-38.

[2]甘肅省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)DB62/T25-3033-2006.采暖居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].蘭州，2006：35.

[3]丁國華.太陽能建筑一體化研究、應(yīng)用及實(shí)例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007：31.

[4]吳振熒.北方農(nóng)村太陽能住宅優(yōu)化設(shè)計及測試分析[D].北京：北京建筑工程學(xué)院，2007：23-24.

[5]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7016-2008.建筑外窗氣密性能分級及檢測方法[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：16-18.

[6]喜文華.被動式太陽房的設(shè)計與建造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：16.