【摘要】本文從太陽(yáng)能在建筑中應(yīng)用的意義出發(fā)，根據(jù)建筑使用年限將其分為暫時(shí)性建筑和永久性建筑，并提出針對(duì)這兩種類型建筑的被動(dòng)式太陽(yáng)能利用的具體技術(shù)策略。

【關(guān)鍵詞】被動(dòng)式太陽(yáng)能;暫時(shí)性建筑;永久性建筑

1、引言

太陽(yáng)能是已知最便宜、最廉價(jià)、最廣泛最原始的能源，它潔凈、豐富而且公平地分散在全世界各地，世界上任何地區(qū)都可以自由地開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能。我國(guó)幅員遼闊，大部分地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富，按接受太陽(yáng)能輻射量的大小，全國(guó)大致上可分為五類地區(qū)（圖1）。充分利用太陽(yáng)能，合理地利用太陽(yáng)能資源，可以減低建筑對(duì)能源的消耗，減少環(huán)境污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也可以提高人們的住用、辦公條件。

圖1? 太陽(yáng)能資源在全國(guó)的分布圖

資料來(lái)源：《太陽(yáng)能的利用》

2、被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑概念及意義

被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑主要通過(guò)建筑物的布置，內(nèi)外造型、構(gòu)造及材料選擇有效的采集、儲(chǔ)存和分配太陽(yáng)能，使建筑物具有溫暖明亮的環(huán)境。較之主動(dòng)式太陽(yáng)能建筑，被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑基本不用采取特別的設(shè)施設(shè)備就能達(dá)到節(jié)約能源，改善住用環(huán)境的目的，因而其更具有生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)技術(shù)上也更加便于推廣應(yīng)用，特別適合于太陽(yáng)能豐富的地區(qū)。

3、被動(dòng)式太陽(yáng)能在建筑中應(yīng)用的設(shè)計(jì)研究

從大的方面，建筑可以分為臨時(shí)性建筑和永久性建筑兩類，對(duì)于被動(dòng)式太陽(yáng)能的利用來(lái)說(shuō)，不同的建筑類別要有與之相適應(yīng)的策略，故以下針對(duì)暫時(shí)性建筑和永久性建筑兩類進(jìn)行探討。

3.1 暫時(shí)性建筑被動(dòng)式太陽(yáng)能的利用

暫時(shí)性建筑使用年限相對(duì)不長(zhǎng)，故對(duì)其投資不應(yīng)過(guò)大，避免造成資源的閑置與浪費(fèi)。所以，在暫時(shí)性的建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先考慮采用直接受益式的被動(dòng)式太陽(yáng)能的形式，利用南窗直接接受太陽(yáng)能輻射供熱。這種類型是被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖方式中最簡(jiǎn)單的一種，特點(diǎn)是讓陽(yáng)光直接加熱采暖房間，把房間本身當(dāng)成一個(gè)包括有太陽(yáng)能集熱器、蓄熱器和分配器的集合體，這類太陽(yáng)房供熱效率較高，缺點(diǎn)是晚上降溫快，室內(nèi)溫度波動(dòng)較大。

首先，確定朝向與日照間距，為了合理而充分地利用太陽(yáng)熱資源，在采暖季節(jié)里，需要建筑盡可能多地接受到太陽(yáng)輻射，而在夏季，為避免室內(nèi)過(guò)熱，又應(yīng)盡量減少太陽(yáng)光直射室內(nèi)。其次， 需要確定房間的溫度分區(qū)，將主要功能空間設(shè)置在南面或東南面，把熱環(huán)境要求不高或使用不頻繁的房間布置在較難獲得太陽(yáng)能的位置，并且適當(dāng)減少開(kāi)窗面積。同時(shí)，要確定南向房間的進(jìn)深，為提高太陽(yáng)能供暖效率，房間進(jìn)深不宜過(guò)大，通常小于層高的1.5倍為宜，這樣可以保證房間正面接受太陽(yáng)能面積與房間面積之比大于30%，以保證太陽(yáng)能供暖效率。另外，要根據(jù)氣候條件精心設(shè)計(jì)窗地比及玻璃的層數(shù)，太陽(yáng)房南向的窗戶既是得熱的主要構(gòu)件，又是熱損失較大的部位，在太陽(yáng)能透過(guò)玻璃進(jìn)入室內(nèi)的同時(shí)，窗戶也會(huì)向室外散發(fā)熱量，要根據(jù)氣候條件區(qū)別對(duì)待。最后，可以設(shè)置臨時(shí)性陽(yáng)光間，其構(gòu)造做法簡(jiǎn)單，在建筑南向墻外面，先用木枋搭建簡(jiǎn)易的框架，在其上覆蓋塑料布，側(cè)面留門(mén)，這樣，冬季不僅可以減少冷風(fēng)滲透，在室內(nèi)外形成一個(gè)溫度的過(guò)渡空間，還可以利用太陽(yáng)能產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，提高室內(nèi)溫度，在夏季來(lái)臨的時(shí)候，可以將塑料布去掉，不影響夏季通風(fēng)。

綜上所述，對(duì)于暫時(shí)性建筑被動(dòng)式太陽(yáng)能的設(shè)計(jì)主要采用直接受益的方式，首先保證建筑充足的光照，然后根據(jù)建筑功能對(duì)溫度的需求進(jìn)行分區(qū)，進(jìn)而確定房間進(jìn)深和窗戶尺寸、層數(shù)，如果需要可以搭建臨時(shí)性的陽(yáng)光間。

3.2 永久性建筑被動(dòng)式太陽(yáng)能的利用

永久性建筑的被動(dòng)式太陽(yáng)能利用，對(duì)朝向、間距、窗戶等的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與暫時(shí)性營(yíng)房相同，在此不再重復(fù)。在此重點(diǎn)探討適合永久建筑被動(dòng)式太陽(yáng)能的技術(shù)手段。

3.2.1集熱墻體的利用

首先，確定集熱墻通風(fēng)口及空氣夾層尺寸。集熱蓄熱墻是否設(shè)置通風(fēng)口，對(duì)其集熱效率有很大的影響，設(shè)置了通風(fēng)口的集熱效率比無(wú)通風(fēng)口時(shí)高得多。對(duì)于寒冷地區(qū)，采用有風(fēng)口的集熱蓄熱墻，其集熱效率高，補(bǔ)熱量少，可更多地節(jié)能。根據(jù)空氣流動(dòng)的附壁效應(yīng)，風(fēng)口的位置應(yīng)緊貼天棚和地面設(shè)置。為防止夜間熱空氣倒流，可在上下風(fēng)口處裝上活動(dòng)塑料薄膜，當(dāng)空氣倒流時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉。

其次，確定集熱蓄熱墻墻體材料及厚度。集熱蓄熱墻的材料應(yīng)具有較大的體積熱容量及導(dǎo)熱系數(shù)。由于材料的比熱容差別不大，因此材料的體積熱容量就與材料的密度有關(guān)。密度大的重型材料，其體積熱容量也愈大，這樣墻體就應(yīng)采用重型導(dǎo)熱大的材料。建筑上常用的磚墻、砼墻、土坯墻等都適宜做集熱蓄熱墻。其厚度推薦采用以下值：磚墻：240mm-370mm;砼墻：300mm-400mm;土坯墻：200mm-300mm。

再者，根據(jù)建筑所處區(qū)域氣候特征，選集熱墻玻璃罩蓋層數(shù)與墻體外表涂層。溫暖地區(qū)可采用單層，較寒冷地區(qū)則采用雙層。墻體外表面涂層應(yīng)采用對(duì)太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)高的深色無(wú)光涂層。黑色表面吸收率為95% ，深藍(lán)色為85%，墨綠色脂肪漆的吸收率為93%。

3.2.2陽(yáng)光間及對(duì)流環(huán)路集熱的利用

陽(yáng)光間是一種有效的被動(dòng)式太陽(yáng)能利用方式，得到廣泛的應(yīng)用。單純作為集熱部件的陽(yáng)光間進(jìn)深不宜大于0.6m，兼作使用空間時(shí)可按需要加大，但不宜超過(guò)1.4m。陽(yáng)光間和相鄰房間之間公共墻上的門(mén)窗開(kāi)孔率不宜小于公共墻總面積的12%，通常的開(kāi)孔率是25%-50%。陽(yáng)光間透光面傾角以90o為最佳，透光面積采取建筑結(jié)構(gòu)允許條件下的最大值。

對(duì)流環(huán)路式被動(dòng)太陽(yáng)能建筑是在南向外墻面上加一層金屬板（鐵皮、鋁皮）和保溫材料，金屬板表面涂成黑色或其他深色，作為吸熱體吸收太陽(yáng)輻射熱，金屬板做成平板型或折板型以增加吸收面積。金屬板外覆蓋玻璃罩蓋，墻上、下側(cè)開(kāi)有通風(fēng)孔。被加熱后的夾層空氣與房間空氣之間的對(duì)流（經(jīng)上下風(fēng)口）把熱量傳給房間，達(dá)到采暖的目的。由于金屬板吸熱后升溫快，夾層空氣相應(yīng)也很快升溫，而且?jiàn)A層空氣溫度高于集熱蓄熱墻式的夾層空氣溫度。所以對(duì)于在早上需要盡快提高房間溫度的場(chǎng)合，如辦公樓比較適用。

3.2.3屋頂池室太陽(yáng)房的利用

屋頂池式太陽(yáng)房兼有冬季采暖和夏季降溫兩種功能，適合冬季不屬寒冷，而夏季較熱的地區(qū)。用裝滿水的密封塑料袋作為儲(chǔ)熱體，置于屋頂頂棚之上，其上設(shè)置可水平推拉開(kāi)閉的保溫蓋板。冬季白天晴天時(shí)，將保溫板敞開(kāi)，讓水袋充分吸收太陽(yáng)輻射熱，水袋所儲(chǔ)熱量，通過(guò)輻射和對(duì)流傳至下面房間。夜間則關(guān)閉保溫板，阻止向外的熱損失。夏季保溫蓋板啟閉情況則與冬季相反。保溫蓋板還可根據(jù)房間溫度、水袋內(nèi)水溫和太陽(yáng)輻照度，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)啟閉（圖2）。

被動(dòng)式永久性建筑利用太陽(yáng)能的方式很多（集熱蓄熱墻式、陽(yáng)光間、對(duì)流環(huán)路、屋頂集熱蓄熱式等），每種都有其特點(diǎn)的適用范圍，所以要根據(jù)實(shí)際情況選擇其中的一種或幾種，然后進(jìn)行整體組合設(shè)計(jì)。

結(jié)語(yǔ)：

被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用，能夠有效降低建筑使用全周期內(nèi)的能量消耗，因此大力推廣該項(xiàng)技術(shù)，使之廣泛應(yīng)用于各類建筑中，有著深遠(yuǎn)的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也可提高人們的住用環(huán)境，有利于人們的身心健康。

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[4]陸維德.太陽(yáng)能在建筑中的運(yùn)用[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，1999，特刊.

作者簡(jiǎn)介：

楊茜，女，1981.5，碩士（后勤工程學(xué)院），現(xiàn)工作單位：沈陽(yáng)聯(lián)保中心第四代建辦公室，工程師。

雷言清，男，1966.11 本科（后勤工程學(xué)院），現(xiàn)工作單位：沈陽(yáng)聯(lián)保中心第四工程代建管理辦公室，高級(jí)工程師。