1、目錄1 緒論11.1研究背景11.2 被動(dòng)式太陽(yáng)房概述11.3 國(guó)內(nèi)外被動(dòng)式太陽(yáng)能研究概況11.3.1國(guó)外被動(dòng)式太陽(yáng)房研究概況21.3.2國(guó)內(nèi)被動(dòng)式太陽(yáng)房研究概況31.4本文研究方法、內(nèi)容及意義51.4.1研究方法51.4.1.1文獻(xiàn)整理51.4.1.2計(jì)算機(jī)模擬51.4.2 內(nèi)容及意義52合肥市直接受益式太陽(yáng)房總體設(shè)計(jì)62.1地理位置62.2氣候類(lèi)型62.3直接受益式太陽(yáng)房工作原理72.4直接受益式式太陽(yáng)房的設(shè)計(jì)要點(diǎn)82.4.1空間布局設(shè)計(jì)82.4.2日照間距82.4.3直接受益窗設(shè)計(jì)92.4.4蓄熱體設(shè)計(jì)112.4.4.1蓄熱體的布置112.4.4.2蓄熱材料的選擇122.4.5保溫設(shè)計(jì)1

2、32.4.5.1保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)132.4.5.2保溫墻體材料選用133合肥市直接受益式太陽(yáng)房熱工設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化153.1傳熱系數(shù)優(yōu)化原則153.1.1簡(jiǎn)化模型的建立153.2傳熱系數(shù)優(yōu)化的原則153.2.1外墻傳熱系數(shù)優(yōu)化163.2.2地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)優(yōu)化174 評(píng)價(jià)分析17參考文獻(xiàn)18附錄一 被動(dòng)式太陽(yáng)房模型建筑圖19附錄二 PDA參數(shù)模擬20合肥市直接受益式太陽(yáng)房模型設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化摘要：太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源，推廣使用被動(dòng)式太陽(yáng)房，在保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境及節(jié)約常規(guī)能源等方面，具有獨(dú)特的優(yōu)越性，本文主要討論了直接受益式太陽(yáng)房的設(shè)計(jì)，優(yōu)化，以及利用PDA軟件進(jìn)行仿真模擬分析，進(jìn)行了熱工參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3、旨在推廣直接受益式太陽(yáng)房的發(fā)展。除此之外，還增加了我們認(rèn)識(shí)了解PDA的能力。關(guān)鍵字：被動(dòng)式太陽(yáng)房；直接受益式；PDA；仿真模擬；熱工參數(shù)優(yōu)化1 緒論1.1研究背景受經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)的影響，能源消費(fèi)總量不斷增加。國(guó)際能源署 IEA(International Energy Agency)發(fā)布的世界能源展望 2014（World EnergyOutlook 2014）報(bào)告，首次將包括煤炭、傳統(tǒng)油氣、核能、可再生能源在內(nèi)的能源預(yù)測(cè)和分析擴(kuò)展到了2040年。IEA在此次報(bào)告中指出：2014 到 2040 年間，世界人口和經(jīng)濟(jì)仍然繼續(xù)增長(zhǎng)，全球能源需求增長(zhǎng)37%，全球?qū)γ禾亢褪偷男枨髮⑦_(dá)到峰值；全球

4、天然氣的需求將增長(zhǎng) 50%以上，是化石燃料中增長(zhǎng)最快的1。 然而，該報(bào)告也指出了全球能源面臨的巨大挑戰(zhàn)，包括：石油市場(chǎng)雖呈現(xiàn)供應(yīng)充裕的景象，然而由于地緣沖突、非傳統(tǒng)油氣開(kāi)發(fā)速度放緩和不可復(fù)制性，使得國(guó)際原油市場(chǎng)將在未來(lái)面臨“供不應(yīng)求”危險(xiǎn)狀況，報(bào)告中稱(chēng)石油領(lǐng)域短期內(nèi)供給充足的現(xiàn)象不應(yīng)該掩蓋這樣危機(jī)，那就是：產(chǎn)能增長(zhǎng)的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于相對(duì)數(shù)量很少的生產(chǎn)者；能源產(chǎn)地的持續(xù)動(dòng)亂、缺乏合理的能源政策等；核能也面臨著諸多的問(wèn)題，如激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中存在監(jiān)管風(fēng)險(xiǎn)，以及公眾的接受仍然是一個(gè)全球性的重要問(wèn)題；傳統(tǒng)的化石燃料型能源儲(chǔ)量有限且污染環(huán)境，增加二氧化碳排量，造成溫室效應(yīng)等不斷增長(zhǎng)的需求與資源、環(huán)境的矛盾，直接

5、威脅著人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展。1.2 被動(dòng)式太陽(yáng)房概述 被動(dòng)式太陽(yáng)能房是指在不借用任何機(jī)械動(dòng)力，不需要專(zhuān)門(mén)的蓄熱器、熱交換器、水泵（或風(fēng)機(jī)）等設(shè)備，而是完全用自然的方式（輻射、傳導(dǎo)、自然對(duì)流）利用太陽(yáng)能為室內(nèi)采暖的房間。被動(dòng)式太陽(yáng)能房的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)合理的選擇建筑朝向和合理的布置建筑周?chē)沫h(huán)境，結(jié)合內(nèi)部和外部巧妙的處理，選擇恰當(dāng)?shù)慕ㄖ牧虾徒Y(jié)構(gòu)、構(gòu)造，以實(shí)現(xiàn)冬季能夠蓄熱并能使用太陽(yáng)能的目的，進(jìn)一步可以滿(mǎn)足一定的建筑采暖需求2。1.3 國(guó)內(nèi)外被動(dòng)式太陽(yáng)能研究概況1.3.1國(guó)外被動(dòng)式太陽(yáng)房研究概況1911年在德國(guó)中部一個(gè)叫Darmstadt-Kranichstein的地方建立了第一座被動(dòng)式太陽(yáng)房。在歐洲

6、，一些國(guó)家普遍認(rèn)為被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)將會(huì)成為本世紀(jì)建筑設(shè)計(jì)的趨向。德國(guó)是世界太陽(yáng)能利用大國(guó)，可再生能源法（EEG）是推動(dòng)德國(guó)太陽(yáng)能市場(chǎng)發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＴ诘聡?guó)建立了烏爾姆太陽(yáng)能示范小區(qū)，特點(diǎn)是依靠建筑本身節(jié)能及建筑墻體保溫，保證采暖。這些建筑本身依靠建筑朝向和周?chē)h(huán)境的合理布置、內(nèi)部空間和外部形體的巧妙處理以及建筑材料和結(jié)構(gòu)的恰當(dāng)選擇，使其在冬季能集取、蓄存太陽(yáng)熱能的一種建筑。它不僅能滿(mǎn)足建筑物在冬季的采暖要求，而且也能在夏季遮蔽太陽(yáng)輻射，散溢室內(nèi)熱量，使之達(dá)到降溫的目的，在該小區(qū)采暖年消耗量小于 15 kWh/(m2.a)。美國(guó)是世界上能源消耗量最大的國(guó)家，國(guó)會(huì)先后通過(guò)了“太陽(yáng)能供暖降溫房屋

7、的建筑條例”等鼓勵(lì)新能源利用的法律文件。同時(shí)在太陽(yáng)能研究利用方面投入大量人力、物力和財(cái)力，而且對(duì)購(gòu)買(mǎi)太陽(yáng)能系統(tǒng)的顧客實(shí)行減稅的優(yōu)惠政策，因而在美國(guó)，太陽(yáng)能建筑發(fā)展極為迅速，而且形成了具有自身特色的、較為完整的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)化體系。早在上世紀(jì)40年代，美國(guó)麻省理工學(xué)院就對(duì)早期主動(dòng)式太陽(yáng)房進(jìn)行了研究，它主要是利用太陽(yáng)能集熱器作為熱源，并建成了 w 號(hào)實(shí)驗(yàn)太陽(yáng)房3。進(jìn)入70年代后，又有許多主動(dòng)式太陽(yáng)能建筑建成，如華盛頓近郊的托馬森太陽(yáng)房等。這說(shuō)明太陽(yáng)能的供熱與空調(diào)系統(tǒng)在技術(shù)上是完全可行的，但是投資相對(duì)較大，其推廣普及程度遠(yuǎn)不及被動(dòng)式太陽(yáng)房。而在 80 年代初，位于新墨西哥州的洛斯阿拉斯實(shí)驗(yàn)室編寫(xiě)了被動(dòng)式

8、太陽(yáng)房設(shè)計(jì)手冊(cè)，同時(shí)還出版了很多實(shí)用的有關(guān)太陽(yáng)能房的建筑圖集，它主要介紹一些成功的應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例，以及對(duì)太陽(yáng)能建筑原理與結(jié)構(gòu)的說(shuō)明。這些應(yīng)用性書(shū)籍的發(fā)型和一些示范房屋的建立促進(jìn)了美國(guó)公眾對(duì)太陽(yáng)房的接受。到現(xiàn)在為止，較為著名的示范建筑主要有：新澤西州普林斯頓的凱爾布住宅，新墨西哥州圣塔菲的圣塔菲太陽(yáng)房，加利福尼亞州阿塔斯卡德洛的阿塔斯卡德洛住宅等。在這些建筑中，利用壁爐或者電熱器作為輔助供能系統(tǒng)，但是太陽(yáng)能的供暖率在 75%以上，有些甚至已達(dá) 100%，如阿塔斯卡德洛住宅4。在亞洲地區(qū)，日本的對(duì)于太陽(yáng)房的應(yīng)用研究水平位于世界前列，尤其是對(duì)主動(dòng)式太陽(yáng)房的應(yīng)用研究。在 20 世紀(jì) 80 年代，制定了“

9、陽(yáng)光計(jì)劃”，并建造了許多典型太陽(yáng)能采暖空調(diào)試驗(yàn)建筑，如矢崎試驗(yàn)太陽(yáng)房。目前太陽(yáng)能建筑在日本得到了較為快速的發(fā)展應(yīng)用。在歐洲，如法國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家也具有非常先進(jìn)的太陽(yáng)能建筑應(yīng)用技術(shù)。法國(guó)的菲利克斯·特朗勃發(fā)明了集熱蓄熱墻采暖方式，而奧代洛太陽(yáng)房是第一個(gè)將采暖理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的太陽(yáng)能建筑，同時(shí)最早的直接受益式太陽(yáng)房是位于英國(guó)利物浦附近的圣喬治郡中學(xué)5。 近幾年來(lái)，在發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)生了一種完全由太陽(yáng)能光電作用來(lái)攻建筑物所需要的全部能量，也即所謂的“零能房屋”，這樣就能保證做到真正的清潔、無(wú)污染，同時(shí)它也代表了 21 世紀(jì)綠色太陽(yáng)能節(jié)能建筑的發(fā)展趨勢(shì)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展應(yīng)用角度看，“零能房屋”將具有

10、十分良好的發(fā)展前景。1.3.2國(guó)內(nèi)被動(dòng)式太陽(yáng)房研究概況在國(guó)外被動(dòng)式建筑發(fā)展的大趨勢(shì)下，我國(guó)在該方面也有了一定的發(fā)展。1985年，任職于清華大學(xué)建筑學(xué)院的高亦蘭教授引入意大利建筑師PaoloSoleri的“Arcology”理論，并將其譯為“建筑生態(tài)學(xué)”，即后來(lái)的“生態(tài)建筑學(xué)”。1988年，吳良鏞院士在廣義建筑學(xué)中提出了以城市規(guī)劃、建筑與園林為核心，綜合地理、生態(tài)及其他學(xué)科想結(jié)合的"人居環(huán)境科學(xué)”，將環(huán)境的適宜因素結(jié)合到建筑和規(guī)劃設(shè)計(jì)中。20世紀(jì)80年代，天津大學(xué)馮佑謀教授幵展了對(duì)多層建筑中進(jìn)行被動(dòng)式太陽(yáng)能設(shè)計(jì)的研究。并在建筑學(xué)報(bào)中發(fā)表多層建筑被動(dòng)式太陽(yáng)房設(shè)計(jì)探討一文，從平面設(shè)計(jì)的角度

11、探討寒冷地區(qū)多層住宅的被動(dòng)式設(shè)計(jì)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大高校逐漸深入被動(dòng)式設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)的研究，如清華大學(xué)栗德祥教授和其博士研究生夏偉共同完成的基于被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的氣候分區(qū)研究；華中科技大學(xué)范悅教授進(jìn)行的寒冷地區(qū)被動(dòng)式多層住宅設(shè)計(jì)策略研究等不計(jì)其數(shù)。 我國(guó)的綠色建筑評(píng)價(jià)體系建設(shè)相對(duì)其他國(guó)家起步較晚，各類(lèi)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)形成也相對(duì)不完善，但國(guó)家不斷加快節(jié)能建筑、特別是被動(dòng)式建筑的建設(shè)步伐。 1986年，我國(guó)建設(shè)部首次頒布了建筑節(jié)能類(lèi)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分)8JGJ26-86，該標(biāo)準(zhǔn)將通用設(shè)計(jì)的居住建筑供暖能耗降低30%；1991年，李元哲等根據(jù)J.D.Balcomb提出的 SLR(

12、SularLoadRatio)理論，結(jié)合我國(guó)的氣象條件和建筑材料特點(diǎn)、居民習(xí)慣和生活水平，給出了適合于國(guó)內(nèi)的，多種集熱部件的效率曲線(SLR曲線)和及太陽(yáng)房的平均室溫預(yù)測(cè)計(jì)算方法。編寫(xiě)了被動(dòng)式太陽(yáng)能熱工設(shè)計(jì)手冊(cè)一書(shū)，至今仍是我國(guó)最為系統(tǒng)和科學(xué)的被動(dòng)式太陽(yáng)房設(shè)計(jì)的依據(jù)資料7。1995年，建筑部對(duì)民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，并于1996年正式實(shí)施修訂版的新標(biāo)準(zhǔn)，即民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分)JGJ26-95,該標(biāo)準(zhǔn)將節(jié)能率提高到50%。2001年10月1日，夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)8正式實(shí)施。以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求居住建筑通過(guò)合理的節(jié)能設(shè)計(jì)、增強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱保溫性能以及提高空

13、調(diào)和供暖設(shè)備的能效比，在保證室內(nèi)熱環(huán)境的前提下，將建筑總能耗降低50%。2010年，修訂了嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ26-2010和夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ134-2010。 我國(guó)于1998年頒布了中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法，并在2007年重新修訂后，于2008年4月1日幵始實(shí)施；2006年1月1曰，我國(guó)開(kāi)始實(shí)施中華人民共和國(guó)可再生能源法;2008年7月，我國(guó)國(guó)務(wù)院頒布了民用建筑節(jié)能條例同年8月，國(guó)務(wù)院又頒布了公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例，以上兩項(xiàng)條例于同年10月1日正式實(shí)施。 2001年9月，國(guó)家建設(shè)部的科技委員會(huì)參考LEH)綠色建筑評(píng)價(jià)體系2.0版，擬訂并公布了中國(guó)生態(tài)住宅技

14、術(shù)評(píng)價(jià)手冊(cè)，以此作為我國(guó)生態(tài)住宅技術(shù)的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。 2003年8月，清華大學(xué)、中國(guó)建筑科學(xué)研究院等九家科研單位參考日本的CASBffi綠色建筑評(píng)價(jià)體系，聯(lián)合推出了綠色奧運(yùn)建筑評(píng)估體系。 2006年6月1日，我國(guó)正式頒布了綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱(chēng)綠標(biāo))，以此作為綠色建筑的判定標(biāo)準(zhǔn)，以“星級(jí)綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)”作為我國(guó)綠色建筑認(rèn)定的重要標(biāo)志。該標(biāo)準(zhǔn)從節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與資源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、室外環(huán)境質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)管理六大方面去評(píng)價(jià)建筑的“綠色化”程度。每個(gè)方面的指標(biāo)由控制項(xiàng)、一般項(xiàng)和優(yōu)選項(xiàng)組成，參與評(píng)價(jià)的綠色建筑在滿(mǎn)足控制項(xiàng)的基礎(chǔ)上，按照滿(mǎn)足一般項(xiàng)和優(yōu)選項(xiàng)的數(shù)量，劃分為一星級(jí)

15、、二星級(jí)和三星級(jí)三個(gè)等級(jí)。 在評(píng)價(jià)對(duì)象方面，該標(biāo)準(zhǔn)分為住宅建筑和公共建筑兩部分，按照評(píng)價(jià)的六大方面，分別有對(duì)應(yīng)的控制項(xiàng)、一般項(xiàng)和優(yōu)選項(xiàng)的條目與之對(duì)應(yīng)。 按照國(guó)家的規(guī)劃方案和目標(biāo)，現(xiàn)在我國(guó)的綠色建筑評(píng)價(jià)采取自愿+鼓勵(lì)原則，即由業(yè)主單位、開(kāi)發(fā)商遵照自己意愿決定是否將所持物業(yè)申報(bào)綠色建筑星級(jí)評(píng)價(jià)，國(guó)家則對(duì)符合條件的綠色建筑予以一定的技術(shù)補(bǔ)貼。1.4本文研究方法、內(nèi)容及意義1.4.1研究方法1.4.1.1文獻(xiàn)整理本文通過(guò)大量文獻(xiàn)資料的查找、閱讀、整理、分類(lèi)以及歸納，在總結(jié)當(dāng)前建筑節(jié)能被動(dòng)式技術(shù)的主要方法及前沿技術(shù)，在適用本地環(huán)境的基礎(chǔ)上歸納被動(dòng)式節(jié)能的主要方式，對(duì)其技術(shù)的實(shí)用性加以論證、改善和推廣。1

16、.4.1.2計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)能耗模擬技術(shù)主要是通過(guò)綠色建筑分析應(yīng)用軟件PDA進(jìn)行不同地區(qū)的計(jì)算模擬，及不同材料的選用從而得到最佳的被動(dòng)式太陽(yáng)房設(shè)計(jì)。1.4.2 內(nèi)容及意義 本文旨在設(shè)計(jì)直接受益式被動(dòng)式太陽(yáng)房，從建筑設(shè)計(jì)的角度，統(tǒng)籌考慮建筑設(shè)計(jì)與被動(dòng)式措施，以技術(shù)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的方式降低建筑的建筑能耗，同時(shí)改善建筑使用時(shí)的舒適性，合理組織和處理各建筑元素，使建筑物具有較強(qiáng)的氣候適應(yīng)性和氣候調(diào)節(jié)能力。本文通過(guò)對(duì)合肥市的自然環(huán)境進(jìn)行分析，在總結(jié)當(dāng)前建筑界對(duì)被動(dòng)式的綠色建筑節(jié)能技術(shù)手段的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)的調(diào)研數(shù)據(jù)，并利用綠色建筑分析應(yīng)用軟件PDA進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，分析、總結(jié)出一種適合于本地環(huán)境的綠色住宅

17、建筑節(jié)能設(shè)計(jì)手段，為居住建筑節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力。2合肥市直接受益式太陽(yáng)房總體設(shè)計(jì) 2.1地理位置 該建筑位于安徽省合肥市，地處江淮之間、環(huán)抱巢湖。2.2氣候類(lèi)型 合肥地處中維地帶，屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，季風(fēng)明顯，四季分明，氣候溫和，雨量適中。年平均氣溫15.7，年均降水量約1000毫米，年日照時(shí)間約2000小時(shí)，年均無(wú)霜期228天，平均相對(duì)濕度為77%。由圖1可以看出該地屬于夏熱冬冷地區(qū)，一月份平均氣溫010，七月份平均溫度2530。夏季炎熱，多雨，冬季寒冷，注意防凍。圖一 中國(guó)建筑氣候區(qū)劃圖該地區(qū)建筑物必須滿(mǎn)足（1）夏季防熱、遮陽(yáng)、通風(fēng)降溫，冬季兼顧防寒。（2）建筑物要防雨、防

18、潮、防雷電。2.3直接受益式太陽(yáng)房工作原理 建筑物利用太陽(yáng)能采暖最普通、最簡(jiǎn)單的方法，就是讓太陽(yáng)光通過(guò)透光材料直接進(jìn)入室內(nèi)的采暖形式，是被動(dòng)式太陽(yáng)育睬暖中和普通房差別最小的一種太陽(yáng)房1。冬天陽(yáng)光通過(guò)較大面積的南向玻璃窗，直接照射到室內(nèi)的地面、墻壁和家具上面，使其吸收大部分熱量，因而溫度升高，少部分陽(yáng)光被反射到室內(nèi)的其它面(包括窗)，再次進(jìn)行陽(yáng)光的吸收、反射作用(或通過(guò)窗戶(hù)透出室外)。被圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面吸收的太陽(yáng)能，一部分以輻射和對(duì)流的方式在室內(nèi)空間傳遞，一部分導(dǎo)入蓄熱體內(nèi)，然后逐漸釋放出熱量，使房間在晚上和陰天也能保持一定的溫度。為了使太陽(yáng)能采暖房在冬季有較高的室內(nèi)平均溫度和較小的室內(nèi)空氣溫度波

19、動(dòng)，采用這種方法時(shí)，房屋南面應(yīng)安裝較大面積的玻璃窗，同時(shí)要求窗扇的密封性能較好并配有保溫窗簾。另外，要求外圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有較大的熱阻，室內(nèi)要有足夠蓄熱性能好的重質(zhì)材料，以便集熱較多，熱損失較少并有較好的蓄熱性能。目前，人可所用的最普遍的蓄熱材料是重質(zhì)材料，包括磚石、混凝土和土坯。這些材料既可單獨(dú)使用，又可結(jié)合使用。一般來(lái)說(shuō)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的室內(nèi)側(cè)至少要有1龍或勸采用較厚的磚石等重質(zhì)材料建造，以確保內(nèi)表面具有足夠的外露重質(zhì)材料，用以充分地吸收和貯存熱量。白天，國(guó)耐才料吸收熱量，到夜間，當(dāng)室外溫度和房間溫度開(kāi)始下降時(shí)，重質(zhì)材料中所蓄存的熱量就會(huì)釋放出來(lái)，維持室內(nèi)的溫度，其工作原理見(jiàn)圖2。在炎熱的夏季，如果夜

20、晚比較涼爽，則重質(zhì)材料也能夠在白天保持涼爽。這首先是由于它具有熱惰性，因?yàn)楹駥?shí)的墻在白天能夠阻滯熱量傳到室內(nèi);其次是由于夜間室外空氣流進(jìn)室內(nèi)，使重質(zhì)材料冷卻。這樣在白天它就能延緩室內(nèi)溫度的上升。圖2 直接受益式太陽(yáng)房 優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工、管理及維修方便，成本低；可以靈活的控制開(kāi)窗形式，綜合利用自然采光和采暖，適用于主要在白天使用的房間。 缺點(diǎn)是：室內(nèi)溫度波動(dòng)大、光照過(guò)強(qiáng)，可能會(huì)引起眩暈和室內(nèi)物件褪色；蓄熱模板、墻體等蓄熱體不能鋪地毯等裝飾物；如若不采取一定的措施，會(huì)出現(xiàn)局部過(guò)熱的現(xiàn)象。2.4直接受益式式太陽(yáng)房的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 直接受益式式太陽(yáng)房的設(shè)計(jì)要點(diǎn)為以下幾點(diǎn)（1）空間布局；（2）日照間距；（

21、3）直接受益窗設(shè)計(jì)；（4）蓄熱體的設(shè)計(jì)；（5）保溫措施。2.4.1空間布局設(shè)計(jì) 本建筑采用坐北朝南的空間布局，南面留有小窗，北面房間面積偏小。南面一般家庭設(shè)置有臥室、餐廳等。北面可設(shè)置有雜貨房、衛(wèi)生間及樓梯。北側(cè)的房間一方面能夠利用主要房間流失的熱量達(dá)到加溫的目的，同時(shí)還可作主要房間的保溫屏障，以保障南側(cè)房間的熱穩(wěn)定性。2.4.2日照間距H-太陽(yáng)房南方遮擋建筑的遮擋高度：7m。-冬至日太陽(yáng)赤緯角：-23 °27'。-太陽(yáng)房所在地區(qū)的地理緯度：32°。Lt-保證t小時(shí)的日照間距，m日照時(shí)間8個(gè)小時(shí)。Lt=H×(tan -(sin/(sin×sin+

22、cos×cos×cos15t/2)代入數(shù)據(jù)的日照間距Lt=3.11m因此，前后兩棟房子至少要保持3.11m的距離，以保證太陽(yáng)房采暖效率。2.4.3直接受益窗設(shè)計(jì) 在直接受益式太陽(yáng)房中，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是直接受益窗。直接受益窗是太陽(yáng)房獲取太陽(yáng)能的主要途徑，但它既是得熱部件又是失熱部件，在太陽(yáng)透過(guò)玻璃進(jìn)入室內(nèi)的同時(shí)也會(huì)造成熱損失。因此在窗的設(shè)計(jì)應(yīng)注意：根據(jù)熱工要求恰當(dāng)?shù)拇_定窗口面積，南向集熱窗的窗墻面積比宜為50%；慎重地確定玻璃層數(shù)和做法，減少窗洞范圍內(nèi)的遮擋；合理確定窗格劃分、窗扇的開(kāi)關(guān)方式與開(kāi)啟方向；在窗的構(gòu)造上既要保證窗的密封性，又要減少窗框、窗扇自身的遮擋；采用必要的構(gòu)造措

23、施解決夜間保溫問(wèn)題。 直接受益窗的形式有側(cè)窗、高側(cè)窗和天窗三種如下圖3.在相同面積的情況下天窗獲得的太陽(yáng)輻射量最多；但同時(shí)，由于熱空氣易聚集在房間頂部，通過(guò)天窗對(duì)外輻射散失的熱量也最多。一般的天窗玻璃、保溫板很難保證天窗全天熱收支盈余，因此，直接受益式多選用側(cè)窗、高側(cè)窗兩種形式。圖3 直接受益窗的形式 即使在太陽(yáng)房中采用側(cè)窗或高側(cè)窗，仍然要采取相應(yīng)的保溫措施改善直接受益窗的保溫狀況，可以采用兩種方法：一是增加窗的玻璃層數(shù)，二是再窗上增加活動(dòng)夜間保溫裝置，如保溫窗簾等。增加玻璃層數(shù)可以加大窗的熱阻，減少熱損失。下面根據(jù)表1，表2來(lái)選用直接受益窗。表1 不同溫度條件下直接受益窗玻璃層數(shù)推薦值冬季室

24、外平均溫度()玻璃層數(shù)夜間沒(méi)有保溫夜間保溫0至521-5至02或31或2-5以下3層以上2表2 不同溫度條件下直接受益式太陽(yáng)房窗地比的推薦值冬季室外平均氣溫（）窗地比-8至-90.270.42（窗有保溫措施）-5至-70.240.38（窗有保溫措施）-2至-40.210.330至-10.190.292至00.160.25 綜上所述，考慮到當(dāng)?shù)氐木用窳?xí)慣一般是開(kāi)側(cè)窗，且合肥市冬季夜晚平均溫度為0至2，故選用側(cè)窗，雙層玻璃，窗地比為0.20的直接受益窗滿(mǎn)足中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 50189-2005）規(guī)定。至于窗上的玻璃則根據(jù)下表3，選擇復(fù)合玻璃中的吸熱中空玻璃，保溫隔熱

25、易于實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼的目標(biāo)。表3 不同類(lèi)型玻璃的特點(diǎn)與選擇·名稱(chēng)特點(diǎn)熱工吸熱玻璃對(duì)紅外線具有高吸收，吸收效率同玻璃外側(cè)空氣速度相關(guān)，但玻璃自身可能變得很熱。若將吸熱玻璃作為雙層玻璃的外側(cè)，影響會(huì)有所減小。隔熱熱反射玻璃可反射大量的輻射熱，但透過(guò)率相對(duì)較低，不及吸收玻璃的隔熱效果，對(duì)臨近建筑物有光污染和熱輻射。隔熱致變色玻璃光致變色玻璃在太陽(yáng)能控制方面具有實(shí)際意義，由于成本的問(wèn)題通常將其制成薄膜或涂層與建筑窗玻璃。隔熱熱致變色玻璃的相變溫度只有降到人的舒適范圍才具有實(shí)際意義，薄膜涂層只有提高在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的透過(guò)率，才有實(shí)用價(jià)值。電致變色玻璃的材料決定電致變色窗的性能，其在節(jié)能方面的應(yīng)用需要

26、考慮響應(yīng)時(shí)間和驅(qū)動(dòng)電致變色的電能消耗。復(fù)合玻璃吸收中空玻璃或熱反射中空玻璃能使太陽(yáng)輻射熱的進(jìn)入得到適當(dāng)控制，又有較好的保溫性能。隔熱保溫低輻射（Low-E）中空玻璃具有良好的保溫性能，適合于以采暖為主的寒冷地區(qū)。低輻射-熱反射中空玻璃，既能很好的反射太陽(yáng)的輻射熱，又有極地的傳熱系數(shù)氣凝膠玻璃具有良好的隔熱保溫性能和較高的透過(guò)率，且能夠耐高溫、隔音減震。2.4.4蓄熱體設(shè)計(jì) 蓄熱體的設(shè)計(jì)主要是蓄熱體的布置和蓄熱材料的選取為關(guān)鍵。2.4.4.1蓄熱體的布置 為了提高蓄熱構(gòu)件的熱效率，宜將蓄熱體盡量布置在陽(yáng)光能夠直接照射的區(qū)域，蓄熱體的面積應(yīng)該盡可能的大，大面積的蓄熱體可以使室內(nèi)加熱過(guò)程更加均勻，對(duì)

27、維持夜間室溫更為有利。在直接受益式太陽(yáng)房中，包括地板在內(nèi)的蓄熱體表面積最好能占室內(nèi)總面積的1/2以上。蓄熱體的厚度一方面需要滿(mǎn)足太陽(yáng)房對(duì)蓄熱的要求，另一方面需要考慮蓄熱體所在的屋頂、地面或墻面的尺寸與結(jié)構(gòu)承載力。以磚石作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)、磚或混凝土作為地面的直接受益式太陽(yáng)房中，常用的蓄熱體厚度是：墻體24cm，地面5cm。此外可將太陽(yáng)輻射到達(dá)地面、墻面上的部位涂成深色，有利于太陽(yáng)輻射的吸收。而蓄熱體的布置有如下圖4，六種方式。圖4 蓄熱體在采暖房間中的布置2.4.4.2蓄熱材料的選擇 蓄熱體應(yīng)選擇具有較高的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)的材料，這樣可以積蓄更多的能量，提高熱交換率。蓄熱材料按類(lèi)型可分為顯熱蓄熱材料

28、和潛熱蓄熱材料兩大類(lèi)。顯熱蓄熱材料是指物質(zhì)在溫度上升或下降時(shí)吸收或放出熱量，在此過(guò)程中物質(zhì)本身不發(fā)生變化。而潛熱蓄熱材料是利用某種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)吸收或放出的熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)蓄熱功能?？紤]到造價(jià)成本及安全問(wèn)題我們常選用顯熱蓄熱材料。常見(jiàn)的顯熱蓄熱材料熱工性能參數(shù)如下表4。表4 常見(jiàn)顯熱蓄熱材料熱工性能參數(shù)材料名稱(chēng)干密度Kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/（m.K）蓄熱系數(shù)S（周期24h）W/（m2×）比熱CpKJ/(Kg.)鋼筋混凝土25001.7417.20.92水泥砂漿18000.9311.371.05輕砂漿砌筑黏土磚砌體17000.769.861.05平板玻璃25000.7610.690.84建

29、筑鋼材785058.2126.12.10 綜上所述，當(dāng)然由此可以看出建筑鋼材的蓄熱系數(shù)最大，其熱穩(wěn)定性最好，因此，選擇建筑鋼材為蓄熱材料。2.4.5保溫設(shè)計(jì)2.4.5.1保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 保溫設(shè)計(jì)可以減少由集熱構(gòu)件中傳熱系數(shù)較大的玻璃窗或玻璃蓋板帶來(lái)的熱損失，且有利于蓄熱材料中的熱量存到夜間使用，從而使太陽(yáng)房達(dá)到令人滿(mǎn)意的采暖效果和節(jié)能效率。在直接受益式太陽(yáng)房中有兩種活動(dòng)保溫構(gòu)件如下圖5。圖5 活動(dòng)保溫構(gòu)件因此，考慮到美觀、方便及成本的因素，我選用活動(dòng)保溫簾進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.4.5.2保溫墻體材料選用 不同保溫墻體材料可對(duì)室內(nèi)溫度產(chǎn)生很大的影響，如下圖6，所示。圖6 不同保溫性能的墻體材料對(duì)室內(nèi)溫度產(chǎn)

30、生的影響 保溫材料的合理使用可以維持被動(dòng)式太陽(yáng)房的室內(nèi)溫度，尤其對(duì)夜間的室內(nèi)舒適度起關(guān)鍵作用。常見(jiàn)的保溫材料及特點(diǎn)、性能參數(shù)如下表5，表6。表5 常用的保溫材料及其特點(diǎn)常用保溫材料特點(diǎn)纖維狀材料玻璃棉、超細(xì)玻璃棉、中級(jí)纖維玻璃棉、巖棉、礦棉及石棉質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸音好、耐高溫多孔與泡沫狀材料聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料、泡沫石棉及泡沫玻璃熱損失小、無(wú)腐蝕、質(zhì)量輕、易加工、使用方便松散狀材料珍珠巖粉、蛭石粉、棉籽、無(wú)規(guī)物如麥稈及麥殼、粉煤灰膨珠粉等堆密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱性能好、吸聲強(qiáng)、吸濕性小、無(wú)味無(wú)毒、不燃、耐腐蝕表6 常用保溫材料及其性能參數(shù)名稱(chēng)·容重K

31、g/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/（m.K）使用溫度纖維狀保溫材料普通玻璃棉80-1000.052300巖棉板80-1200.035-0.041400150-2000.041-0.047400粒狀棉100-150<0.041<600泡沫狀保溫材料輕質(zhì)聚氨酯泡沫38-450.017-0.023-50-80硬質(zhì)聚氨酯泡沫40-600.017-0.029-60-130聚乙烯泡沫120-1400.042-20-80就使用溫度和導(dǎo)熱系數(shù)而言，很明顯選用普通玻璃棉更好，而且降低了成本。3合肥市直接受益式太陽(yáng)房熱工設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化 直接受益式太陽(yáng)房是讓陽(yáng)光直接加熱房間。陽(yáng)光透過(guò)寬大的南窗玻璃面，直接照射到室內(nèi)的墻

32、壁、地面和家具上，蓄存熱量。夜間，當(dāng)室外溫度和房間溫度開(kāi)始下降時(shí)，蓄存的熱量又逐漸被釋放出來(lái)，使室溫維持在一定的水平。 從圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱構(gòu)成來(lái)看，外墻所占比例最大，其次是窗戶(hù)，屋頂和地面。其中屋頂主要由頂層單獨(dú)承擔(dān)，地面由底層承擔(dān)。所以對(duì)于直接受益式主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括:外墻傳熱系數(shù)、屋頂傳熱系數(shù)，地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，窗戶(hù)四部分。其中窗戶(hù)的優(yōu)化包括:窗戶(hù)的朝向，傾角、開(kāi)窗面積，玻璃類(lèi)型等四項(xiàng)內(nèi)容9。3.1傳熱系數(shù)優(yōu)化原則3.1.1簡(jiǎn)化模型的建立本論文利用PDA建立了簡(jiǎn)化計(jì)算模型，見(jiàn)圖7在模型中，為了便于改變窗墻比，取窗戶(hù)的寬度為房間的寬度，通過(guò)改變窗戶(hù)的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)窗墻比的變化。房間類(lèi)型分別為臥室和客廳，

33、其它參數(shù)設(shè)置見(jiàn)附錄二有關(guān)內(nèi)容。圖7 直接受益式太陽(yáng)房簡(jiǎn)化模型3.2傳熱系數(shù)優(yōu)化的原則傳熱系數(shù)的優(yōu)化就是結(jié)合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析傳熱系數(shù)值與能耗的關(guān)系。由建筑采暖負(fù)荷的穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法我們知道，建筑的熱損失與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)呈正比關(guān)系。傳熱系數(shù)與熱阻互為倒數(shù)，保溫層厚度、熱阻均與造價(jià)成正比例關(guān)系。當(dāng)傳熱系數(shù)較小時(shí)，增加的單位熱阻對(duì)傳熱系數(shù)的數(shù)值影響較小，但對(duì)建筑造價(jià)的影響較大。本研究通過(guò)分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻與建筑能耗的關(guān)系來(lái)優(yōu)化傳熱系數(shù)。結(jié)合經(jīng)濟(jì)分析對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而得到優(yōu)化后的傳熱系數(shù)值。3.2.1外墻傳熱系數(shù)優(yōu)化 一般來(lái)講，外墻體在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中占比例較大，外墻傳熱造成的熱損失在整個(gè)建筑熱損失中占的比例也較大。在北方嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)，室內(nèi)外溫差可能達(dá)到3060:夏熱冬冷和夏熱