太陽能在建筑節(jié)能中的應用與設計_建筑設計論文發(fā)表

太陽能在建筑節(jié)能中的應用與設計_建筑設計論文發(fā)表2011-08-0209:16來源：未知瀏覽次數(shù)：關鍵字：建筑節(jié)能；建筑設計；太陽能太陽能在建筑節(jié)能中的應用與設計

李嘉

摘要：太陽能作為一種可再生的潔凈能源，是建筑上很具利用潛力的新能源之一。文章介紹了建筑的節(jié)能設計主要途徑，重點分析了太陽能在建筑節(jié)能中的應用與設計。

關鍵詞：建筑節(jié)能；建筑設計；太陽能

1.前言

建筑作為人類的基本居住空間，是構成城市的主要物質(zhì)組成部分，它對人類的生活環(huán)境有著直接、重要的影響，居住空間環(huán)境的優(yōu)劣直接影響著人們的生活質(zhì)量，而要維持良好的生活環(huán)境，則需耗費大量的能源。因此，節(jié)約能源是其今后發(fā)展的必然趨勢。

2建筑節(jié)能的主要途徑

建筑節(jié)能主要包括兩個方面：一是節(jié)流，即從提高供暖（空調(diào)）系統(tǒng)效率和減少建筑本身所散失的能源；二是開源，即開發(fā)利用新能源。從節(jié)約的角度講，應采取以下措施。

（1）提高供暖（空調(diào)）系統(tǒng)的效率，它包括設備本身的效率、管網(wǎng)的傳送效率以及用戶端的計量、室溫調(diào)控裝置等，僅用戶端的計量和室溫調(diào)控技術的應用這一項，就可使區(qū)域供暖系統(tǒng)節(jié)約

20%～30%的熱能。

（2）減少建筑本身能量的散失，要有高效、經(jīng)濟的保溫材料和先進的構造技術來有效地提高建筑維護結(jié)構的整體保溫、密閉性能。為了保證良好的室內(nèi)衛(wèi)生條件，既要適當?shù)耐L又要設計配備能量回收系統(tǒng)，只有這樣才能做到有效地節(jié)省建筑維護結(jié)構向室外散失的能量。以建筑維護結(jié)構中耗能最大的外窗為例，透光材料從普通的單層3mm玻璃發(fā)展到使用鍍膜、中空玻璃，大大提高了外窗的保溫、隔熱性能。

（3）除了門窗以外，要提高外圍護墻體保溫隔熱的構筑技術和材料性能。眾所周知，外墻內(nèi)保溫構造具有施工方便、保溫層不受室外氣候侵蝕的優(yōu)點，但內(nèi)保溫易于形成熱橋，容易產(chǎn)生內(nèi)部結(jié)露，室內(nèi)墻面裝修易于損壞保溫層，由于保溫層設在室內(nèi)一側(cè)，因而也降低了室內(nèi)的熱惰性。而建筑外墻外保溫較之于內(nèi)保溫就具有一定的優(yōu)越性，它可以避免熱橋的產(chǎn)生，保溫效率高。

建筑節(jié)能的另一個方面則是開發(fā)利用新能源，尤其是太陽能，其目的也是盡可能多地替代和節(jié)約常規(guī)能源，減少由于燃用礦物燃料對環(huán)境造成的污染。

太陽能在建筑上的利用方式主要有：被動式太陽能采暖、太陽能供熱水、主動式太陽能采暖與空調(diào)、以及太陽能發(fā)電等。被動式采暖系統(tǒng)雖然技術要求和造價相對都比較低，但對建筑師的技術要求較高，要求建筑師具備被動式采暖、通風等建筑設計的基本知識和進行建筑物理環(huán)境設計以及特殊建筑構造設計的能力。

零輔助熱源被動式太陽房，是指以被動式太陽房所建地采暖期最冷月室外平均氣溫作為室外氣象參數(shù)，被動式太陽房集熱面上最冷月平均收集的太陽能為室內(nèi)采暖的主要能量來源，以保證太陽房室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量達到滿足人們正常生活需要為依據(jù)，完全不考慮利用其他任何輔助能源采暖的一種被動式太陽房。

以這種方法設計的被動式太陽房，至少能保證在冬季采暖期連續(xù)晴天的情況下，百分之百利用太陽能采暖。與這種設計方法相應的太陽房，稱之為零輔助熱源被動式太陽房。由此可見，零輔助熱源被動式太陽房并不要求常規(guī)能源的使用絕對為零，而是指在冬季采暖期連續(xù)晴天情況下，房屋采暖不消耗任何常規(guī)能源，不依賴任何采暖設備，而僅僅通過建筑朝向的選擇、結(jié)構構造的設計及建筑材料的合理利用等，達到完全依靠太陽能來保證冬季室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量符合設計標準的建筑物。這類太陽房的常規(guī)能源使用量很少，因而不需考慮設置輔助熱源采暖系統(tǒng)。

3太陽房的設計構思

根據(jù)上述思想，設計了一幢被動式太陽能住宅（平、立、剖面見圖1、圖2、圖3、圖4?？蓛蓱襞B、也可單戶獨建），既考慮了充分利用太陽能采暖這一主題，又充分考慮了建筑功能、空間組合、建筑造型等因素。

圖1一層平面

圖2二層平面

圖3南立面

圖4剖面3.1從建筑使用功能方面考慮

就我國目前現(xiàn)有的太陽能住宅看，絕大部分為了追求采暖保溫效果，平面往往設計成一字型（這種平面形式房間，進深過大，會降低太陽能采暖效果；進深過小，又不利于節(jié)地，且平面形式呆板單調(diào)）或?qū)⒕邮业戎饕块g布置在南側(cè)，廚房、衛(wèi)生間、貯藏間等輔助房間布置在北側(cè)（這種平面形式，雖有利于節(jié)地，但能有效利用太陽能采暖的面積僅占建筑面積的50%～60%，且不少房間通風不良；特別是將廚房布置在北側(cè)，終年無日照，也不盡合理）。本設計在平面布置上采用雙排小進深方案，使所有房間均可利用太陽能采暖，且采光通風良好，使用功能合理，空間環(huán)境優(yōu)美、實用舒適。為了安全方便使用熱水器等，將臉盆、洗衣機、熱水器設在后排衛(wèi)生間外的半開敞空間內(nèi)。住宅內(nèi)樓梯間可通往起居室屋頂及二層屋頂平臺。平臺上覆土以種植蔬菜瓜果、鮮花綠草。這樣既可起到保溫隔熱、調(diào)節(jié)改善室內(nèi)小氣候的作用，又可緩解烈日、暴風、雨、雪等對承重、防水構件的直接侵蝕。

3.2從太陽能利用及節(jié)能節(jié)地方面考慮

為了盡可能多獲取太陽能，大部分房間按小進深大開間設計，考慮到房間按小進深大開間設計后不利于節(jié)地，因而設計成雙排，前排為單層，后排為雙層，前后排之間以玻璃封頂，形成中庭，

既有效地利用了土地，又有利于節(jié)能。中庭可避免前排房間北墻直接暴露于室外，晴天升溫后的中庭又減少了前排房間通過北墻的熱損失。后排房間可由玻璃窗接受陽光照射，直接受益；又可與升溫后的中庭內(nèi)空氣對流換熱。特別是后排二層房間，由于熱空氣集中于中庭上部及日照時間長，太陽能采暖效果非常好?？梢哉f中庭既是前排房間熱損失的緩沖區(qū)，又是后排房間的日光間。為了增加后排房間一層的日照時間，將后排房間一層的室內(nèi)地坪較前排房間提高，單層房間采暖，均采用直接受益窗與本方案設計的通風口雙門集熱蓄熱墻相結(jié)合的采暖方式。

直接暴露于室外的窗均設計為雙層窗，外側(cè)為平開窗，內(nèi)側(cè)為推拉窗，夏季卸下推拉扇上玻璃換窗紗，即成紗扇。房間暴露于中庭內(nèi)的窗均為單層平開窗。所有窗上均掛保溫簾。為了減少熱損失，后排房間北側(cè)開小窗，僅滿足通風要求。視其情況，中庭上部日落后也可加掛保溫簾。夏季可打開中庭上部窗扇及集熱墻上排熱氣墻（見圖5），增強自然通風，利用集熱蓄熱墻降溫。東、西北墻及屋頂材料的選用，視不同地區(qū)氣候條件，由熱工計算而定。

圖5集熱蓄熱墻工作原理

3.3從建筑造型及立面處理方面考慮

在建筑造型及立面處理上，既考慮盡量減少建筑的外露面，避面過多的凸凹變化，又要使建筑造型清新優(yōu)美、自然、親切，故而，本方案將住宅設計成前后兩排，高低錯落，虛實有別。東、西、北三面墻上加以垂直綠化，既可保溫隔熱，又有效地保護了外墻面。同時，層次豐富的立體綠化形成了既可保溫隔熱，又有效地保護了外墻面。同時，層次豐富的立體綠化形成了一個綠化景點。

3.4集熱蓄熱墻的設計

傳統(tǒng)的集熱蓄熱墻工作原理如圖所示。太陽光照到深色墻面上（一般為實體墻），使墻壁產(chǎn)生溫升，溫升后的墻壁加熱了玻璃與墻中間的空氣，空氣受熱膨脹，密度降低，產(chǎn)生自然壓差，被加熱的空氣從墻體上方通道流進室內(nèi)，室內(nèi)冷空氣被抽出。氣流上下通道往往只在室內(nèi)設一層門冬季當人們感到室內(nèi)溫度過高時，往往關閉通風口。本方案設計的雙門有孔隙集熱蓄熱墻構造見圖6。其工作原理是，當室溫較低時，打開通風口內(nèi)外門，使集熱蓄熱墻以直接環(huán)流進行工作。當人們感到室溫較舒適時，關閉通風口內(nèi)側(cè)蓋板，打開外側(cè)蓋板，將多余的熱能貯存于墻體內(nèi)。入夜或陰天時，關閉通風口外側(cè)蓋板，打開內(nèi)側(cè)蓋板貯熱墻釋放能量以保持室溫。這樣的集熱蓄熱墻有很大的蓄熱表面積，故而太陽能利用率較高，且使用操作又較普通花格蓄熱墻方便。

4其他太陽能利用

太陽能熱水器從最初的悶曬式、平板式到現(xiàn)在的全玻璃真空管、真空管熱管式，從技術上有了飛躍的發(fā)展，大大地提高了太陽能的利用效率。高效太陽能熱水器的應用為主動式太陽能采暖，尤其太陽能空調(diào)技術的發(fā)展，提供了高品位熱源。太陽能光電利用，是利用領域最廣、能源傳輸最為方便、利用品質(zhì)最好的一種方式。光電池與玻璃的復合技術，已使建筑的幕墻作為建筑本身部分用能的自供電源成為可能，這也是建筑構件復合多功能高新技術發(fā)展的一個成功實例，也是今后建筑可持續(xù)發(fā)展的方向之一。

5總結(jié)

開發(fā)利用新能源作為建筑節(jié)能的一個重要方面，要實現(xiàn)有效地