李 丹

(1.浙江省建筑安裝技術(shù)學(xué)校，浙江 杭州 310022；2.浙江省建筑安裝高級(jí)技工學(xué)校，浙江 杭州 310022）

0 引言

近年來在國家可再生能源戰(zhàn)略背景下，以及國家的節(jié)能減排的推動(dòng)下，太陽能作為永不枯竭的干凈能源，是21世紀(jì)人類可期待的最有希望的能源之一。而太陽能在建筑中的應(yīng)用又是現(xiàn)階段太陽能應(yīng)用最具發(fā)展?jié)摿Φ膶?shí)用領(lǐng)域。綠色建筑為滿足居住者的舒適要求和使用需要，應(yīng)具備供暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、供電(包括照明、電器)等一系列功能。太陽能建筑應(yīng)用領(lǐng)域的科研、技術(shù)、產(chǎn)品開發(fā)和工程應(yīng)用的總體目標(biāo)，就是用太陽能代替常規(guī)能源來滿足建筑物的上述功能要求。隨著世界太陽能技術(shù)水平的不斷提高和進(jìn)步，嚴(yán)格意義上的太陽能建筑，應(yīng)能利用太陽能滿足房屋居住者舒適水平和使用功能所需的大部分能源供應(yīng)，即達(dá)到太陽能在建筑中的綜合利用。而整合設(shè)計(jì)不到位阻礙了太陽能與建筑一體化的發(fā)展。許多太陽能構(gòu)件是附加在已建好的建筑外面，與建筑本體結(jié)合不好，破壞了建筑立面的美觀，也降低了太陽能建筑的能效。因此，將太陽能被動(dòng)式應(yīng)用與主動(dòng)式應(yīng)用結(jié)合起來使用，與建筑進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)是太陽能建筑的重中之重，將達(dá)到較好的節(jié)能和使用效果。

1 被動(dòng)式太陽能建筑

1.1 被動(dòng)式太陽房的基本原理

被動(dòng)式太陽房的定義是不用機(jī)械動(dòng)力而是建筑物本身采取一定措施，利用太陽能進(jìn)行冬季采暖的房屋。被動(dòng)式太陽能采暖建筑是不需要專門的集熱器、熱交換器、水泵等設(shè)備，只是通過建筑朝向和周圍環(huán)境的合理布置、內(nèi)部空間和外部形體的巧妙處理以及材料和結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的恰當(dāng)選擇，使其在冬季能集取、保持、儲(chǔ)存和分配太陽熱能，夏季能遮蔽太陽輻射，散逸室內(nèi)熱量，達(dá)到采暖和降溫的目的，適度解決建筑物的熱舒適問題。運(yùn)用被動(dòng)式太陽能采暖原理建造的房屋稱為被動(dòng)式采暖太陽房。

1.2 被動(dòng)式太陽房的常用類型

被動(dòng)式太陽房的采暖方式主要有以下三種：

（1）直接受益式太陽房（見圖1）

太陽光穿過透光材料直接進(jìn)入室內(nèi)的采暖形式。白天，陽光透過南窗直接投入房屋室內(nèi)，由室內(nèi)的地面、墻面和家具吸收變成熱能后經(jīng)由熱對(duì)流和輻射對(duì)室內(nèi)空間進(jìn)行加熱采暖，同時(shí)蓄熱。夜間，當(dāng)室外和房間溫度下降時(shí)，地面、墻面和家具蓄存的熱量通過輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)被釋放出來。直接受益方式中，房屋本身成了一個(gè)包括有太陽能集熱器、蓄熱器和分配器的集合體。這種太陽能采暖方式最直接、簡單、效率也較高，但是當(dāng)夜間無日照時(shí)而建筑保溫和蓄熱性能又較差時(shí)，室溫降溫快，溫度波幅大。

圖1 直接受益式太陽房

圖2 集熱蓄熱墻被動(dòng)式太陽房

（2）集熱蓄熱墻被動(dòng)式太陽房(見圖2)

集熱蓄熱墻式是間接受益式被動(dòng)式太陽房的一種。在南向墻體前加透光面就可組成集熱蓄熱墻，此墻體宜采用具有一定蓄熱能力的混凝土或磚砌體，又名“特朗勃墻”(Trom—beWail)，透光面與墻體之間留有空氣間層，厚度在60～100mm間為宜。集熱蓄熱墻的工作原理是當(dāng)陽光投射到蓄熱墻表面被吸收轉(zhuǎn)換為熱能，通過傳導(dǎo)把熱量傳到墻內(nèi)一側(cè)，再以對(duì)流和輻射方式向室內(nèi)供熱。另外，墻體也可開上下通風(fēng)口，其工作原理是：冬季，在玻璃和墻體的夾層中，被加熱的空氣上升，由墻上部的通氣孔向室內(nèi)送熱，而室內(nèi)的冷空氣則由墻下部的通氣孔進(jìn)入夾層，如此形成向室內(nèi)輸送熱風(fēng)的對(duì)流循環(huán)，在夜間則需關(guān)閉上下風(fēng)口，以防止逆循環(huán)；夏季，關(guān)閉墻上部的通風(fēng)孔，室內(nèi)熱空氣隨設(shè)在外墻上部的排氣孔排出，使室內(nèi)得到通風(fēng)，達(dá)到降溫的效果。

（3）附加陽光間式（見圖 3）

圖3 附加陽光間式

實(shí)際上就是在房屋主體南面附加的一個(gè)玻璃溫室。從某種意義上說，附加陽光間被動(dòng)式太陽房是直接受益式(南向的溫室)和集熱蓄熱墻式(后面帶集熱蓄熱墻的房間)的組合形式。該集熱蓄熱墻將附加陽光間與房屋主體隔開，墻上一般開設(shè)有門、窗或通風(fēng)口。

1.3 被動(dòng)式技術(shù)與建筑功能的一體化

通常，被動(dòng)式太陽能集熱部件與房屋結(jié)構(gòu)合為一體，作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分。這樣既可達(dá)到利用太陽能的目的，又可作為房屋總體結(jié)構(gòu)中的一個(gè)組成部分而發(fā)揮它的多功能作用。對(duì)于跟建筑功能相似，或者同建筑構(gòu)件相似的被動(dòng)式太陽能構(gòu)件，可以將其“建筑化”使其與建筑本體融合或?qū)⒔ㄖ?gòu)件改造。如將南向的窗戶面積加大或做成落地式大玻璃，形成直接受益窗；將南向陽臺(tái)改造，加上玻璃罩，變成附加陽光間（見圖4、圖5），形成溫室效應(yīng)；外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻體可以采用蓄熱材料，白天蓄熱，晚上向室內(nèi)釋放熱量等。

圖4 附加陽光間與建筑一體化

圖5 附加陽光間內(nèi)部示意圖

2 主動(dòng)式太陽能建筑

2.1 主動(dòng)式太陽能建筑的原理

主動(dòng)式太陽能建筑利用集熱器、蓄熱器、管道、風(fēng)機(jī)及泵等設(shè)備來收集、蓄存及輸配太陽能來控制和達(dá)到需要的室溫。主動(dòng)式太陽能建筑能夠較好地滿足住戶的生活要求，可以保證室內(nèi)采暖和供應(yīng)熱水的要求，甚至可以達(dá)到制冷空調(diào)的目的。是通過高效集熱裝置來收集獲取太陽能，然后由熱媒將熱量送入建筑物內(nèi)的建筑形式。它對(duì)太陽能的利用效率高，不僅可以采暖、供熱水，還可以供冷，而且室內(nèi)溫度穩(wěn)定舒適，日波動(dòng)小。

2.2 主動(dòng)式太陽能與建筑功能的一體化

圖6 主動(dòng)式太陽能與建筑結(jié)合

對(duì)于以附加形式附著在建筑本體上的被動(dòng)式構(gòu)件，根據(jù)其使用原理與安裝的部位，可以考慮將其與建筑構(gòu)件結(jié)合進(jìn)行嵌套設(shè)計(jì)，使其成為建筑的構(gòu)件，完成形式上的一體化。集熱器應(yīng)在安裝部位、造型、材質(zhì)、色彩等方面與建筑整體及周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。應(yīng)該根據(jù)集熱器的形式、安裝面積、尺寸大小進(jìn)行細(xì)部設(shè)計(jì)，確定在建筑上的安裝位置和安裝方式。布置在建筑屋面（見圖6）、墻體、陽臺(tái)或其他位置的集熱器與建筑共同構(gòu)成圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)與建筑整體構(gòu)造有機(jī)結(jié)合。如在陽臺(tái)安裝的集熱器可考慮綜合利用陽臺(tái)欄板的功能，與樓房陽臺(tái)結(jié)合為一體，形成多功能建筑構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)太陽集熱器和建筑的完美結(jié)合，且能最大限度地利用太陽光照，滿足多種形式的需求。

3 結(jié)語

太陽能建筑一體化技術(shù)，就是要使太陽能技術(shù)與建筑技術(shù)充分結(jié)合并實(shí)現(xiàn)整體外觀和設(shè)備功能的統(tǒng)一，以及與周圍環(huán)境的和諧一致。既利用了被動(dòng)太陽能、又設(shè)置了太陽能主動(dòng)供熱采暖系統(tǒng)，基本依靠太陽能提供建筑物所需采暖負(fù)荷的太陽能建筑在我國的應(yīng)用較少，發(fā)展比較緩慢，目前還很少有主、被動(dòng)結(jié)合太陽能供熱采暖建筑建成。究其原因，主要是建設(shè)成本較高、投資較大以及我國城市絕大多數(shù)為多層和高層建筑，可采用的被動(dòng)太陽能設(shè)計(jì)形式受到限制，設(shè)置主動(dòng)式太陽能供熱采暖系統(tǒng)的外圍護(hù)面積不夠，與國外大多為別墅型住宅的條件差異很大。但隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，被動(dòng)與主動(dòng)相結(jié)合的太陽能與建筑一體化的綠色建筑是未來的發(fā)展方向。

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