陳代京

太陽能在建筑自然通風(fēng)設(shè)計中的應(yīng)用

陳代京

摘 要：本文首先分析研究了自然通風(fēng)在建筑物節(jié)能方面的影響以及在建筑設(shè)計中如何合理應(yīng)用自然通風(fēng)，太陽能不僅可以用來增加房內(nèi)空氣的溫度，而且還可用于自然通風(fēng)，最后系統(tǒng)分析了利用太陽能減少建筑的能耗，使設(shè)計節(jié)能的建筑通風(fēng)成為現(xiàn)實。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)；太陽能；自然通風(fēng)

隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，在建筑設(shè)計時，建筑師不僅要考慮建筑物的美觀實用，還要考慮如何使建筑更節(jié)能環(huán)保，而太陽能無疑是最佳的選擇。據(jù)統(tǒng)計，我國同氣候條件下建筑物單位能耗明顯高于發(fā)達(dá)國家，大約是發(fā)達(dá)國家的2～5倍，而多層住宅的空調(diào)能耗比普通住宅的能耗高出5～6倍。所以，開發(fā)利用自然能源，減少不可再生能源的使用量，加強(qiáng)建筑節(jié)能的宣傳和認(rèn)識，同樣在建筑行業(yè)內(nèi)響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建立綠色建筑理念。建筑中的通風(fēng)換氣以及提高屋內(nèi)空氣溫度，都可以使用太陽能，這將大大地減少建筑的能耗，避免使用空調(diào)引起的各種空調(diào)疾病。尤其是在我國的北方，冬季干燥少雨，日照充足，充分地利用太陽能來實現(xiàn)建筑中的通風(fēng)換氣以及提高屋內(nèi)空氣溫度會節(jié)約大量的能源。為了實踐使用太陽能這種清潔能源來實現(xiàn)建筑中的通風(fēng)換氣以及提高屋內(nèi)空氣溫度，本文通過精心設(shè)計，提出可以讓太陽能透過建筑的窗戶，進(jìn)而強(qiáng)制提高室內(nèi)的溫度，迫使屋內(nèi)空氣與室外進(jìn)行交換，節(jié)能環(huán)保。

1 建筑自然通風(fēng)成因和作用

眾所周知空氣的流動會產(chǎn)生風(fēng)，而造成空氣流動的原因是壓力差，壓力差包括風(fēng)壓和熱壓，風(fēng)壓和熱壓分別來自空氣壓力梯度和溫度梯度。建筑的通風(fēng)對居民的居住舒適和健康有著重要的關(guān)系，通風(fēng)環(huán)境好的建筑居住更加適宜、舒服。自然通風(fēng)不僅可以降低室內(nèi)空氣的溫度，增加人居住的舒適度，而且還可以增加建筑與室外的熱交換。自然通風(fēng)還能夠把屋內(nèi)污濁的空氣與室外新鮮的空氣流動交換，保持屋內(nèi)空氣清新，保證居民的健康。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑的窗戶一般包括窗口和窗扇兩部分，用于建筑物室內(nèi)與室外通風(fēng)換氣以及采光。可是一般的窗戶是不能強(qiáng)制增加室內(nèi)空氣的溫度及迫使屋內(nèi)空氣和室外空氣進(jìn)行交換的，這是因為透過普通窗戶的太陽輻射能大部分都會白白浪費掉，得不到充分的利用，還要就是因為窗戶使用有色玻璃。而本次設(shè)計通過對傳統(tǒng)窗戶的總結(jié)研究，以及結(jié)合物理學(xué)上空氣動力學(xué)與能量輻射原理，在此基礎(chǔ)上提出了一種別具一格的窗戶形式，即采用雙層窗戶形式。采用這種窗戶，通過提高雙層窗戶之間的空氣溫度，空氣就會發(fā)生對流，迫使屋內(nèi)空氣質(zhì)量增加，進(jìn)而達(dá)到換氣通風(fēng)的目的。這種設(shè)計在冬季時可以利用充足的光照，吸收太陽輻射的熱量迫使屋內(nèi)空氣溫度增加；夏季時又可以與室外空氣交換。

雙層窗戶的物理設(shè)計形式大致如下：雙層窗戶安置在建筑物的窗口處，需密封性良好，使用無色透明的玻璃，兩層玻璃之間大約相距15cm，靠里一層窗戶的兩角各留一個能夠打開或關(guān)閉的小窗口，兩角在窗戶的對角線上，分別是左上角與右下角，而外層窗戶只在左上角留一個能夠開關(guān)自如的小窗口。

設(shè)計這種結(jié)構(gòu)非常巧妙，建筑既要有充足的采光率，又可以輕易地增加室內(nèi)空氣的溫度以及實現(xiàn)與室外空氣的流動交換，充分利用光照，使太陽透過無色玻璃，雙層窗戶吸收太陽能，增加溫度，通過不同的組合來打開或關(guān)閉里外兩個窗戶上留有的三個小窗戶，從而實現(xiàn)增加屋內(nèi)空氣溫度和屋內(nèi)空氣與外面的通風(fēng)流動。

3 空氣溫度增加和通風(fēng)流動原理

雙層窗戶的工作原理：

（1）增加室內(nèi)空氣的溫度

外層窗戶上的小窗戶關(guān)閉，同時打開里層窗戶上的兩個小窗戶。雙層窗戶玻璃間的空氣在太陽的照射下，不斷吸收太陽輻射能，溫度增加，體積增大，密度減小，根據(jù)流體力學(xué)知識可知，此時空氣因密度較小會向上流動，進(jìn)而從里層窗戶的左上角流向屋內(nèi)，而室內(nèi)的空氣溫度低于雙層窗戶間空氣的溫度，將從里層窗戶的右下角進(jìn)入雙層玻璃，補(bǔ)充向上流走的空氣，這種空氣流動周而復(fù)始，不斷循環(huán)，進(jìn)而達(dá)到屋內(nèi)空氣吸收太陽輻射能增加室內(nèi)空氣的溫度的作用。

（2）屋內(nèi)空氣與室外的流動交換

里層窗戶左上角的小窗戶關(guān)閉，同時打開里層窗戶的右下角小窗戶與外層窗戶上的小窗戶。此時雙層窗戶玻璃間的空氣在太陽的照射下，吸收太陽輻射能，溫度增加，體積增大，密度減小，向上流動，從外面一層玻璃左上角的小窗口流到屋外，而屋內(nèi)的空氣低于雙層窗戶間空氣的溫度，從里層窗戶的右下角進(jìn)入雙層玻璃中，補(bǔ)充向上流走的空氣，進(jìn)而又吸收太陽能，溫度增加上升流到室外，這樣不斷循環(huán)，屋內(nèi)的濁氣會排到外面，從而迫使了屋內(nèi)空氣與外面的空氣流動交換。

這種設(shè)計的獨到之處是在保證建筑足量的采光率的同時，可以充分的利用光照，使太陽透過無色玻璃，雙層窗戶間空氣吸收太陽能，溫度增加，通過里外兩個窗戶上留有的三個小窗戶打開或關(guān)閉的各種組合，實現(xiàn)增加屋內(nèi)空氣溫度和屋內(nèi)空氣與外面通風(fēng)流動。

結(jié)語

結(jié)合以上的介紹，可以知道通過對建筑物的某部分進(jìn)行獨特的設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)在建筑自然通風(fēng)中應(yīng)用太陽能，雙層窗戶的設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單且操作性強(qiáng)，價格便宜，其中里外兩個窗戶上的三個小窗戶通過各種巧妙的配合，增加了屋內(nèi)空氣溫度，屋內(nèi)空氣也能夠與外面進(jìn)行通風(fēng)換氣，建筑的采光率也可以得到滿足，光照充分得到利用。這種利用太陽能強(qiáng)化建筑的自然通風(fēng)，節(jié)能環(huán)保，可以減少夏季居民的空調(diào)使用時間，節(jié)約大量的電能。在北方，特別是冬季，通過使用這種窗戶構(gòu)造來增加屋內(nèi)空氣的溫度，可以推遲冬季的開始使用暖氣時間，大大減少煤炭的使用量，不僅節(jié)約了資源，而且減少了二氧化碳的排放量和污染氣體的排放。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：TU24

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介：陳代京，女，1986年03月07日出生，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)，現(xiàn)從事暖通設(shè)計工作。