王 澤 榮

(蘭州大學(xué),甘肅 蘭州 730000)

《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中劃分，酒泉屬嚴(yán)寒地區(qū)，需要考慮冬季采暖。酒泉采暖期從11月至第二年3月，在這5個(gè)月的冬季采暖期間，缺乏保溫性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，熱效率差的采暖設(shè)施，都嚴(yán)重影響了冬季室內(nèi)熱環(huán)境，并且采暖能耗較高，給農(nóng)村居民的經(jīng)濟(jì)帶來較重的負(fù)擔(dān)，給自然環(huán)境帶來較為嚴(yán)重的污染。但是酒泉地處太陽(yáng)能資源富集地區(qū)，具有發(fā)展太陽(yáng)能采暖住宅的優(yōu)勢(shì)。如果充分利用建筑物南向外墻進(jìn)行太陽(yáng)能采暖，將能夠減輕酒泉地區(qū)能耗的負(fù)擔(dān)，為提高農(nóng)村居民冬季生活質(zhì)量提供保障。

1 酒泉太陽(yáng)能資源狀況

根據(jù)國(guó)家氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能評(píng)估中心劃分標(biāo)準(zhǔn)，甘肅北部屬于太陽(yáng)能資源豐富帶，年輻射總量大于5 800 MJ/m2，可利用年總天數(shù)大于280 d。雖然酒泉自然資源不夠豐富，但日照充足，光能資源豐富，年日照時(shí)數(shù)3 033.4 h～3 316.5 h，具備利用太陽(yáng)能資源的有利條件。

2 太陽(yáng)能南墻采暖方式

通過對(duì)當(dāng)?shù)氐募扔修r(nóng)村住宅的走訪，太陽(yáng)能在居住建筑中已有一定的應(yīng)用，但應(yīng)用主要是太陽(yáng)能熱水器。目前尚未把太陽(yáng)能與冬季采暖結(jié)合起來。太陽(yáng)能南墻采暖主要指通過建筑物南向外墻獲取太陽(yáng)輻射能量的采暖形式。目前在建筑中主要利用的是被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖。被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖是把房屋建造的或改造的盡可能直接接收太陽(yáng)能的輻射來進(jìn)行采暖。可以通過建筑物的朝向、房間的平面布局、內(nèi)部空間和外部形態(tài)的合理布置，使得其以自然運(yùn)行的方式獲取、儲(chǔ)存和利用太陽(yáng)能的一類建筑。被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖的主要優(yōu)點(diǎn)是初投資低，運(yùn)行維護(hù)方便。是一種較為經(jīng)濟(jì)，有效的太陽(yáng)能采暖形式。主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖要利用集熱裝置主動(dòng)收集獲取太陽(yáng)能，然后由熱媒將熱量傳送至建筑物內(nèi)進(jìn)行分配使用，達(dá)到利用太陽(yáng)能采暖的目的。主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖一般有集熱器、傳熱流體、蓄熱器、控制系統(tǒng)及適當(dāng)?shù)妮o助能源[1]。因此主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖的成本較高，在被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖不能滿足要求時(shí)再考慮主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖。被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖按接收太陽(yáng)能輻射途徑又可分為：直接受益、集熱墻、附加陽(yáng)光間三種形式[2]。

1)直接受益式太陽(yáng)能采暖。直接受益式太陽(yáng)能采暖就是直接讓陽(yáng)光通過建筑南墻窗戶，輻照在室內(nèi)的地面墻壁和家具上，使其吸收大部分熱量、溫度升高。采用直接受益式太陽(yáng)能采暖，要求建筑物南向外墻上窗戶的面積要比較大，一部分太陽(yáng)輻射能量能夠加熱室內(nèi)空氣，冷熱空氣在建主室內(nèi)流動(dòng)來進(jìn)行熱交換。另一部分太陽(yáng)輻射能量，可以暫時(shí)儲(chǔ)存在墻體內(nèi)部、家具地板上，在夜間氣溫降低后，逐漸進(jìn)行釋放。這種太陽(yáng)能利用方式對(duì)白天要求升溫快的房間如客廳等來說效果較好，但夜間溫度下降較快對(duì)臥室來說室內(nèi)溫度波動(dòng)較大。由于酒泉農(nóng)村地區(qū)晝夜溫差大，單獨(dú)使用直接受益式太陽(yáng)能采暖，效果較差。

2)集熱墻式。集熱墻又名特倫布?jí)?，是由法?guó)學(xué)者Trombe提出的。是被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖的一種典型構(gòu)件。集熱墻利用了顏色深的物質(zhì)對(duì)熱輻射的吸收能力強(qiáng)的原理，以達(dá)到吸收太陽(yáng)能輻射的目的。為了使熱輻射在室內(nèi)循環(huán)流通，在深色的蓄熱墻體外加透明玻璃罩，并在透明玻璃罩與集熱墻之間留下空氣夾層，通過氣流作用使熱空氣流入室內(nèi)。集熱墻白天可以蓄熱，夜間氣溫降低后將熱量釋放到室內(nèi)。集熱墻式太陽(yáng)能采暖非常適用于我國(guó)北方太陽(yáng)能資源豐富、晝夜溫差比較大的地區(qū)如西藏、新疆、甘肅等。集熱墻式太陽(yáng)能采暖施工方便，適用于農(nóng)村住宅進(jìn)行節(jié)能改造。

3)附加陽(yáng)光間。附加陽(yáng)光間式太陽(yáng)能采暖，是在建筑物南向墻體外側(cè)，用玻璃等透明材料搭建一個(gè)附加在建筑物外側(cè)的廊道，廊道內(nèi)的空間與墻體形成一個(gè)空氣夾層。白天，太陽(yáng)光透過陽(yáng)光間玻璃可以加熱陽(yáng)光間空氣，通過空氣的流通，進(jìn)行室內(nèi)外的熱交換。同時(shí)，太陽(yáng)照射到陽(yáng)光間地面和墻體上的熱量白天被儲(chǔ)存了下來，夜間地面和墻體將白天儲(chǔ)存的熱量釋放出來。

4)主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖。主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)能夠主動(dòng)收集太陽(yáng)能熱量，具有集熱效率高，受天氣變化影響小等優(yōu)點(diǎn)。但主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖需要集熱、蓄熱、散熱系統(tǒng)，因此初期投資較大，回收期長(zhǎng)。由于太陽(yáng)輻射能量晝夜間斷,為了達(dá)到舒適的室內(nèi)熱環(huán)境,通常在建筑中需要采用主被動(dòng)結(jié)合的方式來進(jìn)行采暖，或者需要添加輔助能源。

3 酒泉農(nóng)村住宅太陽(yáng)能南墻采暖住宅設(shè)計(jì)策略

1)農(nóng)村住宅的選址。為了保證太陽(yáng)能采暖的效果，建設(shè)地點(diǎn)的選擇顯得尤為重要。房屋建設(shè)前，必須要確定合理的建設(shè)地點(diǎn)。為了把住宅建造的更利于太陽(yáng)能南墻采暖，需要考慮當(dāng)?shù)氐膮^(qū)域性環(huán)境、氣候因素。北半球最佳的太陽(yáng)能輻射時(shí)間是早上9時(shí)至下午3時(shí)，在這一個(gè)時(shí)間段有充足的太陽(yáng)能輻射。為了能夠得到充足的太陽(yáng)能輻射，農(nóng)村住宅要選擇在地勢(shì)開闊，平坦的地區(qū)較好。

2)農(nóng)村住宅的朝向。甘肅酒泉地區(qū)位于北緯38°09′～42°48′，東經(jīng)92°20′～100°20′之間。由于甘肅酒泉地區(qū)，農(nóng)村住宅分布分散，為了更好的獲得太陽(yáng)輻射能，住宅的朝向選擇直接影響太陽(yáng)能的輻射效果。甘肅酒泉地處北半球，日照是偏南的，建筑的朝向最好是坐北朝南，如果建筑朝向向東轉(zhuǎn)過每15°，下午的有效時(shí)間就縮短半小時(shí)，原因就是太陽(yáng)入射角太小。并且冬天主要刮偏北風(fēng)，夏天主要刮東南風(fēng)，所以，朝南的建筑夏天風(fēng)大冬天沒風(fēng)，冬暖夏涼(相對(duì)朝北的房子而言)。

3)農(nóng)村住宅的日照間距。為了獲得足夠的太陽(yáng)輻射，太陽(yáng)能采暖住宅不能被前方住宅遮擋。相鄰建筑物之間必須保持一定的間距。充足的間距是保證住宅獲得足夠太陽(yáng)輻射能的前提條件。農(nóng)村居民居住較分散，建筑層數(shù)多為單層或二層建筑，高度較低，具備接收太陽(yáng)輻射能量的優(yōu)勢(shì)。在甘肅酒泉地區(qū)，冬季10:00～16:00之間，6 h所接收的太陽(yáng)能輻射量能夠占到全天太陽(yáng)輻射總量的90%左右。若一天的日照時(shí)間小于6 h，建筑物接收太陽(yáng)輻射的能量就會(huì)大大的減少。因此在設(shè)計(jì)過程中，要避免間距過小，導(dǎo)致的有效日照時(shí)數(shù)減少。酒泉農(nóng)村地區(qū)要利用太陽(yáng)能采暖，住宅的日照間距應(yīng)當(dāng)至少確保冬至日中午前后6 h的日照時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

甘肅酒泉地區(qū)地屬太陽(yáng)輻射能源富集地區(qū)，具備發(fā)展太陽(yáng)能南墻采暖的優(yōu)勢(shì)。太陽(yáng)能作為一種清潔能源，若能在酒泉的農(nóng)村地區(qū)得到充分利用，既能改善農(nóng)村住宅室內(nèi)熱環(huán)境，又能提高農(nóng)村居民的生活質(zhì)量，為酒泉農(nóng)村地區(qū)降低化石類能源的消耗，人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。