工管畢業(yè)論文

1、本科生畢業(yè)論文本科生畢業(yè)論文 題 目建筑太陽能一體化施工技術(shù) 在多層住宅工程中的應(yīng)用研究 學(xué)生姓名張繼元 學(xué) 號2008160636 系 別管理分院 專 業(yè)工程管理 班 級0801 申請學(xué)位本科學(xué)位 指導(dǎo)教師王文職稱 答辯時間 2012 年 5 月 25 日 i 摘 要 能源形勢的嚴(yán)峻性使建筑節(jié)能和建筑中應(yīng)用新型能源的工作在世界范圍內(nèi)引起了 高度重視，太陽能在建筑中的利用成為其中的重要課題。因此，建筑太陽能一體化施 工技術(shù)也就顯得格外重要。本文首先對太陽能資源的利用和建筑太陽能一體化施工技 術(shù)進(jìn)行簡要說明，總結(jié)被動式太陽能建筑和主動式太陽能建筑的應(yīng)用情況。然后，簡 述多層住宅的太陽能技術(shù)的應(yīng)用

2、現(xiàn)狀，總結(jié)太陽能一體化施工技術(shù)在多層住宅工程中 的應(yīng)用與一般住宅工程中的應(yīng)用的區(qū)別。最后，找出建筑太陽能一體化施工技術(shù)在多 層住宅工程中的應(yīng)用中可能會出現(xiàn)的特殊情況和問題，并提出相應(yīng)的解決措施。 關(guān)鍵詞：建筑太陽能一體化；多層住宅；應(yīng)用研究 ii abstract the serious the situation of the energy makes the application of new building energy efficiency and building energy attracted much attention in the world. the utilizat

3、ion of solar energy in the building becomes one of the important topics. therefore, the construction solar energy integration construction technology also appears especially importantly. this article first carries on the briefing to the utilization of the solar energy resources and the construction

4、solar energy integration construction technology, and summarizes the passive form solar- powered structure and the driving type solar-powered structure application situation. then, give the application status of the multi-layer housing solar energy technology, and summarizes the difference between t

5、he application of the solar energy integration construction technology in the multi-layered housing project and in general housing project. finally, discovers the peculiar circumstance and the question which possibly can appear in the multi- layered housing project application of the construction so

6、lar energy integration construction technology, and proposes the corresponding solution measure. keywords: construction solar energy integration; multi-layered housing; applied research i 目 錄 摘摘 要要.i abstract.ii 1 緒論緒論.1 1.1 選題的目的和意義選題的目的和意義.1 1. 1.1 太陽能廣泛應(yīng)用于住宅的必然性分析太陽能廣泛應(yīng)用于住宅的必然性分析.1 1.1.2 我國的太陽能資源

7、及利用狀況我國的太陽能資源及利用狀況.2 1.2 研究思路和路線研究思路和路線.3 1.2.1 文獻(xiàn)閱讀文獻(xiàn)閱讀.3 1.2.2 多學(xué)科綜合運(yùn)用多學(xué)科綜合運(yùn)用.3 2 建筑太陽能一體化技術(shù)建筑太陽能一體化技術(shù).3 2.1 概述概述.3 2.2 被動式太陽能建筑的應(yīng)用被動式太陽能建筑的應(yīng)用.3 2.2.1 被動式太陽能采暖設(shè)計策略被動式太陽能采暖設(shè)計策略.4 2.2.2 被動式太陽能制冷設(shè)計策略被動式太陽能制冷設(shè)計策略.5 2.3 主動式太陽能建筑的應(yīng)用主動式太陽能建筑的應(yīng)用.6 2.3.1 太陽能熱水系統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng).7 2.3.2 熱風(fēng)集熱式供熱系統(tǒng)熱風(fēng)集熱式供熱系統(tǒng).8 2.3.3 太陽

8、能空調(diào)系統(tǒng)太陽能空調(diào)系統(tǒng).8 2.3.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng).8 3 太陽能一體化施工技術(shù)在多層住宅工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀太陽能一體化施工技術(shù)在多層住宅工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀.9 3.1 多層住宅的太陽能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀多層住宅的太陽能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀.9 3.1.1 平屋面平屋面隱入式方案隱入式方案.9 3.1.2 臺階型坡屋面臺階型坡屋面集熱器支架型方案集熱器支架型方案.9 3.2 一般住宅工程中的應(yīng)用與多層建筑的區(qū)別一般住宅工程中的應(yīng)用與多層建筑的區(qū)別.10 4 太陽能一體化施工技術(shù)在多層住宅工程的應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題及解決方法太陽能一體化施工技術(shù)在多層住宅工程的應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題及

9、解決方法.10 4.1 可能出現(xiàn)的問題可能出現(xiàn)的問題.10 4.2 解決方法解決方法.11 結(jié)結(jié) 語語.11 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).12 致致 謝謝.13 1 1 緒論 1.1 選題的目的和意義 1. 1.1 太陽能廣泛應(yīng)用于住宅的必然性分析 能源形勢的嚴(yán)峻性使建筑節(jié)能和建筑中應(yīng)用新型能源的工作在世界范圍內(nèi)引起了 高度重視，太陽能在建筑中的利用成為其中的重要課題。自上世紀(jì) 70 年代，國外工業(yè) 發(fā)達(dá)國家和一些發(fā)展中國家都充分認(rèn)識到利用太陽能是減少建筑常規(guī)能源消耗的最有 效途徑，紛紛投入大量人力物力來研究，并在 70 年代末 80 年代初達(dá)到高潮，太陽能 建筑技術(shù)也因此得到了迅猛的發(fā)展，太陽能建筑產(chǎn)

10、業(yè)在商業(yè)化、建材化等方面也取得 了可喜的成果。把太陽能技術(shù)廣泛應(yīng)用到住宅建筑中，使太陽能作為住宅建筑運(yùn)行的 動力，這是人類社會進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然，其必然性體現(xiàn)在以下三個方面： （1）經(jīng)濟(jì)效益 首先，太陽能應(yīng)用于住宅中可以節(jié)約常規(guī)能源，減少住宅建筑的能耗，產(chǎn)生較大 的經(jīng)濟(jì)效益。雖然在建設(shè)初期一次性投入較大，但從長遠(yuǎn)來看卻是一勞永逸，建筑造 價增加值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于能源節(jié)約所帶來的效益，如現(xiàn)在普通家用的太陽能熱水器一般在三 到五年就能收回成本。另外，太陽能技術(shù)在住宅建筑中的應(yīng)用有利于推動住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn) 代化，促進(jìn)太陽能等其它產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其間接的經(jīng)濟(jì)效益不可估量。 （2）社會效益 目前，人們生活舒適度與能

11、源緊缺的矛盾日益嚴(yán)重，隨著人們對室內(nèi)熱環(huán)境的要 求越來越高，人們用于室內(nèi)熱環(huán)境的能源需求量也就越來越大，導(dǎo)致能源供應(yīng)緊張。 如在一些大中城市，由于市政的電力、燃?xì)獠荒軡M足人們的需要，政府不得不對常規(guī) 能源的使用做出了限制，往往只能靠停電等方式來緩解壓力，給人們正常的生產(chǎn)生活 帶來了極大的不便，嚴(yán)重影響了社會生活的正常運(yùn)行。而太陽能應(yīng)用于住宅建筑中， 可以大大節(jié)約能源，緩解能源緊缺的壓力，解除能源問題對社會構(gòu)成的嚴(yán)重威脅，促 進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，帶來巨大的社會效益。 （3）環(huán)境效益 目前住宅中的主要能源仍然是石化燃料，其所產(chǎn)生的有害氣體和二氧化碳造成了 環(huán)境污染和全球氣候變暖。太陽能是清潔衛(wèi)

12、生的綠色能源，應(yīng)用于住宅建筑之中，不 但可以緩解不可再生能源的過度開采和可再生能源所遭受的破壞，而且還可以減小化 石燃料燃燒所產(chǎn)生的有害氣體對環(huán)境的破壞，具有巨大的環(huán)境效益。 2 1.1.2 我國的太陽能資源及利用狀況 我國陸地面積每年接收的太陽輻射總量在 33408400mj/(m2.a)之間，從全國的總 體情況來看，我國屬于太陽能資源相當(dāng)豐富的國家之一，豐富的太陽能資源為我國進(jìn) 行太陽能的開發(fā)和利用提供了得天獨(dú)厚的條件，同時各個區(qū)域的差異性也向我們提出 了挑戰(zhàn)。 當(dāng)國外如火如荼地開發(fā)和利用太陽能資源的時候，我國的太陽能事業(yè)也開始起步 并迅猛發(fā)展。1975 年國家有關(guān)部門在河南安陽舉行的“全

13、國第一屆太陽能利用經(jīng)驗交 流會” ，標(biāo)志著我國的太陽能利用開始獲得國家支持并納入到正常的發(fā)展軌道。1992 年， 國務(wù)院批準(zhǔn)了中國環(huán)境發(fā)展十大對策 ，明確提出要因地制宜地發(fā)展太陽能等可再生 資源，從此，我國的太陽能利用進(jìn)入了快速發(fā)展的新階段。二十多年來，太陽能利用 技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)、商業(yè)化運(yùn)轉(zhuǎn)、市場開拓方面都獲得了長足進(jìn)步，已經(jīng)成為一個朝氣 蓬勃的新興產(chǎn)業(yè)。到 2000 年底我國太陽熱水器保有量達(dá)到 2600 萬平方米、被動式太 陽房擁有量達(dá)到 1800 萬平方米、太陽灶應(yīng)用量達(dá)到 33.2 萬臺，均居世界第一位3。太 陽能利用、環(huán)保節(jié)能觀念逐漸深入人心，成績喜人。 但是，我國太陽能節(jié)能技術(shù)總體

14、發(fā)展時間短，重視和研究不夠投入，對太陽能的 利用十分有限，在大量建設(shè)的多層住宅方面，研究和實踐相對來說積累較少。并且， 我國太陽能技術(shù)在多層住宅上的應(yīng)用比較單一，主要是太陽能熱水器的使用。而多層 住宅由于可供太陽能集熱用的建筑表面積有限性和技術(shù)上的限制，對于太陽能的利用 并不高。并且太陽能的應(yīng)用還具有時段性和冬夏兩季運(yùn)行矛盾等問題。對于太陽能技 術(shù)與建筑的一體化設(shè)計，現(xiàn)行的太陽能技術(shù)、產(chǎn)品，一般都是獨(dú)立研發(fā)，沒有與住宅 結(jié)構(gòu)、設(shè)備、空間設(shè)計形成有機(jī)結(jié)合，導(dǎo)致太陽能設(shè)備附著于建筑外部影響城市景觀， 安裝和施工上一般都是先建住宅再安裝太陽能設(shè)備，亦導(dǎo)致對太陽能的利用效率低， 妨礙新技術(shù)的使用等。

15、將建筑與太陽能一體化相加整合，在對多層建筑設(shè)計的初始，就將太陽能系統(tǒng)包 含的所有內(nèi)容作為建筑不可或缺的設(shè)計元素加以考慮進(jìn)去，巧妙的將太陽能系統(tǒng)與建 筑本身結(jié)合起來，乃至于不可分割，才是真正的太陽能一體化。因而，針對多層住宅 的特點以及可能出現(xiàn)的問題，把真正的建筑太陽能一體化的施工技術(shù)應(yīng)用到多層住宅 中去，充分利用太陽能這樣一種優(yōu)越的綠色可再生資源，對于改進(jìn)多層住宅能源節(jié)約， 乃至于我國整體能源節(jié)約與環(huán)保，具有十分現(xiàn)實的意義。 3 1.2 研究思路和路線 1.2.1 文獻(xiàn)閱讀 通過廣泛的文獻(xiàn)閱讀和整理，了解現(xiàn)階段國內(nèi)外的研究動態(tài)，獲取相關(guān)的理論成 果和結(jié)論，借鑒科學(xué)的調(diào)研方法，為課題的深入研究奠

16、定基礎(chǔ)。力求對該項研究有一 個整體的把握，以保證本研究思路和方法上的前瞻性和內(nèi)容上的創(chuàng)新點。 1.2.2 多學(xué)科綜合運(yùn)用 學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)的教材和文獻(xiàn)成果，向建筑理論、建筑物理、建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的教 授直接求教，并將建筑學(xué)、建筑類型學(xué)、建筑構(gòu)造等理論綜合運(yùn)用。 2 建筑太陽能一體化技術(shù) 2.1 概述 近年來，建筑工程中的太陽能熱水系統(tǒng)安裝往往自成系統(tǒng)，并作為建筑的后置設(shè) 備進(jìn)行安裝，造成太陽能熱水器在建筑上布置極為不合理，其固定、防風(fēng)、避雷等安 全措施也得不到保障，也給城市景觀、建筑的安全使用帶來極為不利的影響。為使太 陽能熱水系統(tǒng)安全可靠、性能穩(wěn)定，且與建筑和周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，就需要推廣建筑 太陽

17、能一體化施工。所謂建筑太陽能一體化施工，就是將太陽能的產(chǎn)品及構(gòu)件與建筑 同步設(shè)計，同步施工，同步驗收，并做到與建筑進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。 建筑太陽能一體化設(shè)計就是要將太陽能熱水應(yīng)用技術(shù)融入到住宅建筑設(shè)計的整個 過程，系統(tǒng)所包含的所有內(nèi)容都當(dāng)作建筑不可或缺的元素加以考慮，使之成為建筑組 成的一個部分，而不是附加的多余構(gòu)件，從而達(dá)到建筑設(shè)計美觀、實用、經(jīng)濟(jì)的要求。 綜合考慮建筑所處的氣候特點，太陽能熱水系統(tǒng)的不同類型、技術(shù)要求、建筑的造型、 平面功能與構(gòu)造節(jié)點等因素，做到即符合住宅建筑造型和使用功能要求，又滿足高質(zhì) 量的供熱水要求。 一體化設(shè)計對住宅的造型及立面提出了新的要求，作為工業(yè)化的產(chǎn)物，太陽能熱

18、 水系統(tǒng)的融入提升了住宅建筑的科技內(nèi)涵，增加了美學(xué)趣味。另外，住宅的平立面以 及結(jié)構(gòu)體系都比較規(guī)整，邏輯性強(qiáng)，在立面的設(shè)計中應(yīng)把握這一特點，做到盡量簡潔 大方。 4 2.2 被動式太陽能建筑的應(yīng)用 太陽房一詞源于美國，是當(dāng)時人們對玻璃房子的形象比喻，這種玻璃房子內(nèi)部陽 光充足，四季如春，非常適合人們工作居住。后來，太陽房的涵義逐漸延伸為利用太 陽能來采暖和降溫的建筑。太陽能在建筑中的應(yīng)用主要有兩種形式，即主動式應(yīng)用和 被動式應(yīng)用。被動式應(yīng)用不采用任何機(jī)械動力，而是通過充分結(jié)合周邊環(huán)境因素、合 理設(shè)置內(nèi)部功能、巧妙處理外部形體、恰當(dāng)選擇建筑材料使建筑物在冬季能夠采集、 蓄存和分配太陽能，而且也能

19、在夏季遮蔽太陽輻射、調(diào)節(jié)空氣狀況使之降溫，其工作 原理是“溫室效應(yīng)” 。太陽能的主動式應(yīng)用則需要利用機(jī)械設(shè)備和消耗常規(guī)能源。相對 于主動式太陽能系統(tǒng)，被動式太能陽系統(tǒng)構(gòu)造簡單、投資少、日常維護(hù)方便，因而容 易得到人們的接受。 2.2.1 被動式太陽能采暖設(shè)計策略 每個地區(qū)的自然環(huán)境都各有不同的特點，因此，在設(shè)計中對環(huán)境控制方法也是多 種多樣，但歸根結(jié)底主要有兩個方向：冬季采暖控制和夏季制冷控制。冬季采暖控制 可以通過直接得熱，集熱蓄熱墻式間接得熱、附加陽光間式間接得熱、綜合得熱等 幾種方式來實現(xiàn)，每種方式對太陽能的利用也不相同，下面就每種方式進(jìn)行探討。 （1）直接得熱 直接得熱是被動式太陽房中

20、最簡單也是最普遍的一種形式。其做法就是把南向窗 戶擴(kuò)大，以提高建筑的集熱面積，太陽輻射透過窗戶直接射到室內(nèi)地面、墻壁以及家 具上，使它們表面溫度升高，從而使熱量得以儲存，當(dāng)室外和室內(nèi)溫度都下降時，這 些被儲存的熱量再通過自然對流換熱釋放出來，加熱室內(nèi)空氣，使室內(nèi)溫度維持到一 定水平。 直接得熱式太陽房的優(yōu)點是熱效率高，一旦得到充足的陽光，室內(nèi)溫度上升很快， 因此對于需要白天采暖的建筑尤為適用，如辦公樓、學(xué)校等公共建筑，缺點是溫度波 動大，白天熱，夜間冷，不能滿足住宅、賓館等對夜晚溫度要求高的建筑。另外，南 窗洞口在有太陽輻射時起著集取太陽輻射能的作用，而在無太陽輻射的時候則成為保 溫的最薄弱環(huán)

21、節(jié)，因此在直接得熱的太陽房中。南窗一方面要加大，另一方面也要設(shè) 置有效的保溫隔熱措施，如做雙層窗、加保溫窗簾等。 （2）集熱蓄熱墻式間接得熱 集熱蓄熱墻是間接利用太陽能的采暖方式。太陽光首先照射到南向、外面有一 5 道玻璃外罩內(nèi)的深黑色儲熱墻體上，該墻體吸收太陽輻射熱后，通過傳導(dǎo)將熱量傳到 墻體的另外一側(cè)，然后通過對流和熱輻射方式向室內(nèi)供熱。并且，在集熱墻體的上下 部位均做通氣孔，冬天集熱墻與玻璃間的熱空氣上升通過上部孔洞傳入室內(nèi)，而室內(nèi) 較冷的空氣下降并通過下部孔洞傳出，這樣形成內(nèi)外層空氣的對流循環(huán)。 采用集熱蓄熱墻式間接得熱的太陽房由于室內(nèi)和室外有過渡空間而使室內(nèi)溫度 波動小，居住舒適，缺

22、點是熱效率較低，黑色集熱墻使建筑立面難以處理，另外玻璃 與集熱墻之間容易落灰，也不便打掃。 （3）附加陽光間式間接得熱 附加陽光間也是間接利用太陽能得熱的方式，它是集熱一蓄熱墻式與直接得熱式 的結(jié)合形式。其做法就是在房屋的南面附加玻璃溫室，可應(yīng)用于新建房屋，也可用于 舊房改造。這種南部陽光間系統(tǒng)的工作原理和直接得熱式系統(tǒng)相同，后部房間的集熱 方式則跟集熱蓄熱墻式系統(tǒng)相似，因而兼有兩種系統(tǒng)的優(yōu)點，即熱效率高、室內(nèi)溫 度波動小，同時方便打掃。溫室則可以根據(jù)房屋自身需要做成花草房，外廊或者入戶 門斗等形式。 （4）綜合得熱 在被動式太陽房的設(shè)計與建造中，通常是直接得熱式、集熱蓄熱墻式、附加陽 光間式

23、三種形式結(jié)合使用，發(fā)揮各自特點，綜合得熱。其通常的做法是加大南向開窗， 用于直接得熱，南墻為蓄熱墻，并設(shè)置封閉陽臺等間接得熱。 我國甘肅地區(qū)一單層獨(dú)院小住宅平、立面。在平面布置上，以起居室為中心，兩 側(cè)向陽位置有三間臥室，北側(cè)為廚房及儲藏室，并在南向入口設(shè)置門斗。工程采用被 動式太陽能采暖方式，通過直接得熱與間接得熱相結(jié)合的形式來達(dá)到采暖目的，其中 住宅兩側(cè)的臥室是蓄熱墻和直接得熱保溫窗式，中間起居室和臥室則是通過入戶門斗 陽光間間接得熱。廚房位于建筑中心北側(cè)，可以利用做飯余熱加熱與之較近的火炕， 同時提高相鄰房間溫度。建筑南向為大面積開窗，以吸收足夠的太陽光。北墻的門窗 洞口均非常小，并設(shè)置

24、防風(fēng)門斗，防止冷風(fēng)滲透，同時加強(qiáng)了屋面、門窗及墻地面等 處的保溫措施。 2.2.2 被動式太陽能制冷設(shè)計策略 對于我國廣大夏熱冬冷地區(qū)的住宅建筑，被動式太陽房的設(shè)計不僅要考慮冬季采 暖，還要充分重視夏季的制冷效果。被動式太陽房的制冷設(shè)計主要是利用熱的對流， 6 輻射和傳導(dǎo)的原理，采取積極有效措施來阻止外部熱量的侵入和疏散內(nèi)部熱量，從而 使建筑內(nèi)部的熱量最低化。這里包含兩方面的內(nèi)容，即降低室內(nèi)得熱和提高散熱，二 者結(jié)合，才能達(dá)到最佳的制冷效果。 （1）減少室內(nèi)得熱 來自太陽的熱輻射作用主要從兩個途徑進(jìn)入室內(nèi)影響室內(nèi)的熱舒適度：一是透過 窗戶進(jìn)入室內(nèi)并被室內(nèi)表面所吸收，產(chǎn)生了加熱的效果；二是被建筑

25、的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表 面吸收，其中又有一部分熱量通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)逐漸進(jìn)入室內(nèi)。即建筑外墻、 屋頂和門窗的隔熱和蓄熱作用在一定程度上穩(wěn)定了室內(nèi)的溫度變化，另外，透過窗戶 進(jìn)入室內(nèi)的日照也對室溫有直接而重要的影響。因此減少室內(nèi)得熱，最重要的是應(yīng)做 好屋頂與外墻的隔熱以及外窗的遮陽設(shè)計，關(guān)于具體的措施，本文將在本章最后一節(jié) 中進(jìn)行探討。 （2）提高散熱 提高散熱的主要策略就是進(jìn)行合理的通風(fēng)設(shè)計，通風(fēng)加速熱量的散逸和水蒸汽蒸 發(fā)，在同樣溫度下能給人涼爽之感，增加室內(nèi)的舒適度。被動式太陽能住宅的通風(fēng)設(shè) 計，可以通過風(fēng)壓通風(fēng)和熱壓通風(fēng)來實現(xiàn)。 （3）風(fēng)壓通風(fēng) 風(fēng)壓通風(fēng)的原理就是在迎風(fēng)面和背風(fēng)面形成壓力差

26、，室內(nèi)外空氣在壓力差的作用 下由壓力高的一側(cè)向壓力低的一側(cè)流動。在住宅中，我們常說的穿堂風(fēng)就是明顯的風(fēng) 壓通風(fēng)，即室外空氣在風(fēng)壓作用下，從建筑迎風(fēng)面的窗洞或門洞吹進(jìn)，穿過住宅室內(nèi) 從背風(fēng)面洞口吹出。被動式太陽能制冷設(shè)計應(yīng)重視穿堂風(fēng)的利用，良好的穿堂風(fēng)可以 在短時間內(nèi)使室內(nèi)溫度得到明顯下降。在住宅的平面設(shè)計方面，由于兩個開口位置的 關(guān)系，會使風(fēng)的通道發(fā)生變化，影響通風(fēng)效果，因此在設(shè)計中要協(xié)調(diào)好開口部位之間 的相對位置。 （4）熱壓通風(fēng) 由于建筑物內(nèi)外空氣的氣溫差產(chǎn)生了空氣密度的差別，于是形成壓力差，驅(qū)使室 內(nèi)外的空氣流動。室內(nèi)溫度高的空氣比重小而上升，并從建筑物上部風(fēng)口捧出，這時 會在低密度空氣

27、原來的地方形成負(fù)壓區(qū)，于是，室外溫度比較低而比重大的新鮮空氣 從建筑物底部的開口被吸入，從而室內(nèi)外的空氣源源不斷的進(jìn)行流動。這種由熱壓而 引起的自然通風(fēng)又被稱為“煙囪效應(yīng)” 。 在被動式太陽能住宅的設(shè)計中，可以利用上下空間的貫通來形成熱壓通風(fēng)。即在 7 上下貫通的空間里面，分別在上部和下部設(shè)置換氣窗，利用溫差進(jìn)行換氣通風(fēng)，也可 以直接設(shè)置通風(fēng)豎井來帶走室內(nèi)熱量。 2.3 主動式太陽能建筑的應(yīng)用 對于一些使用標(biāo)準(zhǔn)較高的建筑而言，當(dāng)單純的被動式太陽能技術(shù)不能達(dá)到其使用 要求時，就需要采用主動式技術(shù)來彌補(bǔ)。相對于被動式系統(tǒng)，主動式太陽能利用系統(tǒng) 需要依靠集熱器、各種循環(huán)管路、水泵等需要其它能源的機(jī)械

28、裝置來收集、儲存和分 配太陽能，它是太陽能利用的高級形式。當(dāng)前，在世界范圍內(nèi)，太陽能的主動式利用 已被提高到戰(zhàn)略高度，其發(fā)展的深度及廣度在一定程度上反映了一個國家的綜合可持 續(xù)發(fā)展能力。主動式太陽能系統(tǒng)可以滿足建筑的各種能耗要求，但相對于被動式系統(tǒng)， 其初期一次性投資較大。另外，主動式太陽能系統(tǒng)的各種設(shè)備也影響了建筑物的設(shè)計， 如系統(tǒng)管線如何組織；集熱器作為高科技產(chǎn)品要求暴露到室外接收陽光，如何與建筑 結(jié)合而不影響建筑美觀等，這些都是建筑師在具體設(shè)計中需要面對的問題。 根據(jù)太陽能自身的特點，太陽能在住宅建筑中的應(yīng)用主要為光熱利用和光電利用， 而又以光熱利用更為普遍。太陽能光熱轉(zhuǎn)換是將太陽的輻射

29、能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^程，在 住宅中的利用主要是太陽能熱水及采暖系統(tǒng)和太陽能空調(diào)系統(tǒng)；太陽能光電轉(zhuǎn)換是指 太陽的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，在住宅中的主要應(yīng)用是太陽能光伏發(fā)電。我國良好 的太陽能資源為我國運(yùn)用光熱、光電技術(shù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。主動式太陽能技術(shù)在住 宅中有以下利用方式。 2.3.1 太陽能熱水系統(tǒng) 太陽能熱水系統(tǒng)是利用太陽能把水加熱的裝置，是目前實際應(yīng)用最多、技術(shù)最成 熟、產(chǎn)業(yè)化最高的太陽能熱利用系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)主要元件包括集熱器、儲存裝 置及循環(huán)管路三部分。此外，還有輔助的再加熱裝置(如電熱器等)以供應(yīng)無日照時使用。 普通太陽能熱水系統(tǒng)的原理是利用溫室原理，把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并向水?/p>

30、遞 熱量，從而獲得熱水。具體來說，太陽光透過玻璃進(jìn)入密封的集熱器內(nèi)，大部分能量 被集熱器內(nèi)的黑色吸收體吸收，然后將熱量傳給冷水，冷水加熱后重量變輕，自動流 入水箱上部，水箱下部冷水由于密度大而自動流入吸熱體繼續(xù)獲得熱量，周而復(fù)始， 水箱內(nèi)的全部冷水將被加熱。當(dāng)太陽能加熱能力不足時，由輔助再熱裝置補(bǔ)充熱量。 8 在我國，太陽能熱水系統(tǒng)已經(jīng)有了二十余年的發(fā)展歷史，并在太陽能利用中居主導(dǎo)地 位，中國已成為世界上最大的太陽能熱水系統(tǒng)的生產(chǎn)國與使用國。目前太陽能生活熱 水系統(tǒng)和日益增多的地板輻射采暖系統(tǒng)結(jié)合在應(yīng)用中已經(jīng)成為趨勢。低溫?zé)崴匕遢?射采暖就是用滿足生活熱水后的余熱，通過一種埋設(shè)于建筑地板水泥

31、砂漿層內(nèi)的聚丁 烯管，在設(shè)置的自動控制元件控制下，將地板表面加熱到設(shè)計所規(guī)定的溫度，以輻射 方式向上均勻放熱，從而達(dá)到舒適的采暖效果。 2.3.2 熱風(fēng)集熱式供熱系統(tǒng) 熱風(fēng)集熱式供熱系統(tǒng)由集熱器、蓄熱器、管道、風(fēng)機(jī)等設(shè)備構(gòu)成，傳導(dǎo)媒質(zhì)是不 活躍導(dǎo)體空氣。其工作原理是空氣在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動下從集熱器到蓄熱器，再從蓄熱器返 回集熱器，如此不同斷循環(huán)往復(fù)，從而達(dá)到建筑物的采暖目的。蓄熱體一般為礫石固 定床、礫石堆等，輔助加熱器為煤氣熱風(fēng)爐，可以設(shè)置控制調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)送風(fēng)溫度 調(diào)節(jié)輔助熱源的投入量。對于熱風(fēng)集熱式供熱系統(tǒng)而言，熱風(fēng)式集熱器較便宜，熱交 換次數(shù)少，不會出現(xiàn)凍壞現(xiàn)象，使用方便安全，但集熱器的體積

32、和傳導(dǎo)面積較大，風(fēng) 道和蓄熱體所據(jù)了較大的建筑空間，影響了建筑的正常使用，故在住宅中的應(yīng)用受到 限制。 2.3.3 太陽能空調(diào)系統(tǒng) 兼有供暖、供冷功能，也可以只有供冷功能。制冷系統(tǒng)分為吸收式和吸附式。太 陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)主要由太陽集熱器和吸收式制冷機(jī)兩部分構(gòu)成，系統(tǒng)需要結(jié)合太 陽能熱水系統(tǒng)，利用太陽能集熱器獲得高溫?zé)崴缓笫篃崴諜C(jī)制冷機(jī)運(yùn)行，獲 取建筑所需的冷量。吸附式制冷系統(tǒng)將太陽能集熱器和制冷機(jī)合二為一，結(jié)構(gòu)簡單， 經(jīng)濟(jì)性好。其工作原理是采用沸石水或活性炭甲醇等無害材料作為工質(zhì)組合，整 個系統(tǒng)由太陽能吸附集熱器，真空閥門、冷凝器、蒸發(fā)儲液器、風(fēng)機(jī)盤管、水泵等組 成，白天太陽輻射充足

33、，制冷解析，經(jīng)冷凝器冷卻成液態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)儲液器，太陽能轉(zhuǎn) 化為代表制冷能力的吸附式儲存起來，晚上溫度降低。自然冷卻后、吸附床溫度下降， 制冷劑被吸收，達(dá)到制冷太陽能空調(diào)與常規(guī)空調(diào)相比，具有兩方面的優(yōu)點：首先，太 陽能空調(diào)季節(jié)適應(yīng)性良好，夏季溫度高，太陽輻射強(qiáng)，而系統(tǒng)制冷能力正是隨著太陽 輻射能的增加而增大，恰好適合夏季人們的制冷需求。另外，傳統(tǒng)的壓縮式制冷機(jī)以 氟里昂為介質(zhì)，它對大氣層有極大的破壞作用，制冷機(jī)以無毒、無害的水或溴化鋰為 介質(zhì)，它對保護(hù)環(huán)境十分有利。 9 2.3.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 1954 年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在貝爾實驗室研制成功了實用的單晶硅太陽能 電池，從而誕生了將

34、太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。太陽能電池是系統(tǒng)的 核心部件，太陽能的光伏發(fā)電就是指利用太陽電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，白天接 收太陽能，輸入電能，太陽能電池充電；晚上，太陽能電池輸出電能向用電單位供電。 在住宅建筑中，常用的發(fā)電系統(tǒng)是住宅聯(lián)網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以直接把所發(fā) 的電能分配到住戶的用電終端，并通過所聯(lián)接的公用電網(wǎng)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)電量。住宅系統(tǒng) 可以分為有逆流和無逆流兩種形式。有逆流系統(tǒng)，是和公用電網(wǎng)互相開放的一種形式， 光伏發(fā)電系統(tǒng)在產(chǎn)生剩余電力時能將電能送入公用電網(wǎng)；另外，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)電力 不能滿足住戶需要時，公用電網(wǎng)也可以打開進(jìn)行補(bǔ)充。這種系統(tǒng)適用于光伏發(fā)電系統(tǒng) 的發(fā)電

35、能力大于住戶的用電負(fù)荷或光伏發(fā)電時間同住戶用電高峰時間不相一致的情況。 事實上，住宅聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)通常設(shè)計成有逆流系統(tǒng)，這是因為白天系統(tǒng)發(fā)電量大而負(fù) 荷耗電量小，晚上光伏系統(tǒng)不發(fā)電而負(fù)荷耗電量大，另外受到天氣和季節(jié)因素的制約， 設(shè)計有逆流系統(tǒng)，可以確保白天晚上、晴天陰天的電力平衡。無逆流系統(tǒng)，是太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量始終小于住宅用戶負(fù)荷電量時的一種形式，這種系統(tǒng)是單向并 聯(lián)形式，即公用電網(wǎng)可以向系統(tǒng)提供電量，而系統(tǒng)多余電量不能輸入公用電網(wǎng)，在住 宅建筑中不常應(yīng)用。住宅聯(lián)網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)又有小型家庭系統(tǒng)和集中小區(qū)系統(tǒng)之分。 小型家庭系統(tǒng)的裝機(jī)容量較小，一般為 15 千瓦時，為自家供電，并由自家

36、進(jìn)行管理， 獨(dú)立計算用電量。集中小區(qū)系統(tǒng)，裝機(jī)容量加大些，一般為 50300 千瓦時，為一個住 宅小區(qū)供電，小區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并集中分表計算用電量。 3 太陽能一體化施工技術(shù)在多層住宅工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀 3.1 多層住宅的太陽能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 多層住宅的層數(shù)為四至六層，可以根據(jù)住戶的用水需求設(shè)置足夠的集熱器面積。 按照普通 6 層住宅計算，屋面面積一般在 180m2以上，即使是坡屋面，屋面的可用面 積也在 100 m2以上。按照每戶 3.5 人，最大配置 3 m2集熱器面積，一個單元 12 戶， 配備 36 m2集熱器即可。所以對于多層住宅，屋面面積完全可以滿足集熱器的擺放，系 統(tǒng)形式可以根據(jù)需

37、要任選。 10 3.1.1 平屋面隱入式方案 平屋頂多層住宅在我國住宅中占有很大分量，在處理一體化問題時可以優(yōu)先考慮 隱入式方案。所謂隱入式就是將熱水器按一定角度直接放到平屋面上，支架與屋面結(jié) 構(gòu)連接，通過女兒墻的遮擋，在地面一般視點無法看到，不需要過多考慮熱水器的外 形，也不用擔(dān)心熱水器與建筑的結(jié)合問題，但考慮到越來越多的高層住宅的出現(xiàn)，需 要在屋面上面擺放整齊有序，以免妨礙高層住戶的觀瞻。 3.1.2 臺階型坡屋面集熱器支架型方案 坡屋頂多層住宅與太陽能熱水系統(tǒng)一體化設(shè)計可以首先從住宅形式和體量出發(fā)， 由于集熱器需要南向的坡屋面作為安裝的依托，因此在屋頂?shù)脑O(shè)計上應(yīng)盡量創(chuàng)造出安 裝熱水器的便

38、 利條件?？梢圆捎昧Ⅲw構(gòu)成的切割手法，在坡屋頂?shù)娜切误w中切出一 塊，形成一個小的平臺，然后在平臺上面設(shè)置支架，安裝集熱器。集熱器彌補(bǔ)了被切 除屋面部分的空缺，屋面搭配集熱器后的形體仍維持原裝，只是材質(zhì)發(fā)生了變化。這 種形式使傳統(tǒng)的住宅中融入了現(xiàn)代科技成分，使住宅的科技表現(xiàn)力大幅提高。另外這 種做法的安裝和維護(hù)都比較方便，構(gòu)造也不復(fù)雜，但屋面的形狀使結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的 難度加大，并對頂層空間會有一定影響。 3.2 一般住宅工程中的應(yīng)用與多層建筑的區(qū)別 一般住宅工程在國外指在風(fēng)景區(qū)或在郊外建造的供休養(yǎng)的住所。而國內(nèi)通常把建 造在城市郊區(qū)附近，或獨(dú)立或群體的低層住宅稱為一般住宅工程，與多層及高層住宅

39、 相比，一般住宅工程有以下特點： （1）一般住宅工程具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，其層數(shù)通常為 23 層，建筑形式多樣。 （2）一般住宅工程建筑結(jié)構(gòu)簡單，面積較小，一般在 400 平方米以內(nèi)。 （3）一般住宅工程建筑的周邊空間較大，日照條件好，利用太陽能有明顯優(yōu)勢。 （4）一般住宅工程建筑中太陽能熱水系統(tǒng)服務(wù)的人數(shù)有限，其集熱器面積較小。 一般住宅工程在居住人數(shù)、用熱水時間上規(guī)律性不強(qiáng)，因此不適宜采用集中熱水 供應(yīng)的方式另外一般住宅工程多為坡屋頂建筑，若采用自然循環(huán)式系統(tǒng)，集熱器上 部的蓄熱水箱勢必造成對建筑造型的破壞，所以可以采用強(qiáng)制循環(huán)、分離式系統(tǒng)，在 屋頂只安裝集熱器，便于與建筑結(jié)合，不影響美觀，在

40、平面的設(shè)計中，可以在用熱水 房間附近增設(shè)專門的設(shè)備間，蓄熱水箱放置在設(shè)備間內(nèi)，便于檢修維護(hù)。 11 4 太陽能一體化施工技術(shù)在多層住宅工程的應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題及 解決方法 4.1 可能出現(xiàn)的問題 近年來，隨著住宅安裝太陽能熱水器的增多，帶來了另外一個重要問題，就是太 陽能技術(shù)與建筑的一體化設(shè)計問題?，F(xiàn)行的太陽能技術(shù)和產(chǎn)品多是獨(dú)立地進(jìn)行研發(fā)， 沒有與住宅的結(jié)構(gòu)、設(shè)備或者空間的設(shè)計形成有機(jī)的結(jié)合。這樣帶來的問題是很多的， 主要有以下三點： （1）一些太陽能設(shè)備如同一層不相干的表皮，附著于建筑外部，造成城市和建筑 景觀不協(xié)調(diào)； （2）安裝和施工上的問題，多數(shù)都是在住宅建好之后，再去找專門的廠商來安裝 太陽能設(shè)備，管道隨便暴露在建筑外部； （3）不適合新技術(shù)的應(yīng)用； （4）太陽能利用效率低。 4.2 解決方法 （1）首先，根據(jù)夏季和冬季住宅能耗需求不同的特點，提出了以太