太陽能在建筑節(jié)能中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)-建筑設(shè)計(jì)論文發(fā)表

太陽能在建筑節(jié)能中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)_建筑設(shè)計(jì)論文發(fā)表

太陽能在建筑節(jié)能中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)_建筑設(shè)計(jì)論文發(fā)表2011-08-0209:16來源：未知瀏覽次數(shù)：關(guān)鍵字：建筑節(jié)能；建筑設(shè)計(jì)；太陽能太陽能在建筑節(jié)能中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)主要途徑，重點(diǎn)分析了太陽能在建筑節(jié)能中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；建筑設(shè)計(jì)；太陽能

1.前言

建筑作為人類的基本居住空間，是構(gòu)成城市的主要物質(zhì)組成部分，它對(duì)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(fèi)大量的能源。因此，節(jié)約能源是其今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2建筑節(jié)能的主要途徑

建筑節(jié)能主要包括兩個(gè)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(yīng)采取以下措施。

（1）提高供暖（空調(diào)）系統(tǒng)的效率，它包括設(shè)備本身的效率、管網(wǎng)的傳送效率以及用戶端的計(jì)量、室溫調(diào)控裝置等，僅用戶端的計(jì)量和室溫調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用這一項(xiàng)，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(jì)的保溫材料和先進(jìn)的構(gòu)造技術(shù)來有效地提高建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)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(dāng)?shù)耐L(fēng)又要設(shè)計(jì)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(hù)結(jié)構(gòu)向室外散失的能量。以建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)墻體保溫隔熱的構(gòu)筑技術(shù)和材料性能。眾所周知，外墻內(nèi)保溫構(gòu)造具有施工方便、保溫層不受室外氣候侵蝕的優(yōu)點(diǎn)，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(shè)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(gè)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(duì)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(dòng)式太陽能采暖、太陽能供熱水、主動(dòng)式太陽能采暖與空調(diào)、以及太陽能發(fā)電等。被動(dòng)式采暖系統(tǒng)雖然技術(shù)要求和造價(jià)相對(duì)都比較低，但對(duì)建筑師的技術(shù)要求較高，要求建筑師具備被動(dòng)式采暖、通風(fēng)等建筑設(shè)計(jì)的基本知識(shí)和進(jìn)行建筑物理環(huán)境設(shè)計(jì)以及特殊建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)的能力。

零輔助熱源被動(dòng)式太陽房，是指以被動(dòng)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(dòng)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(dá)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(dòng)式太陽房。

以這種方法設(shè)計(jì)的被動(dòng)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(shè)計(jì)方法相應(yīng)的太陽房，稱之為零輔助熱源被動(dòng)式太陽房。由此可見，零輔助熱源被動(dòng)式太陽房并不要求常規(guī)能源的使用絕對(duì)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(shè)備，而僅僅通過建筑朝向的選擇、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的設(shè)計(jì)及建筑材料的合理利用等，達(dá)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)置輔助熱源采暖系統(tǒng)。

3太陽房的設(shè)計(jì)構(gòu)思

根據(jù)上述思想，設(shè)計(jì)了一幢被動(dòng)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(dú)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(shè)計(jì)成一字型（這種平面形式房間，進(jìn)深過大，會(huì)降低太陽能采暖效果；進(jìn)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(fēng)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(shè)計(jì)在平面布置上采用雙排小進(jìn)深方案，使所有房間均可利用太陽能采暖，且采光通風(fēng)良好，使用功能合理，空間環(huán)境優(yōu)美、實(shí)用舒適。為了安全方便使用熱水器等，將臉盆、洗衣機(jī)、熱水器設(shè)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(tái)。平臺(tái)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(fēng)、雨、雪等對(duì)承重、防水構(gòu)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(jìn)深大開間設(shè)計(jì)，考慮到房間按小進(jìn)深大開間設(shè)計(jì)后不利于節(jié)地，因而設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)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(shí)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(shè)計(jì)的通風(fēng)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(shè)計(jì)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(fēng)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(qiáng)自然通風(fēng)，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(jì)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(shè)計(jì)成前后兩排，高低錯(cuò)落，虛實(shí)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(hù)了外墻面。同時(shí)，層次豐富的立體綠化形成了既可保溫隔熱，又有效地保護(hù)了外墻面。同時(shí)，層次豐富的立體綠化形成了一個(gè)綠化景點(diǎn)。

3.4集熱蓄熱墻的設(shè)計(jì)

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(shí)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(jìn)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(shè)一層門冬季當(dāng)人們感到室內(nèi)溫度過高時(shí)，往往關(guān)閉通風(fēng)口。本方案設(shè)計(jì)的雙門有孔隙集熱蓄熱墻構(gòu)造見圖6。其工作原理是，當(dāng)室溫較低時(shí)，打開通風(fēng)口內(nèi)外門，使集熱蓄熱墻以直接環(huán)流進(jìn)行工作。當(dāng)人們感到室溫較舒適時(shí)，關(guān)閉通風(fēng)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(shí)，關(guān)閉通風(fēng)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(shù)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(yīng)用為主動(dòng)式太陽能采暖，尤其太陽能空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，提供了高品位熱源。太陽能光電利用，是利用領(lǐng)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(fù)合技術(shù)，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(gòu)件復(fù)合多功能高新技術(shù)發(fā)展的一個(gè)成功實(shí)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(gè)重要方面，要實(shí)現(xiàn)有效地