節(jié)能建筑與太陽能應(yīng)用

2023/1/10節(jié)能建筑與太陽能應(yīng)用同濟(jì)大學(xué)宋德萱教授2一、陽光規(guī)律

夏至日（6.22）冬至日（12.22）2.北回歸線、太陽輻射指數(shù)3.太陽能輻射與建筑界面關(guān)系（量次序：屋面、西、南、東、北）1.極端氣候條件(最冷熱時間：冬夏至后延遲一個月)3不同地區(qū)觀察太陽運行路線太陽軌跡投影圖上海太陽軌跡圖上海氣象數(shù)據(jù)周圍建筑對光電板直接陽光輻射可達(dá)性的影響Periodformaximumdirectsolarradiation5二、建筑利用途徑1.光-熱水裝換2.光-電轉(zhuǎn)換3.光-熱空氣轉(zhuǎn)換建筑一體化（太陽能熱水：上海冬天不用，夏天應(yīng)用為主，和使用習(xí)慣有關(guān)）6太陽能采集器的形式、朝向、角度、材料、面積大小，是決定收集太陽能效率的關(guān)鍵因素。7三、建筑太陽能利用設(shè)計技術(shù)1.量化指標(biāo)2.建筑要求3.建筑平面平面朝向：東西±15°斜面傾角：緯度＋（10~15）°（冬寒夏熱綜合考慮)開敞無遮擋落葉喬木平直避風(fēng)8四、太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化中國太陽能資源分布太陽能熱水系統(tǒng)類型系統(tǒng)圖自然循環(huán)直接系統(tǒng)自然循環(huán)間接系統(tǒng)強制循環(huán)直接系統(tǒng)強制循環(huán)間接系統(tǒng)集中供熱水系統(tǒng)集熱器位置坡屋面集熱器布置平屋面集熱器布置墻面集熱器布置陽臺集熱器布置凸窗間集熱器布置9中國太陽能資源分布10太陽能熱水系統(tǒng)類型11自然循環(huán)直接系統(tǒng)12自然循環(huán)直接系統(tǒng)（附加回水系統(tǒng)）13自然循環(huán)間接系統(tǒng)14強制循環(huán)直接系統(tǒng)15強制循環(huán)間接系統(tǒng)16集中供熱水系統(tǒng)原理17坡屋面集熱器布置（上嵌入式）18坡屋面集熱器布置（下嵌入式）19坡屋面集熱器布置（鑲貼式）20坡屋面集熱器布置（重檐式）21坡屋面集熱器布置（重檐式二）2223平屋面（分體式）24平屋面（整體式）25平屋面（構(gòu)架式）26高層建筑屋面集熱面積不夠，可設(shè)于外墻、重檐、屋面、地面；太陽能集熱器的清洗，清潔水回路等問題；27墻面（類型一）集熱器南側(cè)而廚房、衛(wèi)生間北面，管道路線長——對設(shè)計提出改變，廚房可置于南面，縮短管道路徑。28墻面（類型二）1平米集熱器——3.5人

29墻面集熱器剖面3031陽臺（外掛式）32陽臺（外掛內(nèi)嵌直立式）33陽臺（外掛傾斜式）34陽臺（陽臺一體化式1）35陽臺（陽臺一體化式2）3637凸窗間（直立式）38凸窗間（傾斜式）39404142五、被動式太陽能建筑1.直接受益式太陽能建筑（Directgain）a.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時間準(zhǔn)確：太陽熱能的獲得與居住者舒適需要相一致數(shù)量適宜：太陽得熱量與住者舒適條件習(xí)慣相一致玻璃恰當(dāng)：各種玻璃的熱性能要掌握熱損失少：窗的構(gòu)造和玻璃性能對熱損失的影響避免眩光：入射陽光應(yīng)與居住生活方式協(xié)調(diào)b.太陽能的捕獲玻璃窗盡量朝向正南，如果有良好的保溫扇做夜間保證，朝東或西的玻璃窗也能獲得太陽能窗戶與屋面和墻體結(jié)合，使陽光盡量多地分布于室內(nèi)各個部分窗的位置應(yīng)以增加陽光對貯熱體的直接照射為佳431.直接受益式太陽能建筑（Directgain）c.太陽能的貯存厚重外墻貯熱體須用保溫層與室外隔開越多越好，貯熱體受陽光照射越多，室溫波動越小混凝土和水都有較好的貯熱性能貯熱效率不應(yīng)以被其他材料覆蓋而降低直接照射的貯熱體比非直接照射貯熱體其貯熱效率要高4倍d.太陽能的保持減少通過玻璃的熱損失——多層玻璃活動保溫裝置——手動硬質(zhì)保溫板、保溫卷簾（鋁箔）折疊式保溫板、活動百葉保溫裝置的相對位置——玻璃窗的內(nèi)側(cè)、玻璃窗的外側(cè)44直接受益式圖例：窗墻比、進(jìn)深和不同季節(jié)高度角的關(guān)系——直接受益面積，左圖>右圖452.對流環(huán)路式太陽能建筑（Convectiveloops）a.設(shè)計原理熱虹吸現(xiàn)象——“煙囪效應(yīng)”氣流暢通最佳貯熱石塊的尺寸b.熱空氣的性質(zhì)保證一定的上升速度管道的轉(zhuǎn)彎要少保證集熱面的垂直高度462.對流環(huán)路式太陽能建筑（Convectiveloops）c.對流環(huán)路的控制自動防止反向?qū)α鳌療崦娌贾糜诮ㄖ百A熱體下部薄膜逆向風(fēng)門復(fù)合“U”形集熱墻可控風(fēng)門系統(tǒng)——

解決冬夏兩季的不同工況472.對流環(huán)路式太陽能建筑（Convectiveloops）d.與建筑的關(guān)系能與建筑外形結(jié)合得更好較低造價良好的熱工性能e.太陽能的貯存墻體塊石床地面48對流環(huán)路式實例

493.蓄熱墻式太陽能建筑（Thermalstoragewalls）a.設(shè)計基礎(chǔ)直接受益式與對流環(huán)路式的結(jié)合操作簡便改善通風(fēng)效果室內(nèi)溫度穩(wěn)定對防火與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有益503.蓄熱墻式太陽能建筑（Thermalstoragewalls）b.“特隆貝”墻系統(tǒng)（Trombewall）材料：外部玻璃——透明玻璃空氣間層貯熱墻體——

磚或混凝土、粗糙的和深色表面逆止風(fēng)門原則：任意長的墻體洞口面積/墻體面積1%

上下風(fēng)口垂直距離6ft

空氣間層寬度=3~4in

玻璃有良好的氣密性和防水性能設(shè)計：帶有保溫窗簾設(shè)多層玻璃與建筑立面結(jié)合特隆布墻設(shè)計513.蓄熱墻式太陽能建筑（Thermalstoragewalls）c.“水墻”墻系統(tǒng)特點：造價低效率高多樣化設(shè)計：與“特隆貝”墻結(jié)合設(shè)帶手動的保溫板透明式豎管水墻室內(nèi)52清華設(shè)計院例——利用蓄熱墻拔風(fēng)，強化夜間通風(fēng)534.附加日光間太陽能建筑（Attachedsunspaces）a.概念直接受益式的異化有較大的溫度波動可以增加使用空間溫度的緩沖區(qū)（室內(nèi)-室外）提供綠化空間b.熱量的控制調(diào)整玻璃層數(shù)改善窗的氣密性設(shè)計活動保溫裝置c.通風(fēng)方式保證可開啟的吸風(fēng)面的面積滿足一定的換氣次數(shù)組織好通風(fēng)流過的路徑直接受益式蓄熱墻式附加日光間544.附加日光間太陽能建筑（Attachedsunspaces）d.貯熱問題貯熱體的部位：地板、臺度、水容器