生态与可持续建筑论文

生态与可持续建筑论文
——太阳能在建筑中的运用
在上完了8周的生态与可持续建筑这门课后，我收获了很多。

可能因为以前没有接触过这么实际，这么与现实问题关联的知识。

总是埋头在自己的设计小世界里，而没有关注到生态与可持续这件事情。

今天我将挑选这门课我最感兴趣的一个话题展开分析，就是有关于太阳能在建筑中的运用。

首先，我想先解决一个在还没上门课前，困扰我很久的一个问题，就是这门课到底是讲什么的！我在书中查到了很多关于生态与可持续的资料。

建筑在设计、建造、使用过程中要消耗大量的能源和材料，同时排放大量的垃圾、废气和废水，危害生态环境的健康和可持续发展。

生态建筑学从产生至今，一直致力于解决建筑领域中人类面临的环境与生态问题，并随着新的问题和观念的产生而不断发展。

20世纪90年代后，全方位解决环境生态问题的“可持续发展”理论成为全球共识，环境、生态、资源共同成为世界各国关注的焦点。

可持续建筑又是什么呢？原来，“可持续建筑”又称为“可持续发展建筑”，是可持续发展观在建筑领域中的体现，我们可简单地将其理解为“在可持续发展理论和原则指导下的设计、建造、使用的建筑。

”它体现了人们对资源、环境、生态因素的全
面关注。

我也看过有关于这方面的书籍，书中出现过三个名词，让我很困扰。

就是，生态建筑、绿色建筑和可持续建筑。

以前我自以为说的都是一回事，但是今天在我查阅各种资料后才发现没那么简单。

“生态建筑”侧重于从“整体”和“生态”的角度，强调利用生态学原理和方法解决生态与环境问题。

“绿色建筑”则侧重于从“环保”和“健康”的角度，来达到环境保护的目的。

所以“生态建筑”与“绿色建筑”所具有的含义是一种相互交融的关系。

但“可持续建筑”不仅关注“环境——生态——资源”问题，而且强调“社会——经济——自然”的可持续发展。

所以可以说，从“生态建筑”、“绿色建筑”到“可持续建筑”是一个从局部到整体，从低层次向高层次的认识发展过程。

可持续能源主要包括：太阳能，氢能，水动力能，风能，沼气，和核聚变能等等。

其中太阳能可持续50亿年以上，是个相对来说永久的能源。

接着，我将用剩下的篇幅来重点分析太阳能建筑。

太阳能是什么？
太阳能作为一种免费，清洁的能源，在住宅建筑中的利用，将关系到可持续发展的战略，可谓意义深远。

其与建筑结合创造的低能耗高舒适度的健康居住环境，不仅让住户家庭生活的更自然更环保，而且能节能法减污，对实现社会可持续发展具有重大
意义。

太阳能利用的优缺点：
太阳能在能源开发利用中具有独特的优势：
（1）储量极其丰富：一年内达到地面的太阳能总量是目前世界主要能源探明储量的一万倍。

德国太阳能专家伯尔科
说，只需开发非洲部分地区的太阳能发电，便能满足全
世界的店里需求。

而且太阳辐射可以源源不断地供给地
球，取之不尽，用之不竭。

（2）普遍性：太阳能不想其他能源那样具有分布的偏集性，它处处都可以就地利用，有利于缓解能源供需矛盾，缓
解运输压力，解决偏僻地区及交通不便的农村，海岛的
能源供应。

（3）无污染性:在众多环境问题中，矿物燃料燃烧形成的污染十分严重，利用太阳能做能源，没有废渣，废气、废水
的排出，无噪声，不产生有害物质，这在环境污染日益
严重的今天显得尤为可贵。

（4）经济型：从两个方面论述:一是太阳能取之不尽，用之不竭，可以随地取用。

二是在目前的技术发展水平下，太
阳能热利用已具备经济性。

比如太阳能热水器，虽然一
次投资较高，但在使用过程中不需要灵位耗能，而其他
能源热水器仍需耗费能量。

太阳能资源虽然具有很多优点，但也存在着严重的缺点和问题：
（1）分散性：到达地球表面的太阳能的总量很大，但能源密度很低。

因此，想要得到一定辐射功率，只有两种可行
的方法：一个是增大采光面积，一个是提高采光面积的
聚焦程度，但是前者需占用较大的地面，后者则会使成
本大大提高。

（2）间断性和不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制，以及晴、阴、云、雨等
气象因素的影响，太阳辐射既是间断的又是不稳定的。

所以解决蓄能问题很重要，但这仍是太阳能利用中的最
薄弱的环节之一。

（3）效率低和成本高：有些方面虽然是在理论上可行，技术上也成熟，但是因为效率普遍较低和成本较高，所以
经济性也不太乐观。

目前还不能与常规能源相竞争。

太阳能与建筑一体化
概念：
若能把建筑物与太阳能设计放到一起考虑，实现相互间的有机结合，便可节约投资，保持建筑物的整体美观性不受破坏，又可最大限度地利用设施与建筑的一体化问题，简称为“太阳能与建筑一体化”。

含义：太阳能与建筑一体化的含义有四层含义：
（1）它是将太阳能利用技术与先进的建筑节能技术和节能产品等优化组合，使建筑课利用太阳能的部分（如屋顶、
墙体、门窗等）得以充分利用。

（2）同步规划设计，同步施工安装，将建筑材料与太阳能利用设备有效结合，节省太阳热水或光伏发电系统的安装
成本和建筑成本。

（3）太阳热水或光伏发电系统和建筑融为一体，不影响建筑围观。

（4）太阳能的利用与建筑相互促进，共同发展，使其节省能源。

太阳能建筑的发展
目前，太阳能已在建筑取暖、制冷、制造电池等方面有所应用，太阳能建筑一体化示范小区以及太阳光伏电站的建成，为调整能源结构，保护生态环境开了先河。

但是，我国对太阳能无论是开发利用的规模，还是社会公众利用太阳能的意识，与国外有些国家相比，都相距甚远。

古代建筑大都讲究坐北朝南，其实这是主动利用太阳光和热的自发意识的表现。

现代太阳能建筑的发展一般分为三个阶段：（1）被动式太阳房：它是一种完全通过建筑朝向和周围环境的合理布置，内部空间，和外部形体的巧妙处理以及材料、结构的恰当选择、集取、蓄存、分配太阳热能的建筑。

（2）主动式太阳房：它是一种以太阳集热器、管道、风机或泵、散热器及贮热装置等组成的太阳能采暖系统或与吸收式制冷机组成的太阳能供暖和空调的建筑。

（3）
零能建筑：它利用太阳电池等光电转换设备提供建筑所需的全部能源，完全用太阳能满足建筑供暖、空调、照明、用电等一系列功能的要求。

太阳能建筑国内外的发展动态
1 国外太阳能的发展趋势：
国外太阳能建筑的发展趋势首先是“主动式太阳房”称为太阳能的主导产品并大规模开发，其次是“零能建筑”投入商业运营。

国外太阳能发电产业发展迅猛，各国纷纷立法，制定鼓励政策，提出发展规划，大力扶持，推广应用，促进了光伏产业飞速发展，使其成为近十年来增速最快的能源产业之一。

关于主动式太阳房的大规模开发，美国“百万太阳能屋顶计划”是规模最大，涉及部门最多，正在逐步实现的项目计划。

德国式世界领先的太阳能发电业市场，占世界太阳能发电产能的55%。

2 我国的发展状况：
当前，我国被动式太阳能房屋的技术已日臻成熟，被动式太阳房已进入规模普及阶段，主要表现在以提高室内舒适度为目标，由群体太阳能建筑向太阳能住宅小区、太阳村、太阳城发展。

综合考虑我国的社会经济发展水平，太阳能建筑的发展方向将是被动与主动相结合。

在主动与被动供能相互配合组成供能系统的情况下，整套建筑供能系统的设备性能将会提高，而尺寸和造价将会降低，这样，太阳能与常规能源相结合时实现建筑绿色供能可商业化的发展方向。

被动式太阳能建筑
1 含义：被动式太阳能建筑中，免费的太阳能为房屋提供能量，
但却不影响住户的舒适感，也不增加建筑运行的费用。

2 结合阳光设计：设计被动式太阳能建筑，设计师需要弄清5件事情：
a全年各时段里地段接受的阳光强度
b全年各时段里太阳与地段件的方位关系
c 全年各时段里，为了维持使用者的舒适度，房屋需要接纳多少——或者需要遮蔽多少——来自阳光的能量
d 为了满足人的需求，建筑需要多大的蓄热能力
e 为了控制建筑中通过直接太阳辐射、对流、传导获得的热量，设计中还有别的什么要求？为了满足这些要求，应如何设计维护结构的性能、建筑形式和通风？
3 能量转换的过程：
A收集——为收集太阳光的能量，在房屋南立面使用双层玻璃窗户
B储存——阳光的能量被收集后，有的热量会立即在起居空间被利用，其余的则会被储存待后续发挥作用。

蓄热体，被称为热质量，通常在楼板和内墙处建造。

热质量的特点就是能够吸收热量，储存热量并在房屋内部温度降低时再将热量缓慢散发。

混凝土、石、砖和谁，可以被作为热质量用于蓄热。

C 散发——楼板和墙体中出差呢的热量，是通过辐射、对流和传
导的方式缓慢散发的。

在一个混合系统中，风扇、排风和送风机可以用于帮助热量的散发。

4 系统构成被动式太阳能系统都有三种重要的组分：收集部件，蓄热体和接收热量的空间。

5 分类：家中可用的被动式太阳能系统有三种：直接得热，间接得热和隔离得热。

每个得热方式都有相应字母的图片作为说明。

一直接得热系统：
a直接得热系统：直接得热系统是被动式太阳能建筑中最常用的。

在这种系统中，屋顶、墙体和楼板的保温性能做的很高;阳光通过窗户进入室内，被建筑内部的重型材料吸收。

白天，建筑结构收集和储存太阳能，夜间，储存的太阳能就会逐渐散发。

这个系统通常利用窗户或者天窗，让阳光直接照射需要加热的区域。

二间接得热系统：
b 间接得热系统：间接得热系统是收集并储存太阳能的被动式热工系统，建筑的构建会被其他较暖构建（比如墙体、楼板）的辐射或周边空气的对流所加热。

如果一个墙体被作为间接得热系统的蓄热体，它就被称作太阳能墙或蓄热墙。

蓄热墙体有一下几个类型：
c特隆布——米歇尔墙系统：特隆布墙的上部和下部有可控通风设计，从而能够形成对流热传导。

蓄热墙的通风口可以允许一
定量的空气流动，形成一种让热量在建筑中循环的方式。

D 水墙系统：用水代替了固体墙身，注水的容器替代了砖石墙体，常用的是高耸的玻璃纤维管。

水的单位体积比热容要比砖和水泥大。

因此，一定体积的水墙要比固体墙效率高。

E芭拉——康斯坦丁尼墙系统：将轻型的玻璃式收集器固定在墙体上。

玻璃墙板作为集热器。

而在建筑内部的风道里，暖空气通过自然对流的方式进行循环，不断把重型的天花、墙体和地板加热。

三阳光房，阳光温室，暖房：通过阳光房（也称作阳光温室或暖房）来收集能量，将房屋的通风空气进行预热。

F半直接得热阳光房：该系统应用了双层玻璃幕墙，幕墙系统的调节很重要，太阳辐射可以轻易地将阳光房和室内空间晒得过热。

过热时要靠通风来缓解，必要时应在阳光房顶部进行遮蔽。

G间接得热阳光房：阳光房和建筑室内之间有一堵蓄热墙。

墙体吸收太阳辐射，并将其转换为热量，在传递到室内空间。

H热虹吸式阳光房：阳光房的空气是通过背景墙顶端的自动百叶或者通风阀门向室内传输的。

墙底部的通风阀门用于回收室内较凉的空气。

这样就形成了对流，在阳光房内形成了热量分层，从而优化了房屋内部的得热。

此调节系统可同时控制阳光房和建筑室内的气温水平，使空气以适宜的温度从阳光房向房间流动。

I石床混合式系统：石床紧密地域被动式太阳能建筑相连。

大多把石床设置在热空气源之下，这样不能一自然对流的方式传热，这种情况下，通常会加一个风扇，从而使一部分系统在技术上成为了主动式的。

石床的驱散过热空气的效果：（1）降低室内气温，增加舒适度（2）储存能量，以便后续释放（3）室内热量在分布，建筑南部室内高处易累积热量，应使这部分空气向较冷的北部低处流动。

主动式太阳能系统：
1 含义：在利用太阳能的过程中有耗电设备或人工动力系统参与。

2 分类：太阳能热水系统，太阳能光伏发电系统，太阳能供暖系统，太阳能制冷系统。

3 太阳能光伏发电系统（太阳能光电转换系统）：
A含义：太阳能光伏电池直接将太阳光转化成为电能。

太阳能光电系统的基本组成部件是太阳能光伏电池。

B 作用：即使在多云天气，高纬度的北方，太阳能光伏电池仍然能够产生充足能量已满足建筑的全部或者部分用电需求。

太阳能光电系统的灵活性使其能够应用在很多建筑产品中，直接代替建筑结构中的传统材料（例如太阳能屋顶瓦片、幕墙、装饰性墙板）
C优势：太阳能光电系统作为一种家用能源有至少10点优势，他们分别是：（1）它是一种洁净的绿色能源，不会释放二氧化碳，氮氧化合物或者二氧化硫等污染物。

（2）硅晶太阳能光电
板的生产过程是无毒产品（3）能源回收期为2~5年，一般光电板使用寿命是20年以上（4）能源在同一地点生产与使用，因此避免了由于输送过程造成的能量损失（5）太阳能光电系统很可靠，只要安装在屋顶就可以工作（6）能源生产安静无声（7）不需要太多维护，只需要保证表面清洁（8）太阳能光电系统能够为远离高压输电网的地区提供能量（9）太阳能光电斯通是一项可运输的技术，能够在建筑物之间改变安装位置（10）太阳能光电系统可以在断电期间提供能量
4太阳能热水系统：
A含义：太阳能热水系统收集太阳辐射能量，并将能量转化为热量，然后以热空气或热水的形式分配至需要的地方或者储存起来以备以后需要。

太阳能热水器由太阳能集热器，热水储存罐和水泵组成。

B热水分配系统：是指完成热水从集热器到储存罐或使用位置的热水循环管道。

C优势：该系统是可靠地，经过检验的技术，利用了来自太阳光、免费清洁的能源。

太阳能建筑实例：
1 芬德虹住宅（Findhorn House）约翰。

沃斯特（Johan Vorster）位于苏格兰芬德虹
生态特点：石床
描述：房子中设计有一个石床，是用一些房屋拆除时的废弃物
来建造的，位置处于走廊边上的房间只下方。

为了要与建筑中较热的位置保持有一定的距离，因为这些较热的空间应该需要有它们独立的热储存空间。

2 1979太阳能住宅（1979 Solar House）木村建一，松岗先生位于东京稻城市
生态特点：被动式太阳能得热，混合式太阳能热水系统，太阳能集热器供暖。

描述：墙体、屋顶和窗户的保温性能很好，在加上被动式的太阳得热，使房子在冬天很舒适。

室内供暖采用混合式的太阳能热水系统，热量传递到各部分。

屋顶设有太阳能集热器以制备热水和为室内提供取暖。

3 潘林住宅（Pen-Y-Llyn）克里斯多夫。

戴（Christopher Day）位于英国威尔斯
生态特点：太阳能去暖
描述：一个使用固体燃料的烹调火炉和位于房子中央的烟囱为大面积和低温的枪挑提供热量，并再由墙体向四周的5个房间散发辐射热。

以上就是我关于太阳能建筑做的一些分析。

很多书籍都有涉及到太阳能建筑，可以看出这个技术已经很普遍了。

通过我上面的分析，我发现太阳能建筑真是几乎趋于完美，但我国的技术还不够先进，技术还没法与国外相比较。

但我坚信，在不久
的将来，中国的太阳能建筑也会非常的普遍，技术也会有很大提高！争取向零能建筑迈进！
我对生态与可持续建筑课程的感触：
短短的8节课就这么过去了，我其实得到了很多，了解了太阳能建筑，懂了一些关于沼气的利用的知识，还知道有掩土建筑这个陌生的名词等等，，，，，，这门课开拓了我的视野，让我发现了在当今世界发展的趋势下，生态与可持续建筑是尤为重要的。

这段日子里，我受益匪浅！
参考文献
1《广义建筑节能——太阳能与建筑一体化设计》
曹伟，中国电力出版社；
2《生态建筑设计指南》休。

罗孚，曼纽尔。

福安特
中国林业出版社；
3《生态建筑》冉茂宇华中科技大学出版社；
4《生态设计之路——一个团队的生态设计实践》黄献明，夏伟中国建筑工业出版社；。