低能耗建筑被动式太阳能利用方案研究

低能耗建筑被动式太阳能利用方案研究
摘要：经济的发展和人口的增长的过程中，能源大量开采，生态环境破坏。

解
决能源和环境问题成为社会各界关注的焦点。

在建筑行业，被动式太阳能利用技
术的应用，在降低能耗，保护环境方面具有突出优势，有利于建筑行业的健康发展。

关键词：低能耗建筑；被动式；太阳能利用
引言
据建筑节能协会统计，全球范围内，建筑能耗约占世界总能耗的30％，而在
我国，建筑业能耗占全国总能耗的48.7%。

如何向绿色能源、资源和可持续发展，是建筑业亟待解决的问题。

1988年，瑞典隆德大学的阿达姆森教授和德国的菲斯
特博士首先提出"被动式低能耗建筑"这一概念，即不用主动的采暖空调系统就可
以维持室内舒适热环境的建筑。

其设计原理是通过最大限度地利用太阳能等自然
能源，为建筑的使用者提供较为舒适的居住环境，尽可能减少消耗，与建筑周围
的气候因素、建筑设计及结构特点相呼应,太阳能被动式利用有光热利用和光电利
用两种形式，容易与建筑实现一体化设计，是建筑节能的重要途径。

1建筑太阳能利用背景
世界人口不断增长以及经济高速发展，伴随着煤炭、天然气、石油等一次能
源的大量开采消耗，全球性的能源危机和环境危机问题愈发严重，人类的生存和
发展面临着威胁和挑战。

近年来，对能源消费结构情况进行全球范围的统计分析，其中可再生能源仅占2.8%。

改变能源消费结构、开发可再生能源成为世界最关注
的焦点之一。

人类可利用的能源中，太阳能资源最为丰富，据估计，在过去长达11亿年的漫长时间中，太阳仅消耗了自身2%的能量，同时太阳能利用历史悠久，把太阳能以能源与动力的形式转化应用在日常生活中，有着400年的时间。

建筑在利用太阳能过程中受到太阳相对位置、大气条件、地理环境位置等因
素的影响。

目前，根据各类可再生能源的经济性及特点，多数技术研发选择将太
阳能、地热能直接应用到建筑中，其中太阳能在建筑中应用最广泛的两方面为光
热利用和光电利用。

2被动式太阳能建筑设计策略
2.1建筑屋顶一体化设计
被动式太阳能建筑的屋顶在设计时需要做到炎热时吸热少，寒冷时热量流失少，只有这个才可以对热能进行有效的控制，进而降低建筑内部的供热与制冷。

首先在建筑采暖冷却方面，寒冷区域的被动式太阳能建筑应尽可能的吸收太阳的
辐射，建筑顶部在设计时选择性吸收膜的不锈钢板，下部则可以设计通风管道，
使用供气风扇将经过太阳能辐射后的热空气输送到室内进行取暖，防水材料可以
选择具有良好保温性能的，尽可能的降低建筑屋顶的散热速度；炎热地区的被动
式太阳能建筑屋顶应尽量进行散热设计，可以安装通风夹层，通过热压作用实现
自然通过散热，加快屋顶的散热速度，其次还可以在屋顶设计水池或者种植植物，进而达到隔热的效果，同时还可以达到建筑绿化环保的效果。

2.2建筑墙体结构一体化设计
被动式太阳能建筑墙体部分的作用可以分为隔热保温、集热与蓄热三个方面。

首先在炎热区域，通过遮阳技术可以最大幅度降低太阳辐射，这样室内空调制冷
的能耗也会大大降低。

遮阳技术分为外置与内置两种，外置的设计基本可以遮挡100%的太阳直射，远强于内置设计。

其次在建筑墙体保温设计方面，一体化的理
念会将保温与隔热结合起来，通过相互配合让建筑物具有更加优秀的性能，可以
使用新型的绝热材料增强保温隔热效果，也可以在外墙种植爬藤植物。

最后在建
筑墙体集热与散热方面的设计，一般是运用于寒冷区域或者冬季较长的区域，建
筑南面的墙体在设计时应最大限度获得太阳辐射，同时尽可能的降低其它面的散
热速度，在中间部分的设计需要考虑到蓄热问题，可以设置阳光间，让经过太阳
辐射加热的空气能够流动到室内。

3低能耗建筑被动式太阳能利用技术
3.1太阳能供电系统
太阳能发电有太阳能光伏发电技术和太阳能光热发电技术，太阳能光伏发电
是一种清洁能源利用技术，可以实现碳的零排放，也是一种可以实现大规模应用
的能源，既可以用来独立发电又可以进行并网发电，又很适合在人均土地面积少、风能又相对不够充足的国家中开发和利用。

设计采用了太阳能光伏发电技术，根
据光生伏特效应，利用硅板捕捉太阳所发射的活性光子，形成光电子对，再由多
个硅板并联，以提供相对较稳定的电压和电流。

太阳能供电系统主要包括太阳能
光伏电池板、蓄电池、太阳能充电供电控制器三部分组成。

由于系统中所使用的
风机为低压头、小流量、小功率直流电机，太阳能电池板所产生的直流电直接为
电机提供动力。

在系统中加装太阳能蓄电池用以储存太阳能电池板产生的额外电量，阴天或其它光照不足的情况出现时，可以用太阳能蓄电池继续作为电源提供
动力，在阳光充足的时候可以自行充电，转为由电池板直接供电。

太阳能充电控
制器可以保护蓄电池，防止过度充电现象的发生。

3.2被动式太阳能采暖
被动式太阳能设计不光要考虑自然光本身，还要考虑建筑的保温和气密性，
室内物理环境，室内外关系，达到预想的太阳能得热效果。

其优势是降低采暖费用，减少污染。

建筑尽量朝向正南，建筑材料采用砖、土坯、混凝土、水体等蓄
热性较好的材质，采用多层Low-E玻璃，减少热量流失，提高建筑气密性，夜间
对窗户增加保温措施如增加棉帘等，提高直接受益式太阳房效益。

同时净片玻璃
易造成眩光等不舒适感，可采用半透明的漫射玻璃来弥补眩光问题。

集热蓄热墙
式是在直接受益式的基础上增设一道墙体，阳光透过玻璃照到集热墙上，墙的外
表面涂有吸收层，提高吸收率，底部和顶部分别开通风口，并设可调控开启活门。

集热抢加热间隙内空气，热空气上升，冷空气下降，空间内层内形成气流，冬季
开启上部通风口，热空气流入室内。

夏天关闭通风口，热空气从排风口排出，凉
风从北窗进入室内，室内温度下降。

此种被动式太阳房室内温度场稳定，但室内
采光、视线不佳。

须和其他形式协调配合使用，适合各种建筑类型。

3.3太阳能新风系统
冬季，借助太阳能光电转换的电能驱动风机，将外界新鲜的冷空气通过引风
器引入地下风道中，吸收土壤的热量对管道内的空气进行预热，为建筑室内提供
新鲜而温暖新风。

夏季，同样驱动风机将室外新鲜的热空气引入地下风道中，土
壤内蓄存的冷量对管内热空气进行预冷，为建筑室内提供新鲜而凉爽的新风。

该
系统借助土壤良好的蓄热蓄冷性能，可有效降低建筑新风的冷热负荷，减少电费
支出，冬夏季从土壤取出或放出的热量可以得到自然补偿。

4太阳能利用和建筑节能的意义
世界建筑的发展趋势是节能，加快建筑节能、绿色、低碳的前进步伐，有利
于国民经济持续发展。

现如今，太阳能在建筑利用中的发展趋势是太阳能建筑一
体化，在一体化设计中实现建筑、设备、技术和美学的完美融合，使得太阳能设
施成为建筑的一部分，既可以使太阳能系统发挥出更好的作用，又能够巧妙高效利用建筑空间、避免传统太阳能系统对建筑外观形象的影响。

结语
基于低能耗建筑的基础上，介绍了太阳能在光电，光热，采暖技术上的被动式应用方案，详细介绍了几种方案的运行策略，系统方案相互独立又相互配合，体现了节能环保的被动式太阳能建筑一体化的设计理念。

参考文献
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[4]孟谦.建筑节能技术在我国的运用[J].中国建设信息.2017(13).。