太阳能利用(被动式太阳能建筑)

太阳能建筑的特点
• 1.能源供应——天地互补 • ①太阳能光热系统 太阳能生活热水系统、太阳能直接采暖系统 。 • ②太阳能光电系统 太阳能光伏发电用于生活用电和设备用能。 • ③地源热泵辅助系统（特殊情况下） 在特殊天气下，补充太阳能的不足 • 2.优点： • 节能（太阳能为可再生能源）、环保、可重复使用、 • 3.缺点 • 太阳能利用的不稳定性（受昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件 的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响） • 初始投资大，建设成本高，维护费用高
太阳能建筑的产生
能源需求的增长 传统能源的枯竭 生存环境的考验
能源危机！！！
对新能源的探索和利用 可再生性 环保
？太阳能利用
光热转换
太阳能建筑的产生 光电转换
太阳能建筑组成的基本要素
• 1.集热系统 通过各种手段收集太阳的辐射热能。 主要方式：通过建筑构件本身、附加独立式集热器（如太阳能热水器、太 阳能空气集热器等）。 • 2.蓄热系统 将集热系统收集的热能储存起来的装置系统。 主要方式有：通过建筑构件本身（简单经济）；水筒蓄热系统，利用水的 比热大和可充分对流换热原理；卵石仓蓄热系统，利用热空气通过卵石缝 隙将热能传递给卵石达到蓄热效果；相变材料蓄热系统，利用物质固液状 态转化中需要大量相变热的原理；利用地下土壤蓄热系统（防空洞）。 • 3.分配系统 主要方式：自然散热、板式散热器、地板盘管、风机对流、风机循环、风 机空气介质输送分配。 • 4.辅助热源 • 5.控制系统 基本为自动控制，利用恒温器和仪表盘，保持系统运转效率。
3.建筑采光设计
教学楼南侧外窗上部采用反射板与遮阳板合并设置 的方法，用遮阳板结合屋檐形成完整的遮阳体系， 充分利用不同季节太阳高度角的差别发挥作用，达 到夏季遮阳、冬季透光的效果。
建筑遮阳设计
主要是为夏季减轻外墙、屋面所吸收的阳光辐射 热，减少阳光直接辐射屋顶、墙、窗、及透过窗户 进入室内， 采用的措施有外廊、阳台、挑檐、遮阳板、热反射 窗帘、绿色植物等遮阳设施。遮阳主要有固定机构 遮阳、可动机构遮阳以及种植墙面遮阳。要根据不 同的实际条件选择最合适的方式来达到阻隔太阳辐 射的效果。 这些遮阳设施与手法，直接的表现在建筑的造型形 态上，有了
1.群体风环境组织
依据当地的主导风向和风速，以及通过实验对其风 环境的模拟，通过建筑空间的围合于开放，营造出 有利于夏季自然通风、冬季阻挡冷风的校园风环境。
2.建筑通风设计
教学楼采用单廊式平面以更好的利用自然通风。顶层结合屋 面造型设置天窗加强通风，改善夏季湿热问题。办公区则设 置了强化的太阳能烟筒，利用热压通风原理提高室内通风能 力。
被动房技术与建筑的一体化
经过设计的 照明与自然采光 表皮相得益彰， 系统的照明设计 加强了建筑物的 夜间形象。
阿尔萨斯案例馆
雀巢公司社会模块
-----Guillermo Hevia及其事务所（GH+A）
• 主要设计特点
1、被动式的通风系统 2、自然采光 3、高效使用水资源 4、被动房技术与建筑 的一体化
被动式的通风系统
悬挂屋顶
悬挂屋顶有助于 建筑被动式自然通 风，而双层不锈钢表 皮则利用表皮间隙促 进竖向通风，二者共 同形成了相对完整的 自然通风系统。
被动式太阳能设计
成员:吴维阳 伍宇威 陈伟鹏 张勇 黄耀 富天威 董寤 陈舒怡 郑顺展
定义
太阳能：
一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。 太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。
太阳能建筑：
利用太阳能供暖和制冷的建筑。在建筑中应用太阳能供暖、制冷，可节省大 量电力、煤炭等能源，而且不污染环境，在年日照时间长、空气洁净度高、 阳光充足而且缺乏其他能源的地区，采用太阳能供暖、制冷，尤为有利。
水墙太阳能房示意图
2.充水墙
前面讲的水墙是用钢桶或钢管或塑料管盛水作为储热物质，与现砌特朗伯墙比， 其优点是，第一次投资减少，体积一定时储热容量较多，同时，采用较大的体积可能 提高太阳能对年需热量供应的百分比。缺点是维修费较高，向墙内侧传热的延迟性较 小，这是由于水有对流的缘故，致使室内温度较实心墙体时波动更大。 为了获取实心墙与冲水墙两者的优点，研究人员进行了大量试验。最终确定采用 总尺寸为1200mm×2400mm×250mm的混凝土水箱，箱壁厚为50mm，水盛在箱内密 封塑料袋内，这种水墙称为特朗伯墙。有的设计者认为，将来这种墙应再厚些增大储 热量，以便在长时阴云天气时保持墙体温度。 能适合这种设想的一种做法是，采用预制混凝土空心板作为载水墙，水就盛在装 于板空腔内的薄塑料管里。有一种空腔直径250mm，厚300mm的板，差不多占墙体 积的一般都是水，与实心混凝土墙比，储热容量增加了约50%，比用混凝土墙空腔造 价要少，又由于断面50%是混凝土，故比金属管冲水墙传热过墙的时间延迟较长，墙 内侧温度波动较小。由于储热容量增大，就能从太阳能获取更多需要的热量。 这种设想还需从技术和经济两方面进一步研究，混凝土技术方面可能存在的问题 是，外侧表面与其相邻的混凝土——水内表面之间会产生较陡的温度梯度，最大温度 可能达到33度。总之这种设想很值得进一步研究。
如图是早在20世纪70年代美国steve bear住房试验的水墙太阳能房。 水盛于钢桶内，外表有黑色吸热层，放在向阳单层玻璃窗后。玻璃窗 外设有隔热盖板，冬季白天放平可作为反射板，将太阳辐射能反射到 钢桶水墙上去，增加吸收热，冬夜则关上，减少热损失。夏季则相反， 白天关上以减少进热，晚上打开，以便向外辐射降温。 关于水墙的尺寸，颜色及材料的选择： 1.尺寸：一般水墙的容积可按太 阳房的窗的玻璃面积乘以30cm左右来 进行估算。 2.颜色：水墙容器表面的颜色以 黑色最好，蓝色和红色容器的吸热能 力比黑色容器分别少5%---9%。 3.材料一般可用金属和玻璃钢制 成。容器表面常做成螺纹的圆柱体， 以增加刚度。
池塘在其间的蒸发作 用，给建筑带来温和的气 流。
自然采光设计
金属的双表皮 由穿孔的经过处理 的不锈钢平板材和 黑色玻璃组成。能 给室内提供充分的 自然采光
不锈钢经过短期氧化处 理，产生了保护层，可以耐 腐蚀，不需要维护。
被动房技术与建筑的一体化
不锈钢平板形象是变化 的，随着时间和一天中太阳 光线的变化，其颜色不断变 化（橙色赭，褐色）。它与 混凝土墙和屋顶的黑色金属 在视觉上产生对比。有节奏 的标准板材打破了单调的悬 挂表面。
双层不锈钢表皮
高效使用水资源
池塘在其 间的蒸发作 用，给建筑 带来温和的 气流。
多功能水池可用作 消防水池，并可以作为 冷却系统的一个部分， 在气候炎热的时候，在 外墙上通过蒸发降低温 度。
连续的外 墙，阻挡了太 阳的辐射，它 和建筑物的里 层墙是分离 的，有利于垂 直通风。
屋顶悬挂 于楼板上方， 形成夹层，阻 挡太阳的直射， 并有助于建筑 被动式自然通 风。
太阳能建筑类型
• 1.主动式太阳能系统 靠常能(泵、鼓风机)运行的系统，由集热器、蓄热器、收集回路、分配回 路组成，通过平板集热器，以水为介质收集太阳热。吸热升温的水，贮存 於地下水柜内，柜外围以石块，通过石块将空气加热後送至室内，用以供 暖。主动式太阳能系统按传热介质又可分为空气循环系统、水循环系统和 水、气混合系统。
• 2.被动式太阳能系统 • 用建筑物的一部分实体作为集热器和贮热器，利用传热介质对流分配热能 的系统。被动式太阳能系统利用建筑材料的吸热性、蓄热性和传热介质的 对流收集热能，贮存热能，分配热能。被动式太阳能系统的能量利用比较 充分，效率较高，经济实惠，且简而易行，发展前途比较广阔。 • 分类： • ①直接收益式:在利用室内的地面和墙体，作为蓄热体吸收太阳能。 • ②水墙式:以水墙来吸收和释放热能调节室内气候。（景观性很好） • ③蓄热墙式：用蓄热墙来调节室内气候。 • ④太阳温室式：房屋外部建一玻璃温室，与室内有洞口相通。通过蓄热调 节气候。 • ⑤屋顶水池式
太阳热力改善室内环境
通过自然通风来改善室内环境，而自然通风是风压和热压作用的结果。 开放空间—建筑中常见的中庭就属于典型的开放空间，一方面是出于采 光的考虑，另外一个方面可利用建筑中庭内的热压形成自然通风。 在冬季，中庭可以作为一个封闭的大暖房，成为建筑内部环境 的热缓冲空间，起到保温节能的作用。 在春秋季节则是一个大的开敞空间，顶部可设天窗，以促进室 内良好的自然通风。在夏季则可以结合中庭南部和顶部设置遮阳板以遮 蔽阳光。 垂直空间—因为建筑顶部的气流和建筑底部的气流存在差距，就像第二 个案例中的太阳能烟筒一样，主要是通过通高的竖向空间起到“拔风”的效 果，利用热压差使室内外产生循环，有效改善建筑物内的微气候环境。 空间的开发利用决定了建筑的部分空间组织方式，同样表现在建筑的造 型上，设计师设计了不同的空间，使用与外观相结合。
3.附加阳光间
附加阳光间属一种多功能的房间，除了可作为一种集热设施外，还可以用来作为 休息、娱乐、养花、养鱼等的空间，是寒冬季节让人们有如置身于大自然中的一种室
内环境，也是为其毗连的房间供热的一种有效设施。
利用附加阳光间获得太阳能
附加阳光间除最好能在墙面全部设置玻璃外，还应在毗连主房坡顶部分加设倾 斜的玻璃。这样做可以大大增加集热量，但倾斜部分的玻璃擦洗比较困难。另外， 当夏季时，如无适当的隔热措施，阳光间内的气温往往将变得过高。当冬季时，由 于玻璃墙的保温能力非常差，如无适当的附加保温设施，则日落后的室内气温将会 大幅度地下降。以上这些问题，必须在设计之前充分考虑，并应提出解决这些问题 的具体措施。
被动式太阳能建筑的一般形式
一、直接受益式 二、间接受益式
直接受益式
间接受益式
1.水墙
发展水墙的原因何在？
水的比热是4.18X103J/(kg· K)，其他一般建筑材料 如砖，混凝土，土坯，木材等比热都在水的比热的1/5 左右，故用同质量的水贮热比其他材料贮存的热量多， 反过来要贮存一定的热量，所用水比其他材料重量轻， 这就是引起人们研究，发展水墙的主要原因。