被动式太阳房范例

被动式太阳房范例
着重介绍了丹麦一栋实验性住宅类玻璃房设计概况和实测数据及主观评价，供玻璃房设计与应用时参考。

概述
有大面积玻璃外窗（或称玻璃幕墙）的被动式太阳房可减少采暖耗热量和照明耗电，在视觉上增大了室内面积，外观上立面简洁、漂亮，近年来在我国应用渐多，值得关注。

早在1830年西班牙建造了世界上第一栋被动式太阳房，其外墙面只有木框镶玻璃。

到上世纪20年代，著名建筑师Le Corbusier（1887～1965）设计建造了第一批玻璃幕墙作非承重外围护结构的被动式太阳房。

被动式太阳房或玻璃房（下简称玻璃房）也有很多缺点，主要是：夏季室内会产生高温，强烈日光也使人无法忍受；住宅楼中位于透光外墙边的人体有“不被拦护”的不安全感和心理上被窥视隐私等不舒服感。

近年来由于全球能源紧张和对节能的重视，研制出很多具有很高隔热保温性能的透明和半透明外围护结构和材料，全世界对建造玻璃房的热情又高涨起来。

例如：芬兰特别看好这种楼房，在首都赫尔辛基建造了一批这种玻璃房。

有代表性的是位于赫尔辛基大学区，即节能与生态保护示范区的（VIIKKI）信息中心大楼（KORONA，见题头照片）。

楼内有赫尔辛基市图书馆分馆、赫尔辛基大学图书馆、大学的一些办公室和教室。

该玻璃房有双层外墙，外层非承重，由透明玻璃制成。

两层外墙之间布置了花圃，空调系统的空气由这一空间的各个不同区域采集，它取决于各个季节每天不同时间送风空气的参数要求。

沿双层外墙周边有三个冬季花园，称为埃及竹园、罗马竹园和日本竹园，这些花园为信息中心大楼中全部人员和采访者开放，是观赏和休憩的好去处。

丹麦有一栋实验用的住宅类玻璃房，位于首都哥本哈根西部的Egebierggerd，业主是丹麦非盈利性建筑协会（Ballerup Ejendomsselskab），建于1996年，由建筑师Boye Lundgaard和Lene Trandberg采用了丹麦建筑科研院研究成果而设计的。

该玻璃住宅小楼从1996年5月24日到6月23日在题为“未来之窗——节能围护结构”展览月上展出，然后由一个家庭居住、使用了一年，现在用作该地新住宅建筑群公共活动中心。

该玻璃住宅楼设计建造目的是为了实验性评价高隔热保温性能的透光和半透光外围护结构，对能耗量、自然采光和房间微气候的影响，既有客观测试评价，又有住户主观感觉评价。

1玻璃房的外围护结构和暖通系统
1.1玻璃房的外围护结构
该玻璃住宅楼两层，总面积205m2。

中央布置厨房、浴室和厕所。

四周外围护结构全部用透明和半透明三层玻璃制成，玻璃层间充惰性气体氪，具有很好隔热保温性能。

住宅楼承重墙、柱、屋面板和楼板全用钢筋混凝土整体浇筑。

玻璃幕墙总面积216m2，透明、半透明玻璃各约一半，可充分利用太阳辐射热加热房间和天然采光，减少采暖用耗能和照明用电。

因玻璃较重，门用双层玻璃制作。

三玻透明窗的透热系数为0.50，双玻门为0.70，半透明窗0.40；透光系数分别为：三玻透明窗0.65，双玻门0.80，半透明窗0.55。

多层玻璃的内层采用镀膜工艺，使阳光不耀眼。

为避免夏季太阳辐射热过多进入房间，使用了轻质、密实布料制作的带滑轮能自动启闭的窗帘。

窗框和窗扇边框都用强度高而耐用的柳安木制
作，可做得很狭，增大了透光、透热量，外观漂亮。

玻璃幕墙的平均传热阻为1.0m2℃/W。

1.2暖通系统
因业主预先考虑了把该玻璃住宅楼展览和实验性居住、测试后用作社区活动中心，所以厨房、浴厕设计安装了机械通风系统。

居室采用自然通风，使用自动控制装置，可从三扇天窗和上侧窗及门洞组织进风。

当房间温度过高时，能自动打开两扇天窗和一半侧窗进行自然通风。

房间居住者也可手动开下侧窗与外门通风。

玻璃房的主要问题是夏季太阳辐射过强、房间温度过高。

设计师使用了丹麦建研院研制的软件包（tsbi3）计算房间热平衡，在夏季中午12点后房间温度达到最大值，但打开外门增大自然通风风量能迅速把房间温度降到可接受程度。

玻璃房除被动式利用太阳能外，还设计了热水供暖系统。

一层楼散热设备采用对流型散热器，布置在房屋四周，减少冷的外围护结构表面造成下部冷空气流；二层楼采用辐射型散热器。

2玻璃房实测评价和住户主观评价
2.1玻璃房实例评价
对该实验性玻璃住宅测定了耗热量、耗电量和用水量，以及房间温度、换气次数和照度。

按设计计算，房屋采暖和热水供应耗热量平均每年为39kWh/m2。

当地地理位置和气象参数为：北纬56°，东经13℃，海拔高度22m，年平均温度+7.8℃，最冷月平均温度-0.4℃，采暖设计计算温度-11.1℃，最热月平均温度+17.1℃，采暖度日数为3 000。

按丹麦建筑标准（Danish Building Regulations BR95）规定，这类房屋最大容许耗热量是62kWh/m2。

这栋房平均年耗热量设计计算值是11MWh，其中热水供应用热3MWh。

但实测为19.1MWh，分析原因是：实际室外温度参数与气象资料值不完全相同，围护结构的保温隔热性能比预计的差。

要说明的是：图示实测得到的热量构成图中把房屋得、失热量总量相加为1 224MJ/m2，作为100%。

这样，得热量相加，为613MJ/m2，占51%；失热量相加为611MJ/m2，占49%，系实测误差造成，实际上得失热量平衡，应相等。

由玻璃房采暖期实例各种热量构成图可见，采暖期太阳辐射得热量按房屋面积平均值，实际上等于经外围护结构的平均耗热量（各占31%）。

玻璃房设计师还算出，在丹麦的气候条件下，采暖期（10月至次年4月）南、东、西三朝向立面太阳辐射得热量与经透明围护结构的失热量之比，明显大于采用热阻值R<3.3m2℃/W 的不透明常规外围护结构的住房，证明被动式太阳房节能效果明显。

虽然朝北大玻璃外围护结构耗热量大，但部分损失靠更多利用了天然采光节省照明用电得到补偿。

建造玻璃房的问题是夏季室内高温可能无法承受，需对该住宅楼进行通风效果和遮阳隔热效果测评。

在测试期间，仅用自动装置开启侧窗与天窗进行自然通风，外门不打开，对客厅进行了室内空气温度测定。

在前两个星期不使用遮阳隔热装置，测得客厅室温tn高出室外空气温度tw平均值5.2℃。

（tn-tw）最大值7.2℃，发生在中午12点之后。

测试第二阶段也持续两星期，使用遮阳隔热装置，（tn-tw）平均值为 2.8℃，中午最大值为 4.6℃。

相对较小的温差证明，采用遮阳隔热装置，并使用有自动控制开启侧窗、天窗装置的自然通风的效果很好。

再把外门打开后，室温能迅速降达室外气温值。

2.2住户主观评价
除了对玻璃房室内微气候质量的客观评价外，还对居住舒适性进行主观感觉评价：住户的视觉舒适度评价和天然采光视觉评价等。

根据住户测评认为：房间天然采光好，但夏季晴天强烈日光会引起不舒适感，迫使居住者戴上太阳镜，使
用半透明窗感觉最好。

阴天最有利，此外，用半透明的外围护结构代替透明的外围护结构可以提高被拦护的安全感和保护隐私的心理上的舒适感。

正是这个原因，私人庭园内建玻璃住宅最好。

该玻璃房的设计、运行经验在丹麦已被广泛用于建造有玻璃幕墙的多层多住户住宅楼。

3结束语
由国外被动式利用太阳辐射热的玻璃房应用经验可知，在某些气候区采用玻璃房节能效果明显。

玻璃幕墙用层间充氪多层玻璃隔热保温性能好，内层玻璃最好用镀膜玻璃。

夏季应使用遮阳隔热措施和良好的自然通风，避免室内高温。

玻璃房是否节能应根据当地气象资料和建筑特点进行热平衡计算，分析确定。

冬季日照率低或夏季炎热地区要慎重建造玻璃房。

玻璃外墙造成光污染现象也不容忽视，某市沿街和一栋高层建筑的玻璃幕墙产生阳光反射，使过路车辆司机目眩已造成多次交通事故；一些间距不大的住宅，大玻璃外墙暴露私密，也引起住户强烈不满。

使用太阳能热水器和光电板的主动式太阳房在某些气候条件下要优于被动式。