太阳能技术在建筑设计中的应用

太阳能技术在建筑设计中的应用

太阳能技术在建筑设计中的应用

摘要：本文通过对建筑节能的背景分析,引出太阳能技术在推广应用，从解决节能建筑中采暖和通风问题入手,提出了较为完善可行、能够有效提高室内热舒适的太阳能技术设计和应用思路。为今后深入研究、推广理论,寻求适合建筑的节能设计方法打下基础。

关键词：建筑设计;太阳能;采暖;通风;技术

Abstract: Based on the analysis of the background of building energy saving, leading solar energy technology in application, starting with the solution of heating and ventilation problems in energy saving buildings, the more perfect and feasible, and can effectively improve the indoor thermal comfort in solar technology design and application of ideas.

Key words: architectural design; solar energy; heating; ventilation; Technology

中图分类号:TU2文献标识码：A文章编号：

前言

随着世界范围内能源短缺问题的突显,调整能源消费结构势在必行。在全世界的能源消耗中,建筑能耗约占社会总能耗的30%~40%。在我国,建筑能耗问题更为紧迫。据国家最新统计:我国每年城乡新建房屋建筑面积近20亿平方米,其中80%以上为高能耗建筑；既有建筑近40亿平方米,而其中95%以上是高能耗建筑。

目前我国单位建筑面积能耗是发达国家的2至3倍,对社会造成了沉重的能耗负担和严重的环境污染,已经成为制约我国可持续发

展的突出问题”。因此,有效地降低建筑能耗已经变得愈发具有现实意义。进入21世纪后,建筑节能的主题内容是建筑能源的可持续性。由此可见,高效、充分地利用太阳能等可再生能源己经成为建筑节能

的主要研究方向和发展方向。

1太阳能建筑技术策略的理论研究

1.1 太阳能建筑技术的原理

在建筑中进行太阳能热利用的基本原理是通过集热器吸收太阳能光热,将太阳能转换成热能或机械能,利用热能加热空气进行采暖或通风。由于太阳能具有分散性、间歇性、不稳定性、利用率相对较低,所以设计时应当从该地区太阳能资源的实际出发,因地制宜的把太阳能技术应用到建筑中去,寻求和发展适合不同地域的太阳能应用技术,使太阳能更充分的发抨作用。

1.2 太阳能建筑技术的设计方法

在建筑中应用太阳能技术,不仅要节能,还要实现太阳能建筑一体化。一是考虑太阳能在建筑上的应用对建筑物的彩响,包括建筑物的使用功能、围护结构的特性、建筑体型和众而的改变；二是考虑太阳能利用的系统选择,以及太阳能产品与建筑形体的有机结合。

1.2.1太阳能采援设计

太阳能采暖技术总体可分为两大类:被动式和主动式,其中每类都包括多种形式。在设计和使用时往往采用不同形式相结合,以求合理与最优化。

(l)被动式太阳能采暖设计

被动式太阳能采暖设计是通过建筑朝向和周围环境的合理分布、内部空间和外部形体的巧妙处理、以及建筑材料和结构构造的恰当选择,使其在冬季能集取、保持、储存、分布太阳热能,从而解决建筑物的采暖问题。该设计的基本思想是控制阳光和空气在恰当的时间进入建筑并储存和分配热空气。其设计的基本原则是要有有效的绝热外壳,有足够的集热面积,室内布置尽可能多的储热体,以及主次房间的平面位置合理。其典型的设计形式如图l所示。

（a) 直接受益式(b) 集热蓄热墙式

图l被动式太阳能采暖设计的典型形式

①直接受益式

直接受益式太阳房是被动式采暖技术中最简单的一种形式，具有

大面积玻璃窗的南向房间都可以看成是直接受益式太阳房。在冬季，太阳光通过大玻璃窗直接照射到室内的地面、墙壁和家具上，大部分太阳辐射能被其吸收并转换成热量，从而使它们的温度升高；少部分太阳辐射能被反射到室内的其他表面，再次进行太阳辐射能的吸收、反射过程。温度升高后的地面、墙壁和家具，一部分热量以对流和辐射的方式加热室内的空气，以达到采暖的目的；另一部分热量则储存在地板和墙体内，到夜间再逐渐释放出来，使室内继续保持一定的温度。为了减小房间全天的室温波动，墙体应采用具有较好蓄热性能的重质材料，例如：石块、混凝土、土坯等。另外，窗户应具有较好的密封性能，并配备保温窗帘。

直接受益式太阳房窗墙比的合理选择至关重要。加大窗墙比一方面会使房间的太阳辐射得热增加，另一方面也增加了室内外的热量交换。《民用建筑节能设计标准》（采暖居住建筑部分）中规定，窗户面积不宜过大，南向不宜超过0.35。但这是指室内通过采暖装置维持较高的室温状态时的要求。当主要依靠太阳能采暖，室温相对较低时（约14℃），加大南向窗墙比到0.5左右可获得更好的室内热状态。

②集热蓄热墙式

集热蓄热墙是由朝南的重质墙体与相隔一定距离的玻璃盖板组成。在冬季，太阳光透过玻璃盖板被表面涂成黑色的重质墙体吸收并储存起来，墙体带有上下两个风口使室内空气通过集热蓄热墙被加热，形成热循环流动。玻璃盖板和空气层抑制了墙体所吸收的辐射热向外的散失。重质墙体将吸收的辐射热以导热的方式向室内传递，但另一方面，冬季的集热蓄热效果越好，夏季越容易出现过热问题。目前采取的办法是利用集热蓄热墙体进行被动式通风，即在玻璃盖板上侧设置风口，通过空气流动带走室内热量。另外利用夜间天空冷辐射使集热蓄热墙体蓄冷或在空气间层内设置遮阳卷帘，在一定程度上也能起到降温的作用。通过对位于辽宁省大连农村地区采用集热蓄热墙的被动式太阳房进行实测，表明太阳房室内温度在夏季比对比房低

5 ° C。冬季高9° C。

(2)主动式太阳能采暖设计

主动式太阳能采暖设计是以太阳能的集热器、管道、散热器、风