论文

城子地农村节能单体建筑设计及评价

摘要在能源和环境问题日益凸显的今天,在乡镇住宅中推广使用太阳能技术有非常好的社会效益、经济效益和环境效益。我国太阳能资源丰富,具有良好的建设太阳能住宅建筑的自然条件,本论文在分析了建造太阳能建筑所需要的气候条件的基础上,通过对现有的建筑气候分区和太阳能资源分区进行分析,对北方采暖地区进行了新的气候区划研究,使气候分区更加适合太阳能建筑的设计特点。结合北方农村地区乡镇住宅建筑的特点,对现有的成熟的太阳能技术形式进行分析和优化选型,选择适宜乡镇住宅建筑的太阳能技术形式。根据中国北方采暖地区的乡镇住宅的特点结合中国农村的实际情况,提出了乡镇住宅在设计过程中需要遵循的设计策略,即功能适用性、经济适用性、文化适用性和地域适用性。在综合三者的基础上,在气候不同分区下提出了北方采暖地区乡镇被动式太阳能住宅的设计策略。根据上述原则,提出了一个新建被动式太阳能住宅的设计方案。

关键词采暖；乡镇住宅；被动式太阳能；建筑节能；

一、引言

当前我国正处于快速城镇化阶段，居民消费结构不断升级，建筑的能源消耗急剧增加。但近年来，在煤和石油等自然资源的可开采量日渐见底导致能源危机日益严重和生态环境日益恶化，这两大危机的夹击下，建筑节能就显得尤为重要。本节能建筑设计是基于，在各种节能型建筑中，太阳能建筑是一种常见的型式，阳能利用，通过建筑物合理的朝向、构造以及建材的运用来利用热辐射。设计思想，太阳能是一种清洁可再生能源，用太阳能来替代常规能源在建筑中的综合利用。采用太阳能建筑不仅可以有效解决传统采暖方式中能耗大、能源利用率低的问题，目的是改变目前我国城镇以热水的供暖方式。节能建筑设计意义降低建筑能耗，节约能源、保护环境，造福利于子孙后代，实现可持续发展。

二、设想方案的阐述

㈠基本设计构想和方案

房屋方向；坐北朝南

（1）被动式太阳能建筑

所谓被动式太阳能式建筑就是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，内容空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构，造价的恰当的选择，使其在冬季能采集，保持，贮存和分配太阳能，从而解决建筑物的采暖问题。同时，在夏季又能遮蔽太阳辐射，散逸室内热量，从而使建筑物降温，达到冬暖夏凉的目的。集热，蓄热，保温是被动式太阳房建设的三要素，缺一不可。

（2）工作机理

被动式太阳能建筑最基本的工作机理是“温室效应”。其外围护结构应具有较大的热阻，室内要有足够的重质材料，如砖石，混凝土，以保持房屋有良好的续热性能。将建筑物的全部或一部分即作为集热器和散热器，既不要连接管道又不要水泵后风机。一间接方式采集利用太阳能。有工程造价低冬暖夏凉节能效果好等明显优点。加之其技术为简单，配以辅助热源后大大提高居住舒适度，被动式太阳能建筑有很好的发展前景。

直接受益式被动式采暖系统中最简单的外形，这种方式升温快，构造简单；不需设特殊的集热装置；与一般建筑的外形无多大差异，建筑的艺术处理也比较灵活，是一种最易推广使用的太阳能建筑设施。

一层平面图

⑵维护结构（墙、窗、门、屋顶、阳台等）做法及选材；

（1）墙体的施工与改造（特朗伯集热墙技术的应用）

为了提高建筑内部的舒适度，通常要求夏季尽可能减少太阳辐射和从室外传入的热量，冬季则要尽量减少室内热量的损失在这方面，隔热是最有效的方法。此外，为了减少辅助性采暖和制冷时的能源消耗量，隔热也是不可缺少的。但是，过于强调高度隔热在夏天也会助长炎热程度。强化隔热的做法，不仅可阻碍热从室外进入室内，同时也阻止了热从室内向室外的散发。也就是说，夏季从窗户进入不必要的太阳辐射热和室内产生的热多时，如果不能进行有效而充分的排热，隔热就会使得室内环境更加糟糕。在这种情况下，就可设置可调节的遮阳装置，夏季通风口打开，加强通风，不使热滞留在室内就可以改善室内环境，冬季，通风口关闭，隔栅与墙体之间的空气层减缓热量的散失。在可调节的遮阳装置中，活动式遮阳板将成为首选。在被动式太阳房系统中，配合使用可开启式遮阳板将可最大限度地利用夏热冬冷地区的太阳能资源。活动遮阳扳和墙体组合起来就是一种双层墙。如图（1），夏季的白天，关闭通气隔栅，反射太阳光，同时利用空气层

的内的空气对流向外排热；夏季的夜晚，打开通气隔栅，使墙体中的热向室外空气散发。另一方面，寒冷的冬季，白天打开通气隔栅，利用太阳光蓄热；夜间则关闭通气隔栅，形成空气层，防止热量向室外的二次辐射。

特朗伯集热墙是最近发展起来的一种外墙系统，它是法国太阳能实验室主任Felix Trombe 博士首先提出并实验的，故称“特朗伯墙”。这种集热墙利用热虹吸管/温差环流原理，使用自然的热空气或水来进行热量循环，从而降低供暖系统的负担。特朗伯墙吸收了传统厚重墙体吸热蓄热的手法，同时具备了更轻盈的形象和更高的热效率，可以更主动地适应气候变化。(k=0.75w/m*m*k)

图（1）

特朗伯集热墙的工作原理原理是将Trombe墙设在住宅南部，墙的上下部有通风口，前面设有玻璃盖板，玻璃盖板和集热墙之间间隔设有空气夹层。在天气较冷的时候，被集热蓄热墙吸收的太阳辐射主要由集热蓄热墙外表面通过对流方式将热量传给玻璃板和集热蓄热墙外表面之间的空气夹层，再由被加热后的夹层内的空气经由集热蓄热墙上、下风口和房间空气之间的对流将热量传给房间，达到采暖的目的。热惰性墙体可以利用它自身收集太阳辐射热量的能力为室内供暖。新鲜空气从外墙底部进入空气腔中，被热惰性材料吸收的太阳辐射热加热后进入室内，使热空气在屋内循环。另外，白天吸收的热量一部分被集热墙和室内蓄热墙吸收贮存于墙体内，到夜间再通过墙体内表面以辐射和自然对流的方式将热量释放到室内（如图1---03所示）。在炎热的气候条件下，特朗伯墙则通过使空气

直接上升并排到室外来防止热量进入室

内。这时墙体从北面汲取较冷的空气进

入室内，达到自然降温的效果（如图

（1））。

（2）窗的施工与改造

窗的节能改造是建筑节能中的一个

重点，由于玻璃的传热系数远远高于墙

体的传热系数，所以尽管窗在建筑外围

表面中占的比例不如墙面、屋顶大，但

通过窗损失的热量可能接近甚至超过墙

体和屋顶。从太阳能利用角度来说，窗

可以利用温室效应实现被动式采暖，也