寒冷地区被动式太阳房的设计

摘 要：文中针对北方寒冷的气候条件，将被动式太阳房的外部形体以及内部结构进行了全面的调整和优化，使其最大限度地收集太阳能，最大限度地减少热量损耗，以达到节能环保，经济高效的目的。

关键词：太阳能利用；建筑节能；房屋设计

中图分类号：TU18 文献标识码：A

北方寒冷地区，冬季平均气温常低于-10℃，室内外温差超过15℃，要想使被动式太阳房在这样的环境下，室内温度达到8℃，全年节约采暖用能2/3这一指标，需从集热、蓄热、保温3重要方面入手，对太阳房进行设计施工，具体内容如下：

1 太阳房的平面设计

1.1 太阳房的朝向与外形

在被动式太阳房中，只有充分获得太阳能，并把它予以储存、释放，才能达到被动采暖的效果，在我国北方以朝南向为好，因房屋的不同方位和不同的形状接受太阳辐射量不同，因此太阳房以偏东，西15°最为理想。其最佳形状是沿东西向伸展的矩形平面为最好。

1.2 被动式太阳房屋内设计格式要求

1.2.1 起居室

要求位于整幢太阳房的中间，南向单独设置或与卧室内外相连；面积大于其他房间；不设火炕，或安装户用暖气、生火炉，或设火墙。用于会客、读书、进餐、安放家具之用。

1.2.2 卧室

住宅中的最主要房间，一幢太阳能住宅中可分成大小不等的几室，南向布置，面积10～16m2，卧室要求有充足的阳光和良好的通风。

1.2.3 厨房

厨房占地面积不大，要求有直接对外的采光通风，有便于物料进出的通道，厨房内炉灶要与卧室的火炕、火墙相连，厨房主要用于家庭炊事，兼做洗衣、畜禽饲料的加工加热之用。

1.2.4 卫生间

近几年很多村镇安上了自来水，有的农户在自家厨房内打了管井，设计建造太阳房时，考虑在卫生间内设置洗澡间、预留安装水洗厕所的位置，还需考虑设置排水系统，以备将来配套使用。卫生间的平面布置应密切与设备配合，尺寸大小要紧凑，避免浪费面积，还应注意人在室内活动所需的基本尺寸，并留有一定余地。卫生间最后直接采光通风，寒冷季节应防止管道冻坏。

1.2.5 储藏间

可在房屋的背阴面单设一小间，或设库房，或打壁橱、吊柜。

1.2.6 平面组合

在太阳房平面布置上，主要房间与辅助房间紧密相联，其交通纽带是走廊过厅，这些纽带应力求简短而实用。主要房间的卧室、起居室要朝南向布置。对于温度要求较低的房间如厕所、卫生间、储藏间尽量布置在建筑物北侧或非南向，且要设置辅助热源，使之在太阳房受寒面围成保护区，从而增加了建筑物的保温措施，提高太阳能利用率。

2 被动式太阳房的立面、剖面设计

为了完整地反映太阳房的全貌，在进行平面设计的同时，还要解决房屋竖向的一系列问题，这就是太阳房的立面、剖面设计。太阳房的立面设计强调造型美观，但不能孤立地考虑太阳房的外观形式而忽略以下几点：要以满足使用要求为前提；要适应太阳房的性质、规模、性质量标准和造价投资；要充分考虑结构的合理性和构造的可能性。

3 被动式太阳房的结构设计

3.1 墙体

寒冷地区被动式太阳房对传统的490mm厚的墙体进行了改进，变成中空的或中间填充保温材料的复合保温墙，其基本构造是：在房屋的东、北、西面墙体的室内一侧采用240mm厚实体砖墙承重，墙体室外一侧采用120mm厚保护墙，中间120mm厚的地方，采用空气层或填充膨胀珍珠岩、矿棉、聚苯乙烯泡沫塑料板等保温材料。在寒冷地区太阳房屋的南墙表面，由于冬季能获得较多的太阳辐射能，通常设计成太阳能构件即集热蓄热墙，它是由蓄热性能好的混凝土、砖或盛水的容器构成，其外表面涂成黑色或深色，离墙外侧100mm处加装两道密闭的透明盖层，使其形成一个空气夹层，在该墙的上下端，各开一个小通风口通入室内，当太阳光透过盖层照射在集热墙上时，空气夹层内的空气变热而上升，通过上下两端通风孔与室内空气进行自燃循环，经过循环往复，室温即可逐渐得到提高，达到采暖的目的。寒冷地区太阳能集热蓄热墙的设计参数：面积0.43～1m2集热墙/m2地板；厚度，砖250～370mm，混凝土300～450mm，水150～500mm；上下循环通风口的面积：1%～3%×集热墙面积。

3.2 窗

窗是获得太阳辐射能的主要构件，同时也是房屋热损失最大的构件，在太阳房的设计中，关键是要处理好各朝向窗的配置、尺寸、构造和隔热措施。配置和尺寸：由于北方冬季太阳高度角低，南立面阳光强烈，而北面照不到太阳，所以，太阳能房的正确朝向是向南，在房屋的南面应多开窗，构造允许的前提下，尽量开大南窗（直接受益窗），在朝北或非南向的墙面应适当开设，即不开、少开窗，开小窗。只有这样才能收集到更多的太阳能，同时减少热损失。构造：选用太阳能透过率高的玻璃；合理采用2层或3层窗；采用分档少玻璃面积大的正方形固定窗；密封处理，防止冷风渗透；将金属窗框做成空心断面或分开，中间填充保温材料；夜间增加聚苯保温板或保温窗帘。

3.3 屋顶

屋顶是建筑热耗面积最大的部位，因此在进行太阳房屋顶设计时尤为注意，其热阻值应不小于围护结构的外墙，有时甚至使其保温性能高于外墙，它的保温层须放在承重层外侧，太阳房一般选择平屋顶，其设计结构从屋顶外层起依次是：防水层；1：3水泥砂浆找平层；细石砼板（500×500）20mm厚；空气夹层；塑料袋装膨胀珍珠岩保温层；1：3水泥砂浆找平层；1：8白灰炉渣找坡最薄处30mm厚；屋面板。

3.4 地面

地面是集热蓄热的重要部件，可设计成保温地面，也可设计成普通地面，保温地面结构：1：2.5水泥白石子；水泥砂浆结合层一道；1：8水泥珍珠岩保温层；防潮层；碎（卵）石灌M2.5混合砂浆垫层素土夯实。普通地面结构：1：2.5水泥砂浆抹面压实、赶光；素水泥浆结合层一道；C10混凝土垫层60mm厚；碎（卵）石灌M2.5混合砂浆100mm厚；粗砂垫层300mm厚；素土夯实。

辅助热源被动式太阳房不可能百分之百地依靠太阳能达到采暖的目的，在设计中应考虑配置辅助热源，常用的辅助热源有火炕、火墙、家用土暖气以及电暖气等，用户可根据自身条件合理搭建和配置。

作者简介：兰雪峰（1982-），男，本科，就职梨树县农业环境保护与农村能源管理站，从事农村能源、农业环境保护、农产品质量监督检验工作。