太阳能建筑设计研究

摘要：

实行被动式太阳能建筑设计，利用太阳能供热，不仅能降低成本，减少能源损耗，也有利于促进人类与自然的和谐发展。

关键词：

被动式太阳能；建筑设计；研究

我国建筑能耗量中，采暖、空调与通风能耗占三分之二以上，不仅影响我国的能源供应安全，也会对环境产生污染，不利于经济可持续发展和人们身体健康。因此，被动式太阳建筑设计课题是具有重大研究价值。

1被动式太阳能建筑设计的原理

利用太阳能的建筑中，可以分为两种形式，一种是主动式太阳能建筑设计，另外一种是被动式太阳能建筑设计。被动式太阳能是利用太阳能提供的室内热能，不需要任何机械设备提供能源，仅仅依靠传导、对流和辐射的自然热转换。加上通过建筑物的布置、内外构造及材料选择有效地采集、储存和分配太阳能，提高建筑的温度和光线。一般而言，被动式太阳能与主动式太阳能相比，具有投资成本低、节能环保的优点，生活中常见的有温室与太阳能，就是有效利用了被动式太阳能建筑设计的原理。

2被动式太阳能建筑设计的意义

从被动式太阳能建筑设计原理可以看出，被动式太阳能能利用外部能源太阳能实现自我调节，能充分利用太阳热能源，满足建筑“冬暖夏凉”的要求。被动式太阳能建筑通过建筑朝向，集取与吸收太阳热能，起到保暖效果；利用建筑的合理布局、内部空间加强空气对流，使室内温度得到下降；利用节能环保材料对太阳热能进行蓄存，有利于能源的转化。总而言之，被动式太阳能建筑设计能降低建筑保暖空调等设备的投资成本，减少能源浪费，有利于环境保护。

3被动式太阳能建筑设计应考虑的因素

3.1选址、朝向和间距

选择合理的地址，设计正确朝向的房子，可以使冬季房子接收很多直射阳光，夏季照入室内的阳光又最少。冬季太阳高度角小，南向垂直表面接受太阳辐射的时间最长，所以朝南的方向为太阳能建筑最佳朝向，被动式太阳能建筑设计正是利用南向窗、墙，以获得太阳能实现冬季暖和的温度。同时，房子南面不应该有山坡或者浓密的树木遮挡，适宜种植落叶植物，这样才有充足的太阳照射进房子内，起到“冬暖夏凉”的效果。研究证明，建筑物的方位在三十度以内是最合适的，南向偏东或偏西十五度以内最为理想。例如，冬季采暖期间，从上午9时至下午3时，其他建筑物对太阳能建筑物的南面遮挡不能超过百分之十五。此外，根据各地太阳高度角度不同和建筑高度的差异，建筑之间应该有一个合适的距离，最小距离一般不小于相邻南向建筑的高度的1.1倍。

3.2建筑构造

被动式太阳能建筑设计需要注重建筑构造，因为好的构造设计不仅能丰富建筑外观，还能给建筑添加独特性和美感。被动式太阳能建筑，主要通过向南和透明屋来实现取暖。向阳面积越大，获取的热量越多，但是也要尽量少开不能吸收到热量的窗户，减少太阳热能力的损失。对于深度较大的房子，内部很难自然采光，可以通过安装导光板、散射板等将太阳光引入室内，保证整个房子都能透入太阳光。透明屋的设计能增加进入房子的太阳光，但是在夏天过多的太阳光直射房子，房子的温度过高，不适宜人类居住。这时应该改用中空玻璃和遮阳型玻璃，以及通过促进通风来改善房子的温度。此外，还要注意屋面的形式，坡屋面接受太阳辐射的时间和面积多于平面屋，穹顶屋面为最佳屋面形式。

3.3建筑材料

太阳短波辐射容易被吸收，它能穿过窗户到达室内，可能会被内墙、地板和家具等吸收。太阳长波容易被密度大的外墙直接吸收和储存，再把部分向外辐射。因此，通过不同热容量和导热系数的储热材料组合，或者增加储热材料的厚度，可以延长储热体向室内散热的时间，避免夏季太阳辐射房子，导致室内温度过高。例如，普通白玻璃是采暖窗较好的选择，但是也要注意保温隔热；中空玻璃是对可见光有高投射率，具有极强的保暖性；热变色玻璃是一种以塑料薄膜夹着聚合物水色溶剂，在低温和高温的环境下分别呈透明状和不透明的乳白色，它能在低温的环境中，吸收与储存日光的热能，环境温度升高时，能阻挡日光的热能，以此对室内起到调节室内温度的作用。此外，对于建筑材料尤为关键的一个因素，就是材料的颜色和质地，建筑材料的颜色和质地与太阳能的收集有关，浅颜色光滑的建筑材料较为容易反射太阳光，相反，深色粗糙的建筑材料较为容易吸收太阳光热量。因此，在对建筑设计时，应该根据建筑的功能选择合适的建筑材料颜色和质地。

3.4建筑体型系数

建筑体型系数由建筑在地面以上的表面积总和占建筑体积的比重，所占比重越大，对建筑节能不利影响就越大。因此，设计时应该找到一个平衡点，一般要求建筑体型系数应该控制在合理的范围之内，条式居住建筑的体型系数不应该超过0.35，点式居住建筑不超过0.4。因此，房子体积不变的情况下，建筑外表面积越大，接受的太阳辐射热能则越多，但是建筑内部的热量也会比较容易散发。只有有效控制建筑的体型系数在一个适当的范围内，并且尽可能增加南向面积，减少向东、向西、向北的房间面积，才能使整个建筑采暖节能效果更显著。例如，可以把主要用房布局在建筑的南面，而将辅助用房卫生间和厨房等布置在靠北一面。再在北面房子和南面房子之间采用贮热性能好的重质材料作隔墙，并且保证白天的阳光能照射到，这样可以利用这面隔墙来贮藏白天吸收的太阳光，晚上再把贮藏的热能散发出来，提高房子夜间温度。

3.5室内气流通道

为了获得一个冬暖夏凉的太阳能建筑，还可以通过室内气流通道的设计，在夏季改善室内的热环境，减弱室外的热作用。室内气流通道不仅能满足室内外气流的流通，而且应该尽量减少室外热量传入室内，还能使室内的热量散发出室外。因此，需要协调好室内外气流通道的方位，即进风口要求置于顺风背阳、低气温的位置，有效控制夏季房间内的温度，减少室内温度波动。

4结束语

总而言之，被动式太阳能建筑作为新时代的发展需求，符合节能环保的理念，应该得以广大应用与发展。只有这样，才能减少能源的消耗、环境的污染，为人类提供健康宜居的环境。因此，在被动式太阳能建筑设计中应该考虑房屋建筑的选址、朝向与间距，合理布局建筑构造，选择科学的建筑材料，控制合理的建筑体型系数，保持房子的室内气流流通。最大限度地采集太阳能，将其保持和贮存在建筑物内，并在需要时释放供给人们，以实现“冬暖夏凉”要求。

作者：李欣 单位：河北晶程建筑有限公司

参考文献：

[1]王倩倩.川藏地区被动式太阳能民居设计研究[D].西安建筑科技大学,2015.

[2]王登甲,刘艳峰,刘加平.青藏高原被动太阳能建筑供暖性能实验研究[J].四川建筑科学研究,2015,41(2):269-274.