被动式太阳能建筑

[摘 要]从开发利用新能源的战略意义以及我国太阳能资源优势出发，根据太阳能分散型资源特征， 以分布式能源体系的战略视角审视太阳能热利用的发展趋势与前景，并认为被动式太阳能建筑将是太阳能热利用发展的主流趋势。针对20世纪国内外被动式太阳能技术的简要梳理与对比，和本世纪国外最近的被动式太阳能建筑发展走向的总结，提出了在我们发展经验中值得注意的一些方面，以期为日后国内太阳能建筑的发展提供可借鉴的参考。

[关键词]新能源；分布式能源；被动式太阳能建筑；比较启示；

中图分类号：TU241.91 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0385-01

0 引言

改革开放以来，随着我国经济的发展，面临着能源和环境的双重压力。我国常规能源储采比远远低于世界平均水平。并且已经成为“心肺之患”的中国大范围持续雾霾等大气污染也给严重依赖煤炭等化石燃料的现有能源结构体系敲响了警钟。能源紧缺和大气污染日益严重，实现能源结构向自主、自立、清洁和可持续的方向调整，加大太阳能灯清洁能源的利用尤为紧迫。世界各国能源转型的基本趋势实现由化石能源为主向可持续能源等低碳能源为主的可持续能源体系转型。随着常规能源向可再生能源的转变，集中供能向分布式供能的转变，传统供能模式与信息化的结合，太阳能将进入新型城镇化建设的社会主义新农村。

1 太阳能利用技术的发展战略与趋势

1.1 分布式能源系统

分布式能源系统是指分布在需求侧的能源梯级、综合利用，资源综合利用和可再生能源设施。分布式能源是未来世界能源工业发展的趋势，是人类可持续发展的一个重要组成部分[1]。在发达国家，分布式能源已是一种比较成熟的技术，正得到大力地推广[2]。

1.2太阳能利用装置是分布式能源系统的一个组成部分

太阳能的分散型资源与就地的分散式能源消费模式相结合是经济、合理开发太阳能利用应遵循的规律。迅速发展的世界太阳能市场以分散型用户为主，它主要集中在光伏和低温热利用两方面。

太阳能中低温利用市场规模快速发展。各类技术中以太阳能热水系统发展最快。过去国内企业的主流产品是紧凑式家用太阳能热水器，对可建筑一体化的分体或集中供水太阳能呢过热水系统关注较少，相应配套产品的技术支撑不足，为满足我国城市增长巨大的高层住宅的需求，需要提升对产品的开发能力、系统集成和优化设计能力。

1.3太阳能在建筑领域的应用是太阳能利用发展的主流趋势

太阳能建筑，在国际上称之为零能量房或低能耗房。它的特点是光伏组件和集热部件与房屋结构一体化，太阳能装置的布局与建筑美学的和谐统一，是分布式能源系统与建筑的融合。从上述两个意义上说，太阳能建筑将成为未来太阳能利用发展的主流趋势。太阳能建筑的研究与开发，已引起发达国家的重视。早在20世纪90年代国际能源组织（IEA）已将太阳能建筑列入其研究示范的计划，开发了建筑能源系统设计优化软件，在太阳能专家、建筑师和太阳能设备制造商的共同参与下在世界不同的气候地带建造了成百栋各种太阳能示范建筑（住宅、办公楼、商用大厦等）。

2 太阳能建筑

太阳能建筑是指利用太阳的辐射能量代替部分常规能源、使建筑物达到一定温度环境的一种建筑。

2.1被动式太阳能建筑

在太阳能建筑的诸多形式中，以被动式太阳能采暖建筑最受重视。我国建筑的实用型太阳能建筑基本上都属于这种类型。

被动式太阳能建筑不需要任何主动式太阳能建筑所必须的部件，仅依靠建筑方位的合理布置和通过窗、墙、屋顶等建筑物本身构件，以自然热交换方式来获得太阳能。近年来，这种被动式太阳能建筑引起很多国家和研究部门的重视，被动式技术的发展十分迅速。

2.2被动式太阳能建筑类型

国外被动式太阳能建筑多由建筑师自行设计和建造，已建的被动式太阳能建筑种类繁多，尚无统一的设计标准。各种资料上对被动式太阳能建筑的分类方法也不相同。如果从对太阳热能利用的角度来区分，被动式太阳能建筑大致可分为直接受益式、蓄热墙式、附加阳光间式、屋顶池式、自然循环式五种典型型式。

2.3被动式太阳能建筑的原理

被动式太阳能建筑的应用可归纳为得热、贮热、散热三个过程。得热就是收集太阳辐射热，一般建筑设计中，从南窗（北半球）获得的太阳热约占采暖负荷的10%，合理的朝向、间距、平面布置、开窗大小、房间进深等，都有利于收集到更多太阳辐射热。

3 国内外被动式太阳能建筑比较及启示

从国外20世纪之于国内被动式建筑的发展优势与近两年国外被动式太阳能技术新进展的分析中，我们可以读出他们的发展思路，从中找到差距并获得启示。

3.1国内外被动式太阳能建筑利用概况与差异

生态学上对能源的利用，尤其是太阳能的利用，在全球爆发能源危机后，一直被列为重点研究方向。而在建筑学上，太阳能建筑也日益成为时代的新宠儿。被动式的太阳能建筑被定义为不通过传统的采暖方式和主动的空调形式来实现舒适的冬季和夏季室内环境的建筑[3]，它最大的特点在于不依赖外部能源的自然调节。我国在太阳能技术上的探索研究开始得较晚，对于技术的探索仍然有很大空间。

3.1.1国外被动式太阳能技术的运用手段更多样

被动式太阳能技术是一个抽象的概念，可以被许多具体的技术策略与技术手段来实现。比如天然采光与自然通风方面[4]，而后每一个方面下又有更为细致具体的技术手段支撑。比方说在采暖形式上，国内被动房的采暖方式长时间大多集中在直接受益方式与新型集热墙的使用这两点上。而国外在被动式的手段上。随着国内外交流的日益频繁，技术手段的引进会迅速减小这方面的差异。

3.1.2国外在各项技术上的研究更深入

被动式太阳能建筑的单项技术研究是指某项具体技术措施所达到的节能效果，这方面的差距体现在最后整个建筑对太阳能的利用程度，或是其自身节能的百分比上。

3.1.3国外被动式太阳能技术所覆盖的建筑种类更多

国内在被动房探索的起步阶段，通常从农村太阳能建筑开始试验。而农村太阳能建筑的种类形式必然有限，大多为1～3层的住宅建筑。而在国外由于技术的发展较为成熟，于是建筑类型也开始丰富起来，包括一些公共建筑如办公楼，展示建筑等。项目类型也逐渐从新建向改造翻新蔓延。

3.2国外被动式太阳能建筑发展带来的启示

虽然国外对太阳能技术的研究比我们早很多，但他们依然从未停止发展的脚步。

一方面，被动式太阳能技术需要建筑本身配合从而使二者相得益彰，这便是建筑一体化。另一方面，新技术的推广与普及。因此，在结合我国具体实例，结合地方文化与基本国情的基础上，针对本土文化与本土气候，设计出反全球化的生态建筑将更加可贵。

4 结论

被动式太阳能技术，在这一领域绝对有着不可小视的优势。各项技术融合与相应建筑的普及可以一点点来缩小差距，同时各项技术指标也仍有待修正并一步步予以实现。在这条漫长光明的技术道路上，建筑的发展潜力无穷。

参考文献

[1] 韩晓平. 未来20年中国能源技术发展方向之一――式能源及其相关技术[EB/OL]. 中国能源网，2004-12-01，

[2] 韩晓平. 分布能源设计若干问题[EB/OL]. 中国能源网， 2003-7-25，www. china5e. com

[3] 周正楠. 对欧洲“被动房”建筑的介绍与思考[N]. 建筑学报，2009.5.

[4] [美]丹尼尔・D・希拉[著]， 管振忠， 薛一冰等[译]. 太阳能建筑――被动式采暖和降温[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

作者简介：

孟玲（1989―），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学，硕士生，研究方向为碟式太阳能热发电双轴跟踪控制系统

魏毅立（1962―），男，内蒙古包头人，博士，教授，研究方向为太阳能热发电、电力电子及电机传动、变频调速系统、风能的研究。