浅谈太阳能建筑

2019-10-24 版权声明 举报文章

浅谈太阳能建筑

摘 要:本文分析了太阳能建筑的节能潜力,并介绍了太阳能建筑节能的相关内容和实现技术,探讨太阳能建筑节能的可持续发展道路。

关键词: 太阳能 ;建筑 ;热量

随着改革开放和经济发展,我国太阳能建筑的面积日趋增大,建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋向,我国从80 年代起,对城镇多层住宅应用被动太阳能进行采暖及降温技术已有研究,先后在石家庄、滩纺及杭州等处建成了试点建筑,较好的改善了室内热环境条件。当时的技术路线是由热工外算开始,进而建造示范建筑以验证效果。这类从合理建筑及热工设计着手,在增加有限的建设投资下,尽量利用被动太阳能来达到低水平的室内冬夏热环境条件的住宅,这里称为“节能住宅”。

一、各种参数对空温的影响

内部蓄热量:蓄热量会影响室温,特别是对最高室温有影响。冬季,内部蓄热量会使月最高温度降低,而使月最低温度升高,至于月平均温度,则略有升高。显然,内部蓄热量可以改善冬季室内热环境条件。对夏季来说,蓄热量同样也降低了月最高温度及升高了月最低温度,而月平均温度则无多大影响。当建筑模型中一个住户内蓄热量相当于100平方米、200mm厚混凝土墙时,可使八月份住宅最高温度下降3c左右,可使一月份住宅最低温度升高2.8℃,这将对室内热环境有较大的改善。

换气次数:可以预见,增加换气次数会使冬季室内热环境变差,但能改善夏季室内热环境。对夏季来说,换气次数由1.1次h增加到10次h,可使八月份月最高温度降低4.4℃、月平均温度下降4.8℃,月最低温度下降7.8C.显然,冬季换气次数越低越好,如果园护结构、门窗密闭性好,换气次数可以降低到1.5次/h,此时与1.1次h相比,室温可提高2―3C.

增强夜间通风:降低夏季室温的一个措施是增强夜间通风,计算了三种方案,一是全天以1. 1次/h换气,第二种方案全天以10次/hh换气,第三种方案则采取白天(早6一晚2l时)1.1次h换气,夜间(晚21一晨6时)加强通风至10次h.计算结果表明,对于内部蓄热量较大时,第三方案与第一方案相比,月最高温度下降3.7C,月平均温度下降5.2℃,而月最低温度下降达7.7℃。可见增强夜间通风对改善夏季室内热环境是十分奏效的。

窗面积:窗户开启面积既与热损失量有关,也与通过窗户玻璃进入室内的太阳得热量有关。太阳辐射得热量与窗户朝向有密切的关系,相比之下热损失与朝向的关系就不那么密切了。

由此可见,南向窗墙比大且具有较大内部蓄热量时,可以改善冬季室内热环境条件;至于夏季,南向窗户面积增大会提高一点室温,使室内热环境条件略为变差―点。

主立面朝向:主立面朝向不仅对冬季有影响,而且对夏季也有影响。主立面朝东及朝西时室温相同,与主立面朝南及朝北相比,室内热环境条件都要来得差。对于冬季来说,主立面朝南为最佳。

水平遮阳板伸出长度:夏季除了采用加大通风量来降低室温外,另一条途径是在窗户上方设置遮阳板,以减少太阳入射量。

窗户的层数:增加窗户层数将减少热损失,但也在一定程度上减少了太阳得热量。采用单层宙及双层宙作计算比较,发现双层窗对冬季室温略有改善(一月份平均室温增加0.9℃),但同样使夏季室温略有变差(八月份平均室温升高0.7℃)。

外墙、屋面外表面颜色:外墙、屋面外表面涂成白色会有助于降低夏季室温。进行二种方案比较计算,一种采用吸收率为o. 8的深色外表面,另一种吸收率为浅色外表面。外墙与屋面保温越好,这种影响将越小。

二、节能住宅设计原则

1、冬季换气次数应该尽可能低,而夏季则尽可能高。

2、如果具有较大的内部蓄热量,对夏季来说,较好的方案是白天(早6时至晚2l时)维持较低的换气次数,面夜间(晚2l时至晨6时)宜加强通风增加换气次数。

3、内部蓄热量对冬、夏季来说均能减少室温的波动幅度,即降低最高温度,升高最低温度,但对平均温度影响甚小,总的来说,内部首热量能改善室内热环境。

4、采用水平遮阳板来降低夏季室温并不是好的措施,因为它同时较冬季室内效环境变差,除非遮阳板在冬季时可以移开。

5、尽管外墙、屋面外表面涂以浅色可以降低夏季室温,但同时也降低了冬季室温,因面不推荐这种做法。

6、采取南立面大比例的窗墙比,并设计成具有较大内部蓄热量境,对夏季稍为不利。

7、主立面窗户朝南为最佳,朝东及朝西效果最差。

8、窗户、外墙及屋面保温能改善冬季室内热环境,特别是屋面保温可以明显地改善夏季室内热环境。

三、几个推荐的节能住宅方案

被动太阳能(房)节能住宅方案:参数研究优化计算了北京地区应用被动太阳能采暖的可能性,即研究了是否可能在不设置采暖设备时月平均室温达到16℃。计算结果表明是可能的,其建筑设计参数如下:

1、南立面窗墙比60.5%。

2、具有较大内部蓄热量,相当于户(建筑面积73.1平方米)具有200mm厚混凝土墙体的苦热量

3、双层窗。

4、外墙与屋面的传热系数K=0.28w/(℃。平方米)。

5、冬季换气次数0.5次/h,夏季早6一晚21时换气次数1.1次/h,晚21次/h.

四、节能住宅方案设计原则

1、冬季换气次数宜低(v=0.8次/h),夏季换气次数宜高(v=20次h)(借助于打开宙户利用自然穿堂风)。

2、从防止出现结露危险性观点来看,冬季换气次数至少保持0.8次h.

3、增加内部蓄热量可使室内温度被动减弱,使夏季及冬季的最高温度下降,使最低温度升高。总之,内部蓄热量可以使室内热环境条件得到改善。

4、与较小的南向窗户相比,加大南向窗户面积,并配以相对较高的内部蓄热量,可以较好的改善冬季室内热环境条件。这种做法只是稍微使夏季室内热环境条件变差。

5、选择建筑南向主立面为最佳,而主立面东向或西向为最差。

6、南向窗户上部的水平遮阳板对改善夏季室内环境的作用不明显,除非在冬季时可以移开。

7、为了避免冬季卧室及起居室出现结露,在安排厨房、浴室、厕所位置时要注意与主要使用房间的隔断,并合理利用穿堂风,最好设置机械排风装置。

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