被動式太陽能建筑在民用建筑節(jié)能中應用

葉麗宜

摘要：介紹了我國當前節(jié)能降耗、可持續(xù)發(fā)展背景下太陽能技術(shù)在住宅建筑中的應用情況，詳細分析了被動式太陽能建筑的特點、優(yōu)勢，并進行了施工應用方面的具體闡述，為被動式太陽能應用方案在民用建筑節(jié)能中的實施提供了一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；被動式太陽能建筑；民用建筑；施工應用

當前我國正處于快速城鎮(zhèn)化階段，居民消費結(jié)構(gòu)不斷升級，建筑的能源消耗急劇增加。但近年來，在煤和石油等自然資源的可開采量日漸見底和生態(tài)環(huán)境日益惡化這兩大危機的夾擊下，降低建筑能耗不僅意味著節(jié)約能源、保護環(huán)境，更有利于子孫后代的可持續(xù)發(fā)展。建筑節(jié)能早已成為建筑學界的研究熱點，在各種節(jié)能型建筑中，太陽能建筑是一種常見的型式。太陽能是一種清潔可再生能源，用太陽能來替代常規(guī)能源在建筑中的綜合利用，這就是太陽能建筑。采用太陽能建筑不僅可以有效解決傳統(tǒng)采暖方式中能耗大、能源利用率低的問題，而且可改變目前我國城鎮(zhèn)以熱水和蒸汽為熱媒的供暖方式。

目前我國的太陽能應用與建筑有機結(jié)合的理論與施工實踐大都仍處于探索階段，以往建成的太陽能建筑大多位于農(nóng)村地區(qū)，或是城市中較少數(shù)的試驗性建筑。對于目前快速城市化進程中大量民用建筑的太陽能應用，還缺乏相應的理論及較為成功的范例]。太陽能技術(shù)在民用建筑節(jié)能中的應用可大致分為被動式太陽能建筑和主動式太陽能建筑兩大類。被動式太陽能建筑指的是基礎(chǔ)的太陽能利用，一般是通過建筑物合理的朝向、構(gòu)造以及建材的運用來利用熱輻射；主動式太陽能建筑則是運用光熱、光電等可控技術(shù)利用太陽能資源，其代表是人們熟悉的家用太陽能熱水器。

以下將探討以下被動式太陽能建筑的施工應用，主要采用各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及簡易的附加設(shè)施來來充分利用太陽能，其成本低，實施簡單，但可大大提高人們生活空間的舒適度。

一、被動式太陽能建筑

被動式太陽能建筑是指利用建筑本身作為集熱裝置，依靠建筑方位的合理布置，以自然熱交換的方式（傳導、對流和輻射）使建筑達到采暖和降溫目的的建筑。

被動式太陽能建筑在建筑物上采取技術(shù)措施，而無須機械動力（有時需要借助換氣風扇加強熱量交換），利用太陽能進行采暖，它既不需要太陽集熱器，也不需要水泵或風機等機械設(shè)備，只是通過合理布置建筑物的方位，改善窗、墻、屋頂?shù)冉ㄖ飿?gòu)造，合理利用建筑材料的熱工性能，以自然熱交換的方式使建筑物盡可能多地吸收和儲存熱量，以達到采暖的目的。被動式太陽房構(gòu)造簡單、造價低廉，是太陽能熱利用技術(shù)在建筑中應用的一個重要方面。被動式太陽能溫室（采暖房）的一般結(jié)構(gòu)主要包括溫室、采暖房、蓄熱層和圍護結(jié)構(gòu)。溫室在采暖房的南面，頂部向南傾斜。溫室和采暖房的隔墻上下端設(shè)有通風口，溫室側(cè)隔墻表面對太陽光的吸收率較大，隔墻內(nèi)為保溫材料。溫室頂部和東面、西面、南面為透明玻璃結(jié)構(gòu)。溫室及采暖房底部為蓄熱床，充填巖石等蓄熱介質(zhì)。

二、民用建筑被動式太陽能利用的施工應用

1、墻體的施工與改造

為了提高建筑內(nèi)部的舒適度，通常要求夏季盡可能減少太陽輻射和從室外傳入的熱量，冬季則要盡量減少室內(nèi)熱量的損失。在這方面隔熱是最有效的方法，此外，為了減少輔助性采暖和制冷時的能源消耗量，隔熱也是不可缺少的，但是，過于強調(diào)高度隔熱在夏天也會助長炎熱程度。強化隔熱的做法，不僅可阻擋熱從室外進入室內(nèi)，同時也阻止了熱從室內(nèi)向室外散發(fā)。也就是說，夏季從窗戶進入不必要的太陽輻射熱和室內(nèi)產(chǎn)生的熱多時，如果不進行有效而充分的排熱，隔熱就會使得室內(nèi)環(huán)境更加糟糕。在這種情況下，就可設(shè)置可調(diào)節(jié)的遮陽裝置，夏季通風口打開，加強通風，不使熱滯留在室內(nèi)就可以改善室內(nèi)環(huán)境，冬季，通風口關(guān)閉，隔柵與墻體之間的空氣層減緩熱量的散失。在可調(diào)節(jié)的遮陽裝置中，活動式遮陽板將成為首選。在被動式太陽房系統(tǒng)中，配合使用可開啟式遮陽板將可最大限度地利用夏熱冬冷地區(qū)的太陽能資源。活動遮陽扳和墻體組合起來就是一種雙層墻。如圖1，夏季的白天，關(guān)閉通氣隔柵，反射太陽光，同時利用空氣層的內(nèi)的空氣對流向外排熱；夏季的夜晚，打開通氣隔柵，使墻體中的熱向室外空氣散發(fā)。另一方面，寒冷的冬季，白天打開通氣隔柵，利用太陽光蓄熱；夜間則關(guān)閉通氣隔柵，形成空氣層，防止熱量向室外的二次輻射。

太陽墻（SolarWall）是太陽能熱利用中的一種新型采暖技術(shù)。它與建筑結(jié)構(gòu)融為一體，能夠做到高效采暖、有效通風，很好的解決了太陽能建筑設(shè)計一體化的問題。太陽墻系統(tǒng)由集熱和氣流輸送兩部分系統(tǒng)組成。鋼制或鋁制的深色太陽墻板材覆于建筑南向，或東西外墻的外側(cè)，板上開有小孔。太陽墻板與墻體的間距一般在200mm左右，形成的空腔與建筑內(nèi)部通風系統(tǒng)的管道相連，管道中設(shè)置換氣風扇，用于推動空腔內(nèi)的空氣與室內(nèi)空氣之間的能量交換。夏季，換氣風扇關(guān)閉，室外熱空氣可從太陽墻板底部及孔洞進入，從上部和周圍的孔洞流出，太陽輻射和室外的熱量不會進入室內(nèi)。冬季，白天室外空氣通過小孔進入空腔，在流動過程中獲得板材吸收的太陽輻射能后，進入建筑物的通風系統(tǒng)，然后由管道分配輸送到各層空間。板材底部不密封，受熱壓作用保持了太陽墻內(nèi)腔的干燥，同時起到排水作用。夜晚，墻體向外散失的熱量被空腔內(nèi)的空氣吸收，在風扇運轉(zhuǎn)的情況下被重新帶回室內(nèi)。這樣既保持了室內(nèi)外空氣的流動，又補充了室內(nèi)的熱量，使墻體起到了熱交換器的作用。太陽墻采用多孔波形金屬板集熱，并與換氣風扇結(jié)合，與用傳統(tǒng)的被動式玻璃集熱的做法相比，具有熱效率高、通風好的優(yōu)勢，可以廣泛應用在工業(yè)、商業(yè)、居住、辦公、學校、軍用建筑及倉庫等各類建筑上，是一項值得推廣的太陽能熱利用技術(shù)。