被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑

孟玲++魏毅立

[摘 要]從開(kāi)發(fā)利用新能源的戰(zhàn)略意義以及我國(guó)太陽(yáng)能資源優(yōu)勢(shì)出發(fā)，根據(jù)太陽(yáng)能分散型資源特征， 以分布式能源體系的戰(zhàn)略視角審視太陽(yáng)能熱利用的發(fā)展趨勢(shì)與前景，并認(rèn)為被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑將是太陽(yáng)能熱利用發(fā)展的主流趨勢(shì)。針對(duì)20世紀(jì)國(guó)內(nèi)外被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)的簡(jiǎn)要梳理與對(duì)比，和本世紀(jì)國(guó)外最近的被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑發(fā)展走向的總結(jié)，提出了在我們發(fā)展經(jīng)驗(yàn)中值得注意的一些方面，以期為日后國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能建筑的發(fā)展提供可借鑒的參考。

[關(guān)鍵詞]新能源；分布式能源；被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑；比較啟示；

中圖分類(lèi)號(hào)：TU241.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）03-0385-01

0 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，面臨著能源和環(huán)境的雙重壓力。我國(guó)常規(guī)能源儲(chǔ)采比遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。并且已經(jīng)成為“心肺之患”的中國(guó)大范圍持續(xù)霧霾等大氣污染也給嚴(yán)重依賴(lài)煤炭等化石燃料的現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)體系敲響了警鐘。能源緊缺和大氣污染日益嚴(yán)重，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)向自主、自立、清潔和可持續(xù)的方向調(diào)整，加大太陽(yáng)能燈清潔能源的利用尤為緊迫。世界各國(guó)能源轉(zhuǎn)型的基本趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)由化石能源為主向可持續(xù)能源等低碳能源為主的可持續(xù)能源體系轉(zhuǎn)型。隨著常規(guī)能源向可再生能源的轉(zhuǎn)變，集中供能向分布式供能的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)供能模式與信息化的結(jié)合，太陽(yáng)能將進(jìn)入新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的社會(huì)主義新農(nóng)村。

1 太陽(yáng)能利用技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)略與趨勢(shì)

1.1 分布式能源系統(tǒng)

分布式能源系統(tǒng)是指分布在需求側(cè)的能源梯級(jí)、綜合利用，資源綜合利用和可再生能源設(shè)施。分布式能源是未來(lái)世界能源工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，是人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要組成部分[1]。在發(fā)達(dá)國(guó)家，分布式能源已是一種比較成熟的技術(shù)，正得到大力地推廣[2]。

1.2太陽(yáng)能利用裝置是分布式能源系統(tǒng)的一個(gè)組成部分

太陽(yáng)能的分散型資源與就地的分散式能源消費(fèi)模式相結(jié)合是經(jīng)濟(jì)、合理開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能利用應(yīng)遵循的規(guī)律。迅速發(fā)展的世界太陽(yáng)能市場(chǎng)以分散型用戶(hù)為主，它主要集中在光伏和低溫?zé)崂脙煞矫妗?/p>

太陽(yáng)能中低溫利用市場(chǎng)規(guī)?？焖侔l(fā)展。各類(lèi)技術(shù)中以太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)發(fā)展最快。過(guò)去國(guó)內(nèi)企業(yè)的主流產(chǎn)品是緊湊式家用太陽(yáng)能熱水器，對(duì)可建筑一體化的分體或集中供水太陽(yáng)能呢過(guò)熱水系統(tǒng)關(guān)注較少，相應(yīng)配套產(chǎn)品的技術(shù)支撐不足，為滿(mǎn)足我國(guó)城市增長(zhǎng)巨大的高層住宅的需求，需要提升對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力、系統(tǒng)集成和優(yōu)化設(shè)計(jì)能力。

1.3太陽(yáng)能在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用是太陽(yáng)能利用發(fā)展的主流趨勢(shì)

太陽(yáng)能建筑，在國(guó)際上稱(chēng)之為零能量房或低能耗房。它的特點(diǎn)是光伏組件和集熱部件與房屋結(jié)構(gòu)一體化，太陽(yáng)能裝置的布局與建筑美學(xué)的和諧統(tǒng)一，是分布式能源系統(tǒng)與建筑的融合。從上述兩個(gè)意義上說(shuō)，太陽(yáng)能建筑將成為未來(lái)太陽(yáng)能利用發(fā)展的主流趨勢(shì)。太陽(yáng)能建筑的研究與開(kāi)發(fā)，已引起發(fā)達(dá)國(guó)家的重視。早在20世紀(jì)90年代國(guó)際能源組織（IEA）已將太陽(yáng)能建筑列入其研究示范的計(jì)劃，開(kāi)發(fā)了建筑能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件，在太陽(yáng)能專(zhuān)家、建筑師和太陽(yáng)能設(shè)備制造商的共同參與下在世界不同的氣候地帶建造了成百棟各種太陽(yáng)能示范建筑（住宅、辦公樓、商用大廈等）。

2 太陽(yáng)能建筑

太陽(yáng)能建筑是指利用太陽(yáng)的輻射能量代替部分常規(guī)能源、使建筑物達(dá)到一定溫度環(huán)境的一種建筑。

2.1被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑

在太陽(yáng)能建筑的諸多形式中，以被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖建筑最受重視。我國(guó)建筑的實(shí)用型太陽(yáng)能建筑基本上都屬于這種類(lèi)型。

被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑不需要任何主動(dòng)式太陽(yáng)能建筑所必須的部件，僅依靠建筑方位的合理布置和通過(guò)窗、墻、屋頂?shù)冉ㄖ锉旧順?gòu)件，以自然熱交換方式來(lái)獲得太陽(yáng)能。近年來(lái)，這種被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑引起很多國(guó)家和研究部門(mén)的重視，被動(dòng)式技術(shù)的發(fā)展十分迅速。

2.2被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑類(lèi)型

國(guó)外被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑多由建筑師自行設(shè)計(jì)和建造，已建的被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑種類(lèi)繁多，尚無(wú)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。各種資料上對(duì)被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑的分類(lèi)方法也不相同。如果從對(duì)太陽(yáng)熱能利用的角度來(lái)區(qū)分，被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑大致可分為直接受益式、蓄熱墻式、附加陽(yáng)光間式、屋頂池式、自然循環(huán)式五種典型型式。

2.3被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑的原理

被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑的應(yīng)用可歸納為得熱、貯熱、散熱三個(gè)過(guò)程。得熱就是收集太陽(yáng)輻射熱，一般建筑設(shè)計(jì)中，從南窗（北半球）獲得的太陽(yáng)熱約占采暖負(fù)荷的10%，合理的朝向、間距、平面布置、開(kāi)窗大小、房間進(jìn)深等，都有利于收集到更多太陽(yáng)輻射熱。

3 國(guó)內(nèi)外被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑比較及啟示

從國(guó)外20世紀(jì)之于國(guó)內(nèi)被動(dòng)式建筑的發(fā)展優(yōu)勢(shì)與近兩年國(guó)外被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)新進(jìn)展的分析中，我們可以讀出他們的發(fā)展思路，從中找到差距并獲得啟示。

3.1國(guó)內(nèi)外被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑利用概況與差異

生態(tài)學(xué)上對(duì)能源的利用，尤其是太陽(yáng)能的利用，在全球爆發(fā)能源危機(jī)后，一直被列為重點(diǎn)研究方向。而在建筑學(xué)上，太陽(yáng)能建筑也日益成為時(shí)代的新寵兒。被動(dòng)式的太陽(yáng)能建筑被定義為不通過(guò)傳統(tǒng)的采暖方式和主動(dòng)的空調(diào)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)舒適的冬季和夏季室內(nèi)環(huán)境的建筑[3]，它最大的特點(diǎn)在于不依賴(lài)外部能源的自然調(diào)節(jié)。我國(guó)在太陽(yáng)能技術(shù)上的探索研究開(kāi)始得較晚，對(duì)于技術(shù)的探索仍然有很大空間。

3.1.1國(guó)外被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)的運(yùn)用手段更多樣

被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)是一個(gè)抽象的概念，可以被許多具體的技術(shù)策略與技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如天然采光與自然通風(fēng)方面[4]，而后每一個(gè)方面下又有更為細(xì)致具體的技術(shù)手段支撐。比方說(shuō)在采暖形式上，國(guó)內(nèi)被動(dòng)房的采暖方式長(zhǎng)時(shí)間大多集中在直接受益方式與新型集熱墻的使用這兩點(diǎn)上。而國(guó)外在被動(dòng)式的手段上。隨著國(guó)內(nèi)外交流的日益頻繁，技術(shù)手段的引進(jìn)會(huì)迅速減小這方面的差異。

3.1.2國(guó)外在各項(xiàng)技術(shù)上的研究更深入

被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑的單項(xiàng)技術(shù)研究是指某項(xiàng)具體技術(shù)措施所達(dá)到的節(jié)能效果，這方面的差距體現(xiàn)在最后整個(gè)建筑對(duì)太陽(yáng)能的利用程度，或是其自身節(jié)能的百分比上。

3.1.3國(guó)外被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)所覆蓋的建筑種類(lèi)更多

國(guó)內(nèi)在被動(dòng)房探索的起步階段，通常從農(nóng)村太陽(yáng)能建筑開(kāi)始試驗(yàn)。而農(nóng)村太陽(yáng)能建筑的種類(lèi)形式必然有限，大多為1～3層的住宅建筑。而在國(guó)外由于技術(shù)的發(fā)展較為成熟，于是建筑類(lèi)型也開(kāi)始豐富起來(lái)，包括一些公共建筑如辦公樓，展示建筑等。項(xiàng)目類(lèi)型也逐漸從新建向改造翻新蔓延。

3.2國(guó)外被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑發(fā)展帶來(lái)的啟示

雖然國(guó)外對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)的研究比我們?cè)绾芏?，但他們依然從未停止發(fā)展的腳步。

一方面，被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)需要建筑本身配合從而使二者相得益彰，這便是建筑一體化。另一方面，新技術(shù)的推廣與普及。因此，在結(jié)合我國(guó)具體實(shí)例，結(jié)合地方文化與基本國(guó)情的基礎(chǔ)上，針對(duì)本土文化與本土氣候，設(shè)計(jì)出反全球化的生態(tài)建筑將更加可貴。

4 結(jié)論

被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)，在這一領(lǐng)域絕對(duì)有著不可小視的優(yōu)勢(shì)。各項(xiàng)技術(shù)融合與相應(yīng)建筑的普及可以一點(diǎn)點(diǎn)來(lái)縮小差距，同時(shí)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也仍有待修正并一步步予以實(shí)現(xiàn)。在這條漫長(zhǎng)光明的技術(shù)道路上，建筑的發(fā)展?jié)摿o(wú)窮。

參考文獻(xiàn)

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[2] 韓曉平. 分布能源設(shè)計(jì)若干問(wèn)題[EB/OL]. 中國(guó)能源網(wǎng)， 2003-7-25，www. china5e. com

[3] 周正楠. 對(duì)歐洲“被動(dòng)房”建筑的介紹與思考[N]. 建筑學(xué)報(bào)，2009.5.

[4] [美]丹尼爾·D·希拉[著]， 管振忠， 薛一冰等[譯]. 太陽(yáng)能建筑——被動(dòng)式采暖和降溫[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：

孟玲（1989—），女，內(nèi)蒙古包頭人，內(nèi)蒙古科技大學(xué)，碩士生，研究方向?yàn)榈教?yáng)能熱發(fā)電雙軸跟蹤控制系統(tǒng)

魏毅立（1962—），男，內(nèi)蒙古包頭人，博士，教授，研究方向?yàn)樘?yáng)能熱發(fā)電、電力電子及電機(jī)傳動(dòng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、風(fēng)能的研究。