多空間被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖建筑熱工設(shè)計(jì)

崔文海

（北京市京精大房監(jiān)理公司，北京 100000）

1 太陽(yáng)能資源區(qū)劃

1.1 區(qū)劃依據(jù)

對(duì)某一地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的自然條件進(jìn)行評(píng)判，判斷其是否符合被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖所需的要求，在判斷過(guò)程中，參與人員主要考量當(dāng)?shù)貙?shí)際的室外氣溫、太陽(yáng)輻射量來(lái)進(jìn)行衡定。室外溫度越高，太陽(yáng)輻射量越大，就越利于采用太陽(yáng)能采暖的方式。對(duì)采暖期月數(shù)，入射在南墻面的太陽(yáng)總輻射月平均日輻照量等因素進(jìn)行考慮，能夠得到準(zhǔn)確的綜合氣象因素SDM。為了避免在計(jì)算過(guò)程中受到不同季節(jié)的影響，要避免長(zhǎng)短不同，統(tǒng)一將采暖期歸為12月、次年1月、次年2月，此規(guī)范是用來(lái)排除不同區(qū)域的溫度變化情況不統(tǒng)一所造成的數(shù)據(jù)選擇困難。方便相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和后續(xù)分析的信息。

1.2 太陽(yáng)能資源區(qū)域劃分

根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，我國(guó)常見(jiàn)的太陽(yáng)能采暖區(qū)域分級(jí)，可分為四檔，分別為一區(qū)：最佳區(qū)，2區(qū)：次佳區(qū)，3區(qū)：適宜區(qū)，4區(qū)：次適宜區(qū)。不同區(qū)域的劃分是根據(jù)SDM數(shù)值來(lái)進(jìn)行確定的。SDM數(shù)值大于25%為最佳區(qū)域，處于20～25區(qū)間范圍內(nèi)為第2區(qū)。數(shù)值介于15～20之間為第3區(qū)，數(shù)值介于12～15之間為第4區(qū)。

在4種區(qū)域的劃分中，第4區(qū)的采暖條件最差，為了能夠滿足被動(dòng)式太陽(yáng)房?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)軟件中，對(duì)于房間熱性能功能模塊數(shù)據(jù)的輸入要求，工作人員需要將4個(gè)區(qū)域的不同氣象參數(shù)，統(tǒng)一編訂成氣象資料數(shù)據(jù)庫(kù)，供軟件在計(jì)算分析過(guò)程中使用，用戶只需要將相應(yīng)的地區(qū)代碼輸入至系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取相關(guān)區(qū)域已錄入的氣象參數(shù)，并進(jìn)行后續(xù)的分析。

2 被動(dòng)式太陽(yáng)房?jī)?yōu)化軟件

2.1 建筑設(shè)計(jì)方案

被動(dòng)式采暖太陽(yáng)房需滿足建筑物自身的質(zhì)量要求，同時(shí)，又要能夠滿足太陽(yáng)能采暖所需的客觀條件，在實(shí)際使用過(guò)程中，對(duì)于外部氣候變化較為敏感，在使用和設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到居住者的生活習(xí)慣、使用方式、經(jīng)濟(jì)水平以及當(dāng)?shù)刈匀粭l件的變化趨勢(shì)來(lái)進(jìn)行綜合考慮，得出最終的設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮到房屋的建筑使用功能，同時(shí)，也要考慮到居住者的使用舒適度。并且要對(duì)外部自然環(huán)境變化留有一定的余地，來(lái)應(yīng)對(duì)特殊條件下的環(huán)境變化情況。

之前的十年發(fā)展過(guò)程中，大部分被動(dòng)式采暖太陽(yáng)房的示范工程都是以理論計(jì)算和模擬試驗(yàn)來(lái)作為數(shù)據(jù)輸出基礎(chǔ)，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際建設(shè)條件，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)來(lái)證明計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。為了確保整個(gè)系統(tǒng)能夠在更多地區(qū)進(jìn)行使用，軟件設(shè)計(jì)人員參考了我國(guó)華北、西北、東北地區(qū)的不同示范房使用方案，并對(duì)其最終的使用效果進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和整理。在使用內(nèi)容上也進(jìn)行了細(xì)分，將實(shí)際使用環(huán)境分為公共建筑類(lèi)、居住類(lèi)、校舍類(lèi)、單層、多層等不同使用環(huán)境。通過(guò)分析不同使用環(huán)境中的效果差異，來(lái)判斷影響因素，并不斷優(yōu)化軟件的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，讓系統(tǒng)能夠不斷細(xì)化不同使用環(huán)境中所需考慮參數(shù)的側(cè)重點(diǎn)，達(dá)到更好的實(shí)際指導(dǎo)效果。例如，對(duì)于宿舍類(lèi)建筑，其使用主要是要求在早晨能夠進(jìn)行較快的升溫，而在白天的其余時(shí)間，由于學(xué)習(xí)外出，對(duì)于建筑物內(nèi)部的采暖要求不高?？偨Y(jié)下來(lái)就是需要在早上的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，能夠控制好采暖速度，而對(duì)于其余時(shí)間則沒(méi)有更多要求。對(duì)于公共建筑來(lái)說(shuō)，其使用的高峰期在中午和下午時(shí)段，由于晚上和早晨沒(méi)有太多的使用需求，所以其側(cè)重點(diǎn)應(yīng)該集中在中午和下午時(shí)段。而且諸如宿舍一類(lèi)的建筑物，除了對(duì)采暖有要求之外，還需要能夠提供一個(gè)有充足陽(yáng)光的活動(dòng)空間，住宅類(lèi)建筑同樣也有這樣的要求，但是其使用的區(qū)間與宿舍不同，根據(jù)相同點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)，軟件需要對(duì)不同的使用內(nèi)容和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整匹配，使其能夠正確運(yùn)用于每一種不同使用功能的建筑物內(nèi)部。針對(duì)宿舍和住宅區(qū)，一般采用的是對(duì)流環(huán)路式集熱墻。

根據(jù)集熱部件的太陽(yáng)能供熱量和集熱部件表面接受太陽(yáng)輻射量的比就可以得出該地區(qū)的普遍集熱效率。在氣溫較低的嚴(yán)寒地區(qū)及熱效率較低，不宜采用陽(yáng)光間和集熱墻的方式。

2.2 優(yōu)化熱工設(shè)計(jì)參數(shù)

被動(dòng)式采暖太陽(yáng)房具體的設(shè)計(jì)過(guò)程所要考慮的參數(shù)可分為單體及熱部件和綜合設(shè)計(jì)參數(shù)。前者考慮的主要是陽(yáng)光間的具體尺寸以及吸熱墻體的夾層間距、通風(fēng)口尺寸和規(guī)格。而后者更多考慮的是收益面積、占南墻面積的比例、集熱墻的具體面積和圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)對(duì)不同地區(qū)太陽(yáng)房的實(shí)際使用效果進(jìn)行總結(jié)和歸納再進(jìn)行研究后，得出了以下結(jié)論。

在房屋的東西端墻不適合開(kāi)窗、太陽(yáng)間的集熱面墻傾斜角度在90°的情況下能夠達(dá)成最好的效果，陽(yáng)光間透光面取建筑結(jié)構(gòu)允許條件下的最大值，陽(yáng)光間與相鄰房間之間公共墻門(mén)窗的開(kāi)孔率不宜小于12%。

軟件通過(guò)對(duì)太陽(yáng)方常規(guī)能源采暖月輔助熱量和實(shí)際采暖所需的月份長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，即可以得出常規(guī)太陽(yáng)房常規(guī)能源采暖的輔助熱量。集熱墻太陽(yáng)房與常規(guī)太陽(yáng)房相比，在計(jì)算參數(shù)上有所區(qū)別。通過(guò)對(duì)南墻面積進(jìn)行測(cè)算，得出集熱墻的太陽(yáng)能供暖率和直接受益窗的太陽(yáng)能供暖率，可以得知集熱墻太陽(yáng)房的采暖年輔助量。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不同構(gòu)件的尺寸規(guī)格，都會(huì)對(duì)最終產(chǎn)生的成本有較大的影響，所以設(shè)計(jì)師要在滿足當(dāng)?shù)貙?shí)際使用需求的情況下，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行反復(fù)商榷，確保太陽(yáng)房使用效果良好，并且對(duì)成本投入進(jìn)行控制，減少不必要的資源投入，造成資源浪費(fèi)。

2.3 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

根據(jù)以上研究結(jié)果，編制人員又對(duì)計(jì)算軟件進(jìn)行了重新地優(yōu)化，軟件的具體運(yùn)算過(guò)程如下：首先工作人員開(kāi)啟軟件并打開(kāi)計(jì)算指令輸入房間的具體面積尺寸，以及墻體屋頂、地面等面積的具體單位增造價(jià)，選擇不同地區(qū)并確定系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)于該區(qū)域的氣象參數(shù)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存是否與真實(shí)情況相符，對(duì)建筑物的尺寸進(jìn)行輸入。選擇集熱墻面積、窗面積、南墻面積，確定相關(guān)數(shù)值之后，進(jìn)行下一步運(yùn)算，軟件通過(guò)自動(dòng)計(jì)算可以得出太陽(yáng)能熱負(fù)荷比，從而得出太陽(yáng)能供暖率和太陽(yáng)房采暖輔助熱量，相關(guān)計(jì)算結(jié)果會(huì)直接顯示在后續(xù)的界面中。在計(jì)算過(guò)程中，操作人員可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)集熱墻面積、南墻面積、窗面積等具體的參數(shù)進(jìn)行修改，系統(tǒng)會(huì)依照修改的參數(shù)進(jìn)行重新計(jì)算。為了保證計(jì)算結(jié)果的最終準(zhǔn)確。要求集熱墻與南墻面積之比、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)以及上述墻體具體的面積要應(yīng)用到指導(dǎo)實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員按照優(yōu)化過(guò)后的結(jié)果，在軟件中建立相應(yīng)的模型，使數(shù)據(jù)參數(shù)優(yōu)化能夠直接與模型構(gòu)造聯(lián)系起來(lái)，得出更加直觀的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能利用是未來(lái)房屋采暖系統(tǒng)的重要組成部分，通過(guò)在使用中得出了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)目前的計(jì)算體系進(jìn)行了不斷優(yōu)化和改進(jìn)，使得被動(dòng)式太陽(yáng)能優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的運(yùn)算效能，其計(jì)算結(jié)果已經(jīng)能夠用于直接指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。