淺談被動(dòng)式太陽房在新農(nóng)村建設(shè)應(yīng)用中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

徐向飛

摘 ? ?要：隨著建筑節(jié)能要求的不斷提高，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，農(nóng)村建筑對(duì)節(jié)能的要求也隨之提升，可再生能源在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用也更加廣泛，其中包含太陽能、風(fēng)能、生物能等，太陽能應(yīng)用形式主要有被動(dòng)式太陽房、太陽能供暖、太陽能熱水、太陽能發(fā)電等，論文主要闡述了被動(dòng)式太陽房在新農(nóng)村建設(shè)中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：新農(nóng)村建設(shè);被動(dòng)式太陽房;太陽能供暖;太陽能熱水;太陽能發(fā)電

1 ?規(guī)劃選址要點(diǎn)

1.1 ?建筑場(chǎng)地的規(guī)劃

由于在冬季晴朗無風(fēng)的夜晚，冷空氣會(huì)停留在低凹地形的底部，只要沒有風(fēng)力擾動(dòng)，冷空氣會(huì)一直積聚于此，造成此地的溫度比平坦區(qū)域的溫度低很多，會(huì)大大增加位于此地形的建筑采暖的能耗，因此建筑一般不宜布置在山谷、洼地、溝底等凹地里。被動(dòng)式太陽房的采暖需要以太陽輻射作為主要的能源，因此必須確保太陽房的集熱部件在冬季每天可以接收到不少于4小時(shí)的日照。太陽房與南向其他房屋應(yīng)保持一定的間距，以確保冬季時(shí)陽光不被其他建筑遮擋。

1.2 ?建筑平面布置的選擇

主導(dǎo)風(fēng)向?qū)Ρ粍?dòng)式太陽房的冬季室內(nèi)熱量損耗及夏季自然通風(fēng)的影響很大因此選擇太陽房的朝向時(shí)除了需要考慮日照，還需要注意主導(dǎo)風(fēng)向。同時(shí)還應(yīng)該對(duì)太陽房的室內(nèi)空間按不同功能要求進(jìn)行分類，并根據(jù)他們之間聯(lián)系的密切程度加以組合、劃分。

建議住宅開間與進(jìn)深的比值為1：1.5;學(xué)校教室的開間≥6m，進(jìn)深≤6m。太陽房的層高不宜過高，一般住宅層高取2.8m～3.0m，學(xué)校教室取3.2m～3.3m。

1.3 ?建筑朝向的選擇

建筑物的朝向?qū)ㄖ牟晒馀c節(jié)能有很大的影響，建筑朝向選擇的影響因素有很多，如地段環(huán)境、局部氣候特征、建筑用地條件等。太陽房朝向的選擇需要考慮以下方面：冬季有適量陽光射入室內(nèi);夏季盡量減少陽光直射室內(nèi);冬季能夠盡量避免冷風(fēng)吹襲;夏季有良好的通風(fēng)。

當(dāng)太陽輻射接收面面積相同時(shí)，由于方位的差異，其所接收到的太陽輻射量也不相同。研究表明當(dāng)集熱面與正南方向的方位角超過30°時(shí)，其接收到的太陽輻射量就會(huì)急劇減少。因此為了盡可能多的接收太陽輻射，應(yīng)使建筑的主要朝向在偏離正南±30°夾角的范圍內(nèi)。超過這一范圍，不但影響冬季被動(dòng)式太陽能采暖的效果，而且會(huì)造成其它季節(jié)室內(nèi)過熱的現(xiàn)象。被動(dòng)式太陽房最佳朝向是南向以及南偏東或偏西15°范圍。

2 ?建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 ?建筑體型的設(shè)計(jì)

建筑物的體型與節(jié)能有很大的關(guān)系。建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總面積越大，體積越小，體型越復(fù)雜，建筑物的采暖耗熱量越大。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使建筑的立面盡量簡(jiǎn)單，減少立面凹凸。在具體設(shè)計(jì)中，特別是針對(duì)被動(dòng)式太陽房的設(shè)計(jì)，它不僅要求體形系數(shù)小，而且還需要建筑在冬季可以盡可能多的得到太陽輻射熱，同時(shí)還需要避開冬季主導(dǎo)方向的寒風(fēng)。但是同時(shí)滿足以上三個(gè)要求的建筑體型常常不一致，且躲避寒風(fēng)又受著地區(qū)、風(fēng)環(huán)境和建筑朝向的極大影響。因此需要權(quán)衡得熱和失熱的具體情況，優(yōu)化組合各個(gè)影響因素方可確定。

太陽房集熱部件的立面設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑立面設(shè)計(jì)形式相協(xié)調(diào)。南向墻面構(gòu)件的跳出或退進(jìn)應(yīng)不影響太陽能的利用。

2.2 ?建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

應(yīng)參照現(xiàn)行的建筑節(jié)能的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇太陽房的墻體、地面應(yīng)該使用比熱較大的材料，如磚、石、密實(shí)混凝土等，保溫材料及門窗，盡量使上述部位圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)、門窗氣密性能等參數(shù)優(yōu)于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。

太陽房應(yīng)優(yōu)先選用板狀高效保溫材料，如EPS保溫板、巖棉保溫板等;外窗應(yīng)選用節(jié)能門窗。

太陽房外墻的熱橋部位（圈梁、過梁、構(gòu)造柱、外墻轉(zhuǎn)角處等）必須采取有效的保溫措施。

為防止冬季寒風(fēng)隨人員出入建筑大量進(jìn)入室內(nèi)造成熱量損失，太陽房的主要出入口最好設(shè)置防風(fēng)門斗，設(shè)置防風(fēng)門斗時(shí)可以將門斗入口方向轉(zhuǎn)折，以避開冬季主要風(fēng)向，門斗要密封良好，并且有條件時(shí)最好在門斗后留出1.2m～1.8m的空間作為緩沖。

3 ?建筑采暖設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 ?采暖方式的選擇

被動(dòng)式太陽能采暖按照不同的集熱方式分為直接受益式、集熱蓄熱墻式、附加陽光間式、對(duì)流環(huán)路式等方式，但是由于每種基本形式均存在一些不足之處，比如直接受益式容易產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，適用于白天升溫要求快的房間，如起居室、教室等;集熱蓄熱墻式構(gòu)造復(fù)雜，操作繁瑣，與建筑的立面難以協(xié)調(diào)，適用于夜間使用為主的房間，如臥室等;附加陽光間式則適用于建筑物的門廳等部位。因此在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，建議采用兩種或兩種以上集熱方式相結(jié)合的復(fù)合式太陽能采暖，并應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀?、抗震、房屋使用性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)水平等因素綜合考慮，合理選擇。

3.2 ?不同采暖方式的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.2.1 ?直接受益式

房間的集熱量應(yīng)該根據(jù)直接受益窗的面積、玻璃層數(shù)、傳熱系數(shù)和空氣滲透系數(shù)等參數(shù)綜合計(jì)算確定。

直接受益窗有側(cè)窗、高側(cè)窗、天窗三種形式。三種形式中，同面積條件下天窗獲得的太陽福照亮最多，但同時(shí)由于熱空氣分布于房間頂部，通過天窗對(duì)外輻射散失的熱量也最多一般的天窗玻璃、保溫板難以保證天窗全天熱收支的盈余，因此直接受益窗多選用側(cè)窗、高側(cè)窗的形式。

3.2.2 ?集熱蓄熱墻式

為了使集熱蓄熱墻的集熱效果達(dá)到最佳，集熱蓄熱墻的空氣間層寬度最好取其垂直高度的1/20～1/30之間，適宜寬度為80mm～100mm。集熱蓄熱墻表面的玻璃必須具有良好的透光性和保溫性，玻璃的透過率應(yīng)≥0.76，與邊框應(yīng)可靠固定并具有相應(yīng)的密封措施。集熱墻表面應(yīng)采用吸收系數(shù)高、反射率低的深色無光涂層。

3.2.3 ?附加陽光間式

附加陽光間設(shè)置的方向應(yīng)為南向或南偏東至南偏西夾角不大于30°的墻外側(cè)，陽光間的內(nèi)地面及墻面采用深色表面蓄熱效果明顯。采用附加陽光間集熱時(shí)，應(yīng)該根據(jù)設(shè)定好太陽能節(jié)能率確定集熱負(fù)荷，以給陽光間選取合理的玻璃層數(shù)和夜間保溫裝置。

4 ?結(jié)語

目前，隨著太陽能產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷提升，在新農(nóng)村建設(shè)中被動(dòng)房的應(yīng)用越來越廣泛。現(xiàn)階段應(yīng)進(jìn)一步完善被動(dòng)式太陽房的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、圖集，完善設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收及維護(hù)技術(shù)規(guī)程。同時(shí)，需要加強(qiáng)專業(yè)的人才培養(yǎng)，為太陽能被動(dòng)房技術(shù)領(lǐng)域提供全方位的人才儲(chǔ)備，另外，應(yīng)該從初期設(shè)計(jì)入手嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、審圖，促進(jìn)太陽能被動(dòng)房技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的合理應(yīng)用，保證太陽能技術(shù)建筑應(yīng)用健康可持續(xù)發(fā)展。