被动式太阳能建筑

被动式太阳能建筑太阳能建筑的工作原理和特点1、被动式太阳房被动式太阳房最基本的工作机理是所谓“温室效应”。被动式太阳房的外围护结构应具有较大的热阻，室内要有足够的重质材料，如砖石、混凝土，以保持房屋有良好的蓄热性能。按采集太阳能的方式区分，被动太阳房可以分为以下几类：（1）直接受益式冬天阳光通过较大面积的南向玻璃窗，直接照射至室内的地面墙壁和家俱上，使其吸收大部分热量，因而温度升高。所吸收的太阳能，一部分以辐射、对流方式在室内空间传递，一部分导入蓄热体内，然后逐渐释放出热量，使房间在晚上和阴天也能保持一定温度。采用这种方式的太阳房，由于南窗面积较大，应配置保温窗帘，并要求窗扇的密封性能良好，以减少通过窗的热损失。窗应设置遮阳板，以遮挡夏季阳光进入室内。（2）集热蓄热墙式这种太阳房主要是利用南向垂直集热蓄热墙吸收穿过玻璃采光面的阳光，通过传导、辐射及对流，把热量送至室内。椅的外表面涂成黑色或某种深色，以便有效地吸收阳光。集热蓄热堵的形式有：实体式集热蓄热墙，花格式集热蓄热墙，水墙式集热蓄热墙，相变材料集热蓄热墙，快速集热墙等。（3）附加阳光间式阳光间附建在房屋南侧，其围护结构全部或部分由玻璃等透光材料构成。与房间之间的公共墙上开有门、窗等孔洞。阳光间得到阳光照射被加热，其内部温度始终高于外环境温度。所以既可以在白天通过对流经曲’刁、窗供给房间以太阳热能，又可在夜间作为缓冲区，减少房间热损失。（4）屋顶他式屋顶池式太阳房兼有冬季采暖和夏季降温两种功能，适合冬季不属寒冷，而夏季较热的地区。用装满水的密封塑料袋作为储热体，置于屋顶顶棚之上，其上设置可水平推拉开闭的保温盖板。冬季白天晴天时，将保温板敞开，让水袋充分吸收太阳辐射热，水袋所储热量，通过辐射和对流传至下面房间。夜间则关闭保温板，阻止向外的热损失。夏季保温盖板启闭情况则与冬季相反。白天关闭保温盖板，隔绝阳光及室外热空气，同时用较凉的水袋吸收下面房间的热量，使室温下降；夜晚则打开保温盖板，让水袋冷却。保温盖板还可根据房间温度、水袋内水温和太阳辐照度，进行自动调节启闭。2、主动式太阳房主动式太阳房与被动式太阳房一样，它的围护结构应具有良好的保温隔热性能。对于太阳能供暖系统来说，首先应考虑采用热媒温度尽可能低的采暖方式，所以地板辐射采暖最适宜于太阳能供暖。太阳能供热系统可以用空气，也可以用水作为热媒，两者各有利弊。热风式集热器较便宜，热交换次数少，但集热用循环动力大，是热水式的10倍，风道和蓄热装置占据的空间也大；太阳热水集热器技术较复杂，价格较高，但综合考虑优点较多，特别是近年来真空管集热器的性能、质量有很大提高，价格不断下降，所以今后太阳能供热系统将以热水集热式为主。（1）热风集热式供热系统：在屋面上朝南布置太阳空气集热器，被加热的空气通过碎石贮热层后由风机送入房间，辅助热源为煤气热风炉，并设置控制调节装置，根据送风温度确定辅助热源的投入比例。（2）热水集热式地板辐射采暖兼生活热水供应系统：①在屋顶设置的太阳能集热器，系统有集热循环水泵，辅助蓄热水箱，供热水箱，采暖循环水泵，辅助热源一燃气锅炉，辅助热源热水循环泵，辅助加热换热器，地板辐射采暖盘管。地板辐射采暖盘管的做法是，在地面上先铺设保温层，再铺设聚乙烯塑料盘管，然后再做地面面层。热媒水通过盘管向房间散出热量后温度降低，再返回蓄热水箱，由集热泵送到太阳集热器重新加热：夜间或阴天太阳热能不足时，则由辅助热源加热系统保证供暖。（3）太阳能空调系统：兼有供暖、供冷功能，也可以只有供冷功能。夏季供冷的太阳能空调系统，制冷机为小型澳化钾吸收式制冷机，空调机为风机盘管j口需增加供暖功能，可以有两种方法：一种仍使用风机盘管作末端设备，由蓄热水箱提供热媒水给风机盘管，但水温要求较高，一般要60°C另一种是风机盘管只在夏季工作，冬季则增设地板辐射采暖系统，对水温的要求可降低，30°C一40°C即可。两种方法各有利弊，前者初投资少，但太阳能供暖率较低，运行费用高；后者初投资高，但太阳能供暖率高，运行费低。除了上面介绍的三类系统外，还有太阳能热泵供冷、暖系统以及把土壤作为热源或排热源的地下蓄热式供冷暖系统，即在夏季把能利用于供暖的高温热蓄积起来，供冬季使用；在冬季则把能利用于供冷的低温热蓄积起来，供夏季使用。3、零能房屋零能房屋的含义是指建筑物所需的全部能源供应均来自太阳能，常规能源消耗为零。这种房屋向阳的墙面、屋面可设置太阳电池板，产生的电能除满足用户的照明、电器等需要外，还可为建筑供暖、空调供电保证房屋的热舒适度。太阳能建筑利用太阳能供暖和制冷的建筑。在建筑中应用太阳能供暖、制冷，可节省大量电力、煤炭等能源，而且不污染环境，在年日照时间长、空气洁净度高、阳光充足而缺乏其他能源的地区，采用太阳能供暖、制冷，尤为有利。目前太阳能建筑还存在投资大，回收年限长等问题。太阳能建筑的基本原理：一、基本要素基本要素相互关系1.集热系统即通过各种手段收集太阳的辐射热能。主要方式：通过建筑构件本身、附加独立式集热器（如太阳能热水器、太阳能空气集热器等）。蓄热系统即将集热系统收集的热能储存起来的装置系统。主要方式有：通过建筑构件本身（简单经济）；水筒蓄热系统，利用水的比热大和可充分对流换热原理；卵石仓蓄热系统，利用热空气通过卵石缝隙将热能传递给卵石达到蓄热效果；相变材料蓄热系统，利用物质固液状态转化中需要大量相变热的原理；利用地下土壤蓄热系统（防空洞）。分配系统主要方式：自然散热、板式散热器、地板盘管、风机对流、风机循环、风机空气介质输送分配。辅助热源根据蓄热系统不同，辅助热源不同利用建筑构件本身蓄热时，几乎可用任何方式辅助供热。水体蓄热，采用锅炉、电、天然汽；卵石仓蓄热和相变材料蓄热时，采用空气加热器；控制系统基本为自动控制，利用恒温器和仪表盘，保持系统运转效率。二、太阳能建筑的基本类型在建筑中利用太阳能供暖和制冷的方式，基本上可分为主动式和被动式两种系统。但是这两种太阳能系统，都必须采用辅助热源，以便在一年中最不利的情况下保证提供所需的全部热能。定义：采用高效太阳能集热器以及机械动力系统来完成采暖降温过程，系统运转中需要消耗一定电能，这样的系统称为主动式太阳能系统。采用此系统设计的建筑称为主动式太阳能建筑。经过设计，使建筑构件本身能够利用太阳能采暖供暖，通过自然通风完成降温制冷的过程，系统运转过程中不需消耗电能，这样的系统称为被动式太阳能系统。采用这种系统设计的建筑成为被动式太阳能建筑。主动式太阳能系统：原理：靠常能（泵、鼓风机）运行的系统，由集热器、蓄热器、收集回路、分配回路组成，通过平板集热器，以水为介质收集太阳热。吸热升温的水，贮存於地下水柜内，柜外围以石块，通过石块将空气加热彳爰送至室内，用以供暖。如将蓄热器埋於地层深处，把夏季过剩的热能贮存起来，可供其他季节使用。主动式太阳能系统按传热介质又可分为空气循环系统、水循环系统和水、气混合系统。主动式太阳能系统主要有：液体平板型集热系统、空气平板型集热系统、真空管型集热系统、聚集型集热系统和热泵式集热系统。被动式太阳能系统原理：用建筑物的一部分实体作为集热器和贮热器，利用传热介质对流分配热能的系统。被动式太阳能系统利用建筑材料的吸热性、蓄热性和传热介质的对流收集热能，贮存热能，分配热能。被动式太阳能系统在冬季吸收热能作为供暖的热源，在夏季把建筑物内的热量散发出去，作为调节室内温度的冷源。被动式太阳能系统的能量利用比较充分，效率较高，经济实惠，且简而易行，发展前途比较广阔。在中国新疆、内蒙、天津、甘肃等地区已有多处采用。目前被动式系统有以下五种：直接收益式：在房屋的朝阳面设置大面积双层玻璃窗，利用室内的地面和墙体，作为蓄热体吸收太阳能。蓄热体可用混凝土、砖、石等材料，表面最好用深色。白天蓄热，夜间利用所蓄热能供暖。水墙式：将朝阳墙面做成装水的墙体，墙外设玻璃幕墙，两者之间留出空气隔层。在冬季的白天，阳光把水墙加热彳爰向室内散热；夜晚关闭活动的隔热保温板，使已蓄热的水墙能保证室内热量不致散失。夏季还可利用水墙作为隔热墙之用，防止辐射热入室。蓄热墙式：将朝阳墙面做成厚重实墙，外涂黑色，外层设玻璃幕墙，两者之间留出空气隔层。实墙上留出适当的采光面积，上、下留洞口。白天室内的冷空气通过下部洞口，进入空气隔层受热上升，经由上部洞口进入室内，如此形成对流循环，室内温度即可不断提高。夜间将洞口关闭，并下帘幕，使室内热量不致散失。夏季开启厚墙和玻璃幕墙上的小窗，可通风降温。太阳温室式：在房屋外部建一玻璃温室，与室内有洞口相通。白天太阳将温室加热彳爰，实墙已蓄热，热量即散入室内。实墙也可设计成隔热用的水墙。温室也可以作为一个附加的、阳光充足的空间，作为生活起居之用，可以种菜、栽花或作室内绿化，但在夏季要有遮阳措施。屋顶水池式：在屋顶上用透明材料做成水袋或水池，上盖活动式隔热保温板。在冬季的白天，将保温板拉开，太阳将水加热，夜间关闭保温板。水有较大的热容，可持续向室内散热。夏季的白天大部分阳光被保温板所反射，其馀被水吸收，水袋或水池起隔热作用；夜间打开保温板，使之散热、降温。中国太阳能建筑的发展环境中国太阳能建筑发展环境日趋良好。在中国，1998年5月29日签署加入《京都议定书》，2006年12月1日批准施行《可再生能源法》，2007年8月31日发布《中国可再生能源中长期发展规划》，2008年4月1日正式实施《节约能源法》，2008年10月1日开始实施《建筑节能条例》。“节能减排”、“节能省地”成为建筑行业点击率最高的词语之一。这一切都在向人们昭示：中国的房屋建设及其能源问题已成为中国社会的全局问题，太阳能建筑在中国的发展逐渐受到社会各界的广泛关注。目前，江苏、山东、河北、海南、云南等省，北京、上海、深圳、大连等市已经在新建12层以下居住建筑以及办公建筑、学校、医院、宾馆等公共建筑中开始强制推行太阳能热水系统，因此，应用太阳能热水系统完全可以成为国家层面的建筑节能强制要求，从而让50%或65%的建筑节能目标包含更多的内涵。在中国太阳能与建筑一体化技术已基本成熟的条件下，太阳能与建筑一体化是中国太阳能利用行业发展的必然趋势。中国政府对CO2减排国际义务的承诺和科学发展观的落实，以及不断加强的建筑节能全民意识和日益成熟的房地产市场环境，促进了建筑节能完整利益链与市场化运行机制的形成，为建筑利用太阳能提供了良好机遇。可以肯定，未来的建筑市场将是节能减排的市场，太阳能建筑将迎来快速发展的春天。被动式太阳房简介什么是太阳房？所谓太阳房，就是能够利用太阳能进行采暖和降温的房子。我国传统的民房几乎都是太阳房，是最原始、最感性的太阳房，是现代太阳房的雏形。“太阳房”一词起源于美国。当时，人们看到用玻璃建造的房子内阳光充足，温暖如春，便形象地称为太阳房。辽宁省太阳房试验示范工作始于21世纪80年代初期，发展势头强劲，每年以10万平方米的速度发展，到2000年底，全省共推广太阳房250.7万平方米，居全国首位。其中有住宅、农村中小学校舍、村镇办公室、敬老院等。近年来，被动式太阳能校舍发展速度较快，原因有以下几点：太阳能校舍几乎不用烧柴、煤等常规能源，学生不再受烟熏之苦，有益于学生的身心健康。学校主要是白天使用，并且在最寒冷的一、二月份学生放假，因此，被动式太阳房的优越性能够充分发挥出来。国家教育部及省教委非常重视太阳能校舍的建设，曾多次召开专题会议，讨论改建危旧校舍成太阳能校舍的问题。根据多年来的测试及统计分析，被动式太阳房具有以下的特点：工程造价低。据统计，太阳房的工程造价比普通房增加10%—15%。冬暖夏凉。冬季，在无辅助热源的情况下，太阳房比普通房室内温度高5—8°C左右，室内外温差达到15°C；夏季，太阳房比普通房室内温度低3—5C。节能效果好。据测算，一栋100平方米的太阳房和普通房，在保证室内温度相同的情况下，每年可节约薪柴或秸秆1.5吨左右；在保证烧柴量相同的情况下，太阳房比普通房室内温度高5—8C。需要辅助热源，当室外温度很低或连续阴天时，应当有辅助热源提供热量来维持室内温度。辅助热源可采用吊炕等。辽宁省技术监督局和辽宁省建设厅于1997年联合颁布了《村镇被动式太阳能建筑设计施工规程》，辽宁省人民政府于1998年授予该项技术为省科技进步三等奖。一、太阳房的分类按照目前国际惯用名称，太阳房分为两大类：主动式太阳房和被动式太阳房。主动式太阳房是以太阳能集热器、管道、散热器、风机或泵以及储热装置等组成的强制循环太阳能采暖系统，或者是上述设备与吸收式制冷机组成的太阳能空调系统。这种系统控制、调节比较方便、灵活，人处于主动地位。主动式太阳房的一次性投资大，设备利用率低，技术复杂，需要专业技术人员进行维护管理，而且仍然要耗费一定量的常规能源。因此，对于居住建筑和中小型共用建筑来说，主要采用被动式太阳房，今后提到的太阳房指的就是被动式太阳房。被动式太阳房是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构、构造的恰当选择，使其在冬季能采集、保持、贮存和分配太阳能，从而解决建筑物的采暖问题。同时，在夏季又能遮蔽太阳能辐射，散逸室内热量，从而使建筑物降温，达到冬暖夏凉的目的。被动式太阳房最大的优点是构造简单，造价低廉，维护管理方便。但是，被动式太阳房也有其缺点，主要是室内温度波动较大，舒适度差，在夜晚、室外温度较低或连续阴天时需要辅助热源来维持室温。集热、蓄热、保温是被动式太阳房建设的三要素，缺一不可。被动式太阳房按集热形式可分为五类：直接受益式直接受益式是被动式太阳房中最简单也是最常用的一种。它是利用南窗直接接受太阳能辐射。太阳辐射通过窗户直接射到室内地面、墙壁及其他物体上，使它们表面温度升高，通过自然对流换热，用部分能量加热室内空气，另一部分能量则贮存在地面、墙壁等物体内部，使室内温度维持到一定水平。直接受益式系统中的南窗在有太阳辐射时起着集取太阳辐射能的作用，而在无太阳辐射的时候则成为散热表面，因此在直接受益系统中，南窗尽量加大的同时，应配置有效的保温隔热措施，如保温窗帘等。由于直接受益式被动式太阳房热效率较高，但室温波动较大，因此，使用于白天要求升温快的房间或只是白天使用的房间，如教室、办公室、住宅的起居室等。如果窗户有较好的保温措施，也可以用于住宅的卧室等房间。集热蓄热墙式集热蓄热墙式被动式太阳房是间接式太阳能采暖系统。阳光首先照射到置于太阳与房屋之间的一道玻璃外罩内的深色储热墙体上，然后向室内供热。采用集热蓄热墙式被动式太阳房室内温度波动小，居住舒适，但热效率较低，常常和其他形式配合使用。如和直接受益式及附加阳光间式组成各种不同用途的房间供暖形式，可以调整集热蓄热墙的面积，满足各种房间对蓄热要求的不同，这种组合可以使用于各种房间的要求。但玻璃夹层中间容易积灰，不好清理，影响集热效果，且立面涂黑不太美观，推广有一定的局限性。附加阳光间式附加阳光间式被动式太阳房是集热蓄热墙系统的一种发展，将玻璃与墙之间的空气夹层加宽，形成一个可以使用的空间一一附加阳光间。这种系统其前部阳光间的工作原理和直接受益式系统相同，后部房间的采暖方式则雷同于集热蓄热墙式。贮热屋顶式自然对流回路式这两种形式目前国内采用极少。二、太阳房的基本原理太阳房的基本原理就是利用“温室效应”。因为，太阳辐射是在很高的温度下进行的辐射，很容易透过洁净的空气、普通玻璃、透明塑料等介质，而被某一空间里的材料所吸收，使之温度升高，它们又向外界辐射热量，而这种辐射是长波红外辐射，较难透过上述介质，于是这些介质包围的空间形成了温室，出现所谓的“温室效应'。三、太阳房设计要点（一）太阳房的建设地点、朝向和房间距的确定正确确定太阳房的建设地点、朝向和房间距，是能否充分利用太阳能、达到冬暖夏凉的关键，建房前一定要在村镇建设规划允许的情况下，合理选择建设地点、朝向和房间距。太阳房的建设地点太阳房的建设地点最好选在背风向阳的地方，在冬至日从上午9时至下午3时的6个小时内，阳光不被遮挡，直接照射进室内或集热器上。太阳房的朝向根据多年来的经验，太阳房的朝向在南偏东或偏西15°以内，这样能保证在整个采暖期内，南向房间里有充足的日照，夏季避免过多的日晒。太阳房的房间距太阳房与前面的建筑物之间的距离应大于前面建筑物高度的两倍为宜。（二）太阳房外部形状和内部各房间的安排太阳房的南墙是太阳房的主要集热部件，南墙面积越大，所获得的太阳能越多。因此，太阳房的形状最好采用东西延长的长方形，墙面上不要出现过多的凸凹变化。太阳房内部房间的安排应根据房间的用途确定，应将主要房间如住宅的卧室、起居室和学校的教室等安排在南向，而将辅助房间如住宅的厨房、卫生间和教室的走廊等放在北向。（三）太阳房的墙体太阳房的墙体除具有一般普通房屋墙体的功能外，还具有集热、贮热和保温功能，是太阳房的重要组成部分。辽宁省太阳房的墙体主要采用复合墙体。其做法是将普通370毫米的外墙拆分成两部分，一部分为240毫米（一砖），放在内侧，做为承重墙，中间放保温材料（如苯板、袋装散状珍珠岩等），其厚度根据设计室温而定，一般苯板为8—10毫米，珍珠岩为130毫米以上。外侧为120毫米的保护墙（半砖）。承重墙与保护墙之间必须用钢筋拉结使它们形成一个整体。拉结方法为用直径为6毫米的钢筋拉结，钢筋两端设有弯钩，长度比复合墙厚少40毫米。水平间距两砖到两砖半（500—750毫米），垂直距离为8—10皮砖（500—600毫米）。拉结钢筋要上下交错布置。（四）门窗太阳房的门窗是太阳房获取太阳能的主要集热部件，也是重要的失热部件。由于门经常开启，保温困难，最好设门斗或双层门。窗的功能在太阳房设计中，除了具有采光\通风和观察作用外，还具有集取太阳能的功能，对于直接受益式太阳房来