夏热冬冷地区小城镇被动式太阳房设计.doc

夏热冬冷地区小城镇被动式太阳房的设计 杨子江，吴耀华 ??? 摘? 要：论述了小城镇被动式太阳房的基本原理，提出了被动式太阳房利用太阳能的几种形式及设计方案。在夏热冬冷地区小城镇住宅中利用太阳能是一种节能而环保的技术 ??? 关键词：夏热冬冷地区；小城镇住宅；太阳房；设计 ??? 1引言 ??? 我国夏热冬冷地区，虽然冬季最冷月平均气温高于0℃，但低于5℃的天数有2～3个月，相对湿度较高，日照率又偏低。如湖北地区全年日照时数只有1400～2200h，全年总太阳辐射能为（100～120）×104kJ/m2，夏季酷热。这必然使几乎没有保温隔热措施的小城镇住宅冬夏季室内热环境条件不佳。随着人们生活水命的不断改善，人们对住宅热环境的舒适性要求日趋迫切，冬季采暖势在必行。 ??? 太阳能是广大农村和小城镇可利用的最好能源，太阳能热水器、日光温室已经在人们的生活、生产中发挥了极其重要的作用。因此，如何有效利用太阳能，使建筑设计合理，以改善夏热冬冷地区小城镇住宅室内热环境条件，达到低水平的室内舒适参数，已成为一个重要的研究课题。 ??? 2小城镇被动式太阳房的基本原理和技术简介 ??? 太阳辐射很容易透过清洁的空气、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，介质又可向外界辐射热量，而这种辐射是在比太阳低得多的温度下散发的长波红外辐射，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，而温室效应是被动式太阳房最基本的工作原理。 ??? 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、储存和分配太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题。同时在夏季又能遮蔽太阳辐射，散逸室内热量，从而使建筑降温，达到冬暖夏凉的目的被动式太阳房系统最简单的原理，就是尽量开大南向采光窗，减少北向窗，最好不设东西窗，而且在有条件的地区，最好采用双层门窗。围护结构采用导热系数小的材料（如聚苯板、珍珠岩、矿棉板等），增加围护结构的热阻，降低围护结构的传热系数。 ??? 白天，当阳光穿过建筑物南向玻璃窗进入室内后，重质密实材料如砖、土坯、混凝土和水等吸收并储存太阳能；当夜晚室内温度降低时，储存的太阳能通过传导、对流、辐射等方式为室内提供热量。把建筑物的主要房间布置在朝阳的一侧，辅助房间布置在朝阴的一侧，这样不仅起到缓冲的作用，同时也能使储存的有限太阳能得到充分利用。 ??? 3被动式太阳房利用太阳能的形式 ??? 被动式太阳房按照集热形式主要分为四类，即直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式、屋顶池式。 ??? 3.1直接受益式 ??? 它是被动太阳房最简单的一种，这种方式升温快、构造简单、不需增设特殊的集热装置，与一般建筑的外形无多大差异，建筑的艺术处理也比较灵活，是一种容易推广使用的太阳能采暖方式。它利用南窗直接接受太阳辐射，用楼板层、墙体及家具设施等作为吸热和储热体，当室温低于这些蓄热体表面温度时，这些物体就会像一个大的低辐射器那样向室内供暖（见图1）。 图2 集热墙冬、夏季工作状况 ??? 从节能及太阳能的利用角度来看，小住宅体型应以正方形和接近正方形的矩形为宜，住宅净高一般以控制在2.9m为宜，住宅进深一般不应超过层高的2.5倍，而南向房间的进深，以不大于层高的1.5倍为宜。这样做能够保证集热面积与房间面积之比不小于30%，从而具有较高的太阳供暖率。对于独立式住宅，面阔三开间时宜做一层，四开间以上宜做二层。此外，为了减少热损失，夜间必须用保温窗帘或有效的保温隔热措施。 要使直接得热采暖建筑设计取得成功，建筑设计时必须注意如下四点：(1)建筑外围护结构要有很好的保温；(2)南向要设有足够大的集热表面；(3)室内布置尽可能多的储热体；(4)主要采暖房间紧靠集热表面和储热体布置，而次要的、非采暖房间围在它们的北面和东西两侧。 ??? 3.2集热蓄热墙式 ??? 将集热墙向阳的外表面涂以深色的选择性涂层加强吸收并减少辐射散热，使该墙体成为集热和蓄热器。在离外表面10cm左右处装上玻璃或透明塑料薄片，两者之间应留≥150mm的空隙。白天有太阳时主要靠空气间层被加热的空气通过墙顶与底部通风孔向室内对流供暖，夜间则主要靠墙体本身的储热向室内供暖。其冬夏季的工作状况如图2所示。储热墙体通常采用混凝土墙或实心砖墙，这些重质墙体热容量大、热惰性大，因此储热多，防热慢，温度波动延迟时间较长，有利于减缓夜间室内温度下降。 ??? 3.3附加阳光间式 附加阳光间可供起居、集热、养殖之用，日光间内夏季可利用开窗通风散热、设窗帘并依靠室外种植等遮阳，防止日光直射受热。据测试，有附加阳光间的房间年度热损失只相当于无该日光间的全年热损失的一半。附加阳