農(nóng)村太陽房節(jié)能優(yōu)化

崔海山

(煙臺市萊陽中心醫(yī)院，山東煙臺 265200)

0 引言

由于太陽能具有巨大、廣泛、長久和無害等優(yōu)點，在農(nóng)村建筑上得到了廣泛的應(yīng)用，劉建龍等對農(nóng)村住宅節(jié)能技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行了分析，張健等進行了被動式太陽房供暖實驗研究，上述都是從提高室內(nèi)熱環(huán)境方面進行研究，對農(nóng)村太陽房的節(jié)能設(shè)計方面的研究還很少。

本文結(jié)合膠東農(nóng)村地區(qū)住宅結(jié)構(gòu)特點，將房屋南立面改造成附加陽光間。南立面墻體有較好的保溫效果，還可以兼作集熱墻，符合我國傳統(tǒng)的建筑形式和農(nóng)民生活習慣，大幅度提高了太陽能利用效率。從建筑規(guī)劃節(jié)能設(shè)計、建筑平面節(jié)能設(shè)計和建筑圍護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面對農(nóng)村附加陽光間太陽房進行了優(yōu)化，以提高附加陽光間太陽房的整體節(jié)能效果。

1 附加陽光間太陽房建筑優(yōu)化設(shè)計

1．1 附加陽光間太陽房建筑規(guī)劃節(jié)能設(shè)計

1)建筑體型節(jié)能設(shè)計。

建筑物的體型系數(shù)是影響建筑節(jié)能效果的主要因素之一，節(jié)能建筑的形態(tài)不僅要求體型系數(shù)小，而且需要冬季盡可能多的獲得太陽輻射能量，另外還需要避開冬季主導(dǎo)風向。

因此在選擇節(jié)能體型時要考慮當?shù)囟練鉁睾腿蛰椛湔斩取⒔ㄖ颉⒏鲏γ鎳o結(jié)構(gòu)的保溫狀況和局部風環(huán)境狀態(tài)等因素的影響，要權(quán)衡得熱和失熱的具體情況，優(yōu)化組合各影響因素。從有利于節(jié)能出發(fā)，體形系數(shù)應(yīng)盡可能減小，根據(jù)DB 42/301-2005-5．0．3規(guī)定，低層建筑物的體形系數(shù)不應(yīng)超過0．83。

2)建筑間距節(jié)能設(shè)計。

建筑間距應(yīng)綜合考慮防火、日照、防噪、衛(wèi)生等要求，通常是由建筑日照要求決定的，所以稱其為建筑日照間距。選擇住宅日照時間標準時通常取冬至日中午前后2 h日照為下限，再根據(jù)各地的地理緯度和用地狀況加以調(diào)整。住宅中的日照質(zhì)量是通過日照時間和每小時的日照面積累積而達到的。

其中日照時間除了確定冬至日中午南向2 h的日照外，還隨建筑方位、朝向的不同而各異，即根據(jù)各地區(qū)經(jīng)具體測定的最佳朝向來確定。陽光的照射量由受到日照時間內(nèi)每小時室內(nèi)墻面和地面上陽光投射面積的累積來計算。

只有日照時間和日照面積得到保證，才能對附加陽光間冬季提高室溫有顯著的作用。

1．2 附加陽光間太陽房建筑平面節(jié)能設(shè)計

1)農(nóng)村住宅室內(nèi)的分區(qū)。

根據(jù)人們對熱環(huán)境的不同需求而合理分區(qū)，在附加陽光間太陽房平面設(shè)計中，將熱環(huán)境質(zhì)量要求比較相近、功能不同的房間相對集中布置。

方案實施過程中，對熱環(huán)境質(zhì)量要求較低的房間集中設(shè)于平面中溫度相對較低的區(qū)域，高的設(shè)于溫度較高區(qū)域，既有利于對不同區(qū)域分別控制，又可最大限度利用日輻射，保持室內(nèi)較高溫度，同時減少供熱能耗。

熱環(huán)境質(zhì)量要求較低的房間，如住宅中的附屬用房(廚房、廁所、走道等)布置于冬季溫度相對較低的區(qū)域內(nèi)，而將環(huán)境質(zhì)量好的向陽區(qū)域布置居室和起居室，使其具有較高的室內(nèi)溫度。并利用附屬用房減少居室等主要房間的散熱損失，以最大限度地利用能源，通過室內(nèi)的溫度分區(qū)，滿足熱能的梯級應(yīng)用，運用建筑設(shè)計方法，使住宅空間成為熱流失的阻隔體，達到節(jié)能目的。

2)合理布置溫度阻尼區(qū)。

為了提高各主要功能房間的室內(nèi)熱舒適性，需要在溫度較高的熱環(huán)境區(qū)與溫度很低的室外空間之間，合理設(shè)置不同類型的溫度阻尼區(qū)(Buffer Zone)。

阻尼區(qū)可以使溫度較高房間外墻的傳熱損失減少40%～50%，同時可以減少房間的冷風滲透負荷，從而減少了建筑的滲透熱損失。

1．3 附加陽光間太陽房建筑圍護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

1)門窗節(jié)能設(shè)計。

門窗是圍護結(jié)構(gòu)中主要散熱部位，其建筑能耗約占建筑圍護部件總能耗的40%～50%。提高門窗的保溫隔熱性能，降低門窗能耗，可以有效改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和提高建筑節(jié)能水平。北向、東西向和南向的窗墻比應(yīng)分別控制在0．25，0．30，0．35左右。由于農(nóng)村大氣污染沒有城市嚴重，太陽輻射強度比城市強，為增加白天太陽的輻射量，其南向窗可適當增大。

2)墻體節(jié)能設(shè)計。

墻體是太陽房外圍護結(jié)構(gòu)的主體，在農(nóng)村住宅的墻體設(shè)計中，僅重點考慮其承重作用，忽視其保溫效果。對于單一材料墻體(如磚墻)往往難以同時滿足較高的保溫、隔熱要求。外墻是建筑物能耗的關(guān)鍵部位，對其進行保溫，節(jié)能潛力可觀。

根據(jù)各地區(qū)氣候條件，合理選擇保溫材料，并通過試驗與仿真優(yōu)化相結(jié)合的方法來確定保溫層的經(jīng)濟厚度。目前在建筑物外墻中可選用的節(jié)能建筑材料主要是新型磚材料、建筑砌塊及新型保溫節(jié)能墻板。根據(jù)《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準》，青島地區(qū)農(nóng)村建筑外墻的傳熱系數(shù)一般選取 K≤0．55 W/(m2·K)～0．85W/(m2·K)。

3)屋面節(jié)能設(shè)計。

農(nóng)村住宅的屋頂主要由結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層組成。減少屋頂能耗的主要途徑是提高屋面的保溫性能，其關(guān)鍵在于保溫材料的選擇。目前，屋面隔熱保溫材料主要有憎水性膨脹珍珠巖、聚苯復(fù)合材料、玻璃棉等。

4)地面節(jié)能設(shè)計。

一般農(nóng)村建筑地面不考慮保溫措施，耗熱量約占總耗熱量的6%。據(jù)測算沿外墻內(nèi)側(cè)周邊約1 m的范圍內(nèi)，地面?zhèn)鲗?dǎo)失熱最大，可以在外墻內(nèi)側(cè)0．5 m～1．0m范圍內(nèi)，鋪設(shè)200 mm厚的干爐渣，減少室內(nèi)熱量向外傳遞。

對于新建附加陽光間太陽房，在地面下鋪設(shè)碎磚、灰土及爐渣等一些保溫層，這種方法構(gòu)造施工方便、經(jīng)濟。在地面下設(shè)置節(jié)能地炕，提高地面溫度，在冬季與附加陽光間耦合供暖。

2 附加陽光間太陽房節(jié)能評價指標

附加陽光間太陽房節(jié)能效益，主要是對太陽房的采暖熱性能評價，在滿足熱性能的前提下，提高農(nóng)村室內(nèi)熱舒適性是附加陽光間太陽房節(jié)能效果評價的主要任務(wù)。

評價指標主要有太陽能供暖節(jié)能率、室內(nèi)平均溫度、晝夜室溫波動率、不舒適度指標、最低可忍受溫度以下出現(xiàn)時間的百分比和太陽能供暖總效率。

2．1 附加陽光間太陽房供暖節(jié)能率

這是一個反映附加陽光間太陽房節(jié)約常規(guī)能源量的參數(shù)，定義為:

式中:T——采暖期室內(nèi)計算溫度;

Tr——采暖期室溫平均溫度;

Qan——保證室溫在一定溫度T以上，太陽房每月所需的輔助供暖負荷;

Qnet——圍護結(jié)構(gòu)與太陽房相同，南向墻為絕緣墻時，保證一定室溫T每月所需的輔助負荷。

2．2 室內(nèi)平均溫度和晝夜室溫波動率

1)室內(nèi)平均溫度:

2)晝夜室溫波動率:

其中，Trn為室內(nèi)實時監(jiān)測溫度;Trf為反映逐時室溫偏離平均室溫幅度的量。

2．3 低于最低可忍受溫度出現(xiàn)的時間百分比

其中，Tb為低于最低可忍受溫度的室內(nèi)溫度。

2．4 太陽能供暖總效率

上述這些評價指標，從不同角度反映了附加陽光間太陽房運行的熱性能，對附加陽光間太陽房的供暖評價具有重要意義。

3 結(jié)語

從建筑規(guī)劃節(jié)能設(shè)計、建筑平面節(jié)能設(shè)計和建筑圍護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面對農(nóng)村附加陽光間太陽房進行了優(yōu)化，為農(nóng)村地區(qū)建設(shè)附加陽光間太陽房提供了重要的理論依據(jù)。

分析了附加陽光間太陽房建筑布局和結(jié)構(gòu)特點，提出了附加陽光間太陽房采暖熱性能評價指標，為附加陽光間太陽房節(jié)能效果評價提供了理論依據(jù)。

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