被動式太陽能廠房設計與實際使用效果分析

【摘 要】本文介紹的工程實例為被動式太陽能生產廠房，文中介紹了該項目的設計理念及原理，并對實際使用效果進行了分析。

【關鍵詞】被動式 太陽能 廠房 設計 效果

1. 項目背景

全球性的環境惡化和能源的危機已經越來越引起全人類的普遍重視，太陽能作為一種巨大的、無污染的能源，它在未來的能源替代中處于頗為重要的位置。從我國國情來看，建筑節能是社會經濟發展的需要，是減輕大氣污染的需要，是改善建筑熱環境的需要.建筑節能的開發利用至關重要。

長期以來，人們就一直在努力研究利用太陽能。我們地球所接受到的太陽能，只占太陽表面發出的全部能量的二十億分之一左右，這些能量相當于全球所需總能量的3-4萬倍，可謂取之不盡，用之不竭。其次，宇宙空間沒有晝夜和四季之分，也沒有烏云和陰影，輻射能量十分穩定。再者，太陽能和石油、煤炭等礦物燃料不同，不會導致“溫室效應”和全球性氣候變化，也不會造成環境污染。正因為如此，太陽能的利用受到許多國家的重視，大家正在競相開發各種光電新技術和光電新型材料，以擴大太陽能利用的應用領域。特別是在近10多年來，在石油可開采量日漸見底和生態環境日益惡化這兩大危機的夾擊下，我們越來越企盼著“太陽能時代”的到來。從發電、取暖、供水到各種各樣的太陽能動力裝置，其應用十分廣泛，在某些領域，太陽能的利用已開始進入實用階段。

秦皇島市的氣候類型屬于暖溫帶，地處半濕潤區，屬于溫帶季風氣候。因受海洋影響較大，氣候比較溫和，春季少雨干燥，夏季溫熱無酷暑，秋季涼爽多晴天，冬季漫長無嚴寒。轄區內地勢多變，但氣候影響不大。2006年，市區全年平均氣溫11.2℃，平均最高24.9℃，最低零下4.3℃，全年降雨量551.7毫米。該地區的氣候特點事宜建設太陽能廠房。

2. 工程概況

本文介紹的被動式太陽能廠房是秦皇島市顯星機械設備有限公司的一個生產廠房，位于河北省秦皇島市北戴河開發區，該廠房長62米，寬21米，高12米，建筑占地面積1344平方米，為單層鋼結構建筑。建設工期一年，建設投資約25萬元，于2007年9月竣工投產。

該廠房采用被動式太陽能采暖系統，主要建筑南側設置蓄熱系統，同時設置地源熱泵系統進行輔助采暖，該項目利用太陽能實現廠房冬季供暖，是一個依靠可再生能源解決廠房用能的示范項目。

3. 被動式太陽能廠房的設計理念及原理

筆者在設計該被動式太陽能廠房時充分考慮到了秦皇島地區的氣候特點，在保證冬季供暖效果的同時，充分考慮到了夏季過熱的問題。

該被動式太陽能廠房是利用太陽能進行供暖的廠房建筑，太陽能供熱過程未采用動力，為被動式太陽能供暖。

東、西、南墻(主要南墻)采用集熱板蓄熱墻。白天利用太陽直射迅速加熱集熱板，玻璃罩與墻體間夾層內的空氣被熱的集熱板表面加熱上升，通過墻體上部的通氣孔進入室內；同時室內冷空氣通過下部通氣孔吸進夾層；如此形成室內輸送熱風的對流循環。

太陽墻主要形式包括：復合型太陽墻、特朗勃墻、保溫特朗勃墻、不通風太陽墻。這四種墻體熱效率最高的為特朗勃墻。特朗勃墻（Trombc）是法國奧德曼（Odeillo）太陽能研究所所長Felix Ttombe（菲利西·特朗勃）博士創造，而由建筑師Michel設計的一種被動式太陽房上應用。1956年開始研究。其結構利用南墻除南窗以外墻面作玻璃覆蓋，使這部分墻體變成集熱蓄熱墻。

特朗勃墻是由朝南的重質墻體與相隔一定距離的玻璃蓋板組成。在冬季，太陽透過玻璃蓋板被表面涂成黑色的重質墻體吸收并儲存起來，墻體上帶有上下風口，使室內空氣得以流動。玻璃蓋板和空氣層抑制了墻體所吸收的輻射熱向外的散失。

但是，冬季蓄熱的效果越好，夏季越容易出現過熱問題。筆者設計過程中充分考慮到了特朗勃墻夏季容易出現過熱的問題，并進行了有針對性的改進。夏季，將加熱集熱板通過軸承進行翻轉過來，集熱板的背面刷白色涂基，可進行反光，另外關閉上下風口，從而解決了夏季過熱問題。

加熱集熱板板采用導熱系數良好，受熱均勻的鋁片。涂料采用太陽能選擇性吸收性涂基，其太陽吸收率可達0.94。黑色的集熱板具有很好的吸收作用。同時玻璃罩具有透過“短波太陽輻射”而不透過“長波紅外熱輻射”的特殊性，一旦太陽能能通過玻璃，并被集熱板吸收，則由集熱板再次發出的熱輻射，就不會再通過玻璃再返回到室外，而被限制在房間內部加以利用。因此，太陽能暖房具有集熱、蓄熱作用。集熱板背面刷白色涂基，具有反光效果，夏季可將此面通過軸承進行翻轉，避免夏季吸收過多熱量產生過熱。

該被動式太陽能廠房除在利用太陽能上進行了設計外，在門窗、維護結構、輔助供暖（制冷）系統的設計上也充分考慮了到了節能效果。窗選用的是雙層中空玻璃窗、門選用的是保溫防盜門、墻體進行了外保溫處理、輔助供暖采用了節能產品地源熱泵系統。通過這些輔助的設計，從而達到了建筑物的整體節能效果。

4. 被動式太陽能廠房實際使用效果分析

4.1節能效果明顯

被動式太陽房是太陽能向室內傳遞， 不采用任何機械動力， 不需要專門蓄熱器、熱交換器、水泵或風機等設備， 而完全由自然方式輻射、傳導和自然對流進行供暖制冷。南窗既是房屋的采光部件， 又是太陽能系統的集熱部件墻體既是房屋的圍護構件，又是太陽能系統的集熱蓄熱部件。這樣的房屋結構部件，既達到利用太陽能的目的，又可節約費用。

冬季室內的溫度在不開啟輔助供暖系統時，能保證廠房在零上10度以上，較寒冷的幾天或是連續的陰雨天，可開啟輔助供暖系統，可以實現順利過渡，事實證明采暖期開啟輔助供暖的天數不足30天，節能效果明顯。

實現自然通風，在不開啟通風機和換氣扇時，能夠利用對流，實現廠房內的通風換氣，大大提高了空氣品質。

4.2先期投資少，年節約采暖費用70%以上

被動式太陽能建筑是通過建筑朝向和周圍環境的合理配置以及建筑材料和結構的恰當選擇，依靠房屋本身來完成集取、儲存和分配太陽能的建筑形式。它的優點是建造技術簡單，先期投資少，能基本滿足人們對房間舒適度的要求。

本工程由于增加了被動式太陽能系統，增加投資不足10%， 但是年節省采暖費70%，經濟上也是可行的。

4.3為項目所在地其他類似工程起到了示范作用，具有良好的社會效益

該項目的建設，為該地區的同類工程起到了很好的示范、和參考作用；在節能降耗方面做出非常有益的嘗試，具有重要的社會意義。

結束語

隨著今后能源價格的不斷上漲，該項目的優越性會進一步顯現。由于技術有限，該項目還不夠完美，隨著科技不斷發展和進步，被動式太陽能供暖（制冷）技術會進一步提高。

參考文獻：

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作者簡介：郝琳潔，畢業院校：燕山大學，專業：建筑環境與設備工程，單位：北京本土建筑設計有限公司秦皇島分公司， 生日：1983年6月16日;

宋廣瑞， 畢業院校：燕山大學，專業：建筑環境與設備工程， 單位：中冶京誠（秦皇島）工程技術有限公司， 生日：1982年7月24日。

（作者單位：郝琳潔，北京本土建筑設計有限公司秦皇島分公司；宋廣瑞中冶京誠（秦皇島）工程技術有限公司）