淺談被動式太陽房在新農(nóng)村建設應用中的設計要點

徐向飛

摘 ? ?要：隨著建筑節(jié)能要求的不斷提高，城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，農(nóng)村建筑對節(jié)能的要求也隨之提升，可再生能源在新農(nóng)村建設中的應用也更加廣泛，其中包含太陽能、風能、生物能等，太陽能應用形式主要有被動式太陽房、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式太陽房在新農(nóng)村建設中的設計要點。

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

1 ?規(guī)劃選址要點

1.1 ?建筑場地的規(guī)劃

由于在冬季晴朗無風的夜晚，冷空氣會停留在低凹地形的底部，只要沒有風力擾動，冷空氣會一直積聚于此，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小時的日照。太陽房與南向其他房屋應保持一定的間距，以確保冬季時陽光不被其他建筑遮擋。

1.2 ?建筑平面布置的選擇

主導風向?qū)Ρ粍邮教柗康亩臼覂?nèi)熱量損耗及夏季自然通風的影響很大因此選擇太陽房的朝向時除了需要考慮日照，還需要注意主導風向。同時還應該對太陽房的室內(nèi)空間按不同功能要求進行分類，并根據(jù)他們之間聯(lián)系的密切程度加以組合、劃分。

建議住宅開間與進深的比值為1：1.5;學校教室的開間≥6m，進深≤6m。太陽房的層高不宜過高，一般住宅層高取2.8m～3.0m，學校教室取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吹襲;夏季有良好的通風。

當太陽輻射接收面面積相同時，由于方位的差異，其所接收到的太陽輻射量也不相同。研究表明當集熱面與正南方向的方位角超過30°時，其接收到的太陽輻射量就會急劇減少。因此為了盡可能多的接收太陽輻射，應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，不但影響冬季被動式太陽能采暖的效果，而且會造成其它季節(jié)室內(nèi)過熱的現(xiàn)象。被動式太陽房最佳朝向是南向以及南偏東或偏西15°范圍。

2 ?建筑設計要點

2.1 ?建筑體型的設計

建筑物的體型與節(jié)能有很大的關(guān)系。建筑物的圍護結(jié)構(gòu)的總面積越大，體積越小，體型越復雜，建筑物的采暖耗熱量越大。因此在設計時應使建筑的立面盡量簡單，減少立面凹凸。在具體設計中，特別是針對被動式太陽房的設計，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，同時還需要避開冬季主導方向的寒風。但是同時滿足以上三個要求的建筑體型常常不一致，且躲避寒風又受著地區(qū)、風環(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)化組合各個影響因素方可確定。

太陽房集熱部件的立面設計應與建筑立面設計形式相協(xié)調(diào)。南向墻面構(gòu)件的跳出或退進應不影響太陽能的利用。

2.2 ?建筑圍護結(jié)構(gòu)的設計

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

太陽房應優(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。

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

3 ?建筑采暖設計要點

3.1 ?采暖方式的選擇

被動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。因此在實際工程設計中，建議采用兩種或兩種以上集熱方式相結(jié)合的復合式太陽能采暖，并應根據(jù)當?shù)貧庀蟆⒖拐稹⒎课菔褂眯再|(zhì)、經(jīng)濟水平等因素綜合考慮，合理選擇。

3.2 ?不同采暖方式的設計要點

3.2.1 ?直接受益式

房間的集熱量應該根據(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，但同時由于熱空氣分布于房間頂部，通過天窗對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≥0.76，與邊框應可靠固定并具有相應的密封措施。集熱墻表面應采用吸收系數(shù)高、反射率低的深色無光涂層。

3.2.3 ?附加陽光間式

附加陽光間設置的方向應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，應該根據(jù)設定好太陽能節(jié)能率確定集熱負荷，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)村建設中被動房的應用越來越廣泛。現(xiàn)階段應進一步完善被動式太陽房的相關(guān)標準、規(guī)范、圖集，完善設計、施工、驗收及維護技術(shù)規(guī)程。同時，需要加強專業(yè)的人才培養(yǎng)，為太陽能被動房技術(shù)領(lǐng)域提供全方位的人才儲備，另外，應該從初期設計入手嚴格按照標準進行設計、審圖，促進太陽能被動房技術(shù)在新農(nóng)村建設中的合理應用，保證太陽能技術(shù)建筑應用健康可持續(xù)發(fā)展。