被動(dòng)房與太陽(yáng)光利用

郭浩東

摘要：被動(dòng)房與太陽(yáng)光密不可分，較高的可見(jiàn)光透過(guò)率，有助于被動(dòng)房室內(nèi)照明能耗的降低。合理的太陽(yáng)能總透射比和光熱比的設(shè)計(jì)，再結(jié)合各種遮陽(yáng)裝置，有助于被動(dòng)房在夏季和炎熱地區(qū)實(shí)現(xiàn)“透光不透熱”，在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季實(shí)現(xiàn)“透熱又透光”，最大限度地降低空調(diào)等主動(dòng)設(shè)施的能耗。本文從“建筑光學(xué)”的角度，來(lái)闡述被動(dòng)房與太陽(yáng)光的密切關(guān)系。

關(guān)鍵詞：被動(dòng)房；太陽(yáng)光利用

1導(dǎo)言

2017年住建部開(kāi)展被動(dòng)式建筑科技計(jì)劃項(xiàng)目，即被動(dòng)式超低能耗綠色建筑示范項(xiàng)目。被動(dòng)式建筑應(yīng)在滿(mǎn)足國(guó)家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求基礎(chǔ)上，參照《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》，重點(diǎn)通過(guò)適應(yīng)氣候特征的高效保溫隔熱性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、自然通風(fēng)、天然采光、合理利用太陽(yáng)能等被動(dòng)式技術(shù)的應(yīng)用，較大限度降低建筑能量需求。被動(dòng)房要求其所用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)等材料均采用能適應(yīng)氣候特征的高效保溫隔熱材料，即節(jié)能材料。作為被動(dòng)房建筑上使用的窗戶(hù)來(lái)說(shuō)，要兼具隔熱和采光雙重性能。

在2018年第五屆全國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑大會(huì)上，獲得中國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑示范項(xiàng)目、最佳案例并在大會(huì)上授予設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)。本文作者結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不同地區(qū)被動(dòng)房建設(shè)過(guò)程中，如何充分利用太陽(yáng)光，如何選擇不同光熱參數(shù)類(lèi)型的玻璃，給出了合理建議。

2定義

“被動(dòng)房”是建筑節(jié)能理念和各種技術(shù)產(chǎn)品的集大成者，通過(guò)充分利用太陽(yáng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉词共膳牡囊淮文茉床怀^(guò)15千瓦/平米的房屋，也不需要主動(dòng)加熱，它基本上是依靠被動(dòng)收集來(lái)的熱量來(lái)使房屋本身保持一個(gè)舒適的溫度，不需要主動(dòng)熱源的供給。

3優(yōu)點(diǎn)概述

被動(dòng)式節(jié)能屋的概念適用于世界各地，無(wú)論寒冷地區(qū)還是溫暖地區(qū)都可建設(shè)被動(dòng)式房屋，其基本的方式是一致的。依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，房屋的建筑結(jié)構(gòu)材料的用量會(huì)有些差異。在寒冷地區(qū)關(guān)心的是墻體厚度，保溫層厚度。而在炎熱地區(qū)更關(guān)心的是制冷方法，例如遮陽(yáng)、窗戶(hù)通風(fēng)以保證在夏天也能保持舒適的室內(nèi)環(huán)境。任何被動(dòng)式房屋的個(gè)性特點(diǎn)都要依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進(jìn)行優(yōu)化。

4太陽(yáng)光和被動(dòng)房的關(guān)系

被動(dòng)房的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)中，和太陽(yáng)光相關(guān)的有兩個(gè)，即“自然采光”和“太陽(yáng)能輻射”，這兩個(gè)關(guān)鍵詞是指透明部分來(lái)說(shuō)的。透明部分的功能是讓人透過(guò)它能夠從室內(nèi)看到室外，陽(yáng)光透過(guò)它可以照進(jìn)室內(nèi)，保持嚴(yán)寒的冬日里室內(nèi)的溫暖。

具體到被動(dòng)房透明部分的技術(shù)指標(biāo)中，有三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)分別為可見(jiàn)光透射比τv、太陽(yáng)能總透射比g以及光熱比LSG（也稱(chēng)玻璃選擇性系數(shù)S）。

4.1可見(jiàn)光透射比τv

一般來(lái)說(shuō)τv當(dāng)然越大越好，一是人的視覺(jué)感觀比較好，二是能夠節(jié)約室內(nèi)的照明能耗。現(xiàn)實(shí)中，為了提高玻璃熱阻、降低熱導(dǎo)和減少紅外熱量的進(jìn)入，不得不使用各種鍍膜玻璃，多了一個(gè)膜層之后，玻璃可見(jiàn)光透射比τv會(huì)有所下降。

例如，單片白玻的可見(jiàn)光透射比約為90%，鍍低輻射膜之后，τv可能為80%或者70%或者更低。被動(dòng)房玻璃通常采用三玻兩腔的結(jié)構(gòu)，三玻中的兩片一般為低輻射鍍膜玻璃（Low-E玻璃），此時(shí)，整體的τv可能會(huì)下降到60%或者50%甚至更低（也有極少的產(chǎn)品可達(dá)到70%）。

一般來(lái)說(shuō)，低輻射鍍膜玻璃分為高透型和低透遮陽(yáng)型，高透型的τv比較高，低透遮陽(yáng)型的τv相對(duì)較低。三銀Low-E能夠同時(shí)滿(mǎn)足遮陽(yáng)遮熱和可見(jiàn)光高透的需求。

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)師和用戶(hù)來(lái)說(shuō)，通常會(huì)選擇τv盡量高的玻璃。但玻璃有其固有的特性，有些項(xiàng)目要求超高的可見(jiàn)光透射比τv、超低的太陽(yáng)能總透射比g、超低的傳熱系數(shù)K值是不合理的。因此，用戶(hù)應(yīng)該根據(jù)行業(yè)的技術(shù)水平、結(jié)合實(shí)際量產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，提出合理的要求。表1和表2給出了典型被動(dòng)房玻璃結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)光透射比τv。

4.2太陽(yáng)能總透射比g和紅外熱能總透射比gIR

不同的地區(qū)的被動(dòng)房，應(yīng)根據(jù)氣候特點(diǎn)，選擇合理的太陽(yáng)能總透射比g和紅外熱能總透射比gIR。通過(guò)研究《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50176和《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合玻璃主要熱工參數(shù)，給出如下基本原則供參考。

（1）嚴(yán)寒地區(qū)（例如哈爾濱）：主要考慮冬季保溫，宜選擇高g值和gIR值的玻璃。

（2）寒冷地區(qū)（例如北京）：主要考慮冬季保溫，部分地區(qū)和建筑部位兼顧夏季隔熱，宜選擇適中g(shù)值和gIR值的玻璃。

（3）夏熱冬冷地區(qū)（例如上海）：主要考慮夏季隔熱，兼顧冬季保溫，宜選擇低g值和gIR值的玻璃。

（4）夏熱冬暖地區(qū)（例如廣州）：北區(qū)可參考夏熱冬冷地區(qū)，南區(qū)主要考慮夏季隔熱，宜選擇低g值和gIR值的玻璃。

（5）溫和地區(qū)（例如云南）：溫和地帶分為北區(qū)、中區(qū)和南區(qū)，可根據(jù)具體情況參考夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)。

根據(jù)如上原則，結(jié)合玻璃行業(yè)產(chǎn)品現(xiàn)狀，表3給出了典型被動(dòng)房用玻璃的g值、gIR值及使用建議。

4.3光熱比LSG（選擇性系數(shù)S）

光熱比LSG為可見(jiàn)光透射比τv和太陽(yáng)能總透射比g的比值，在線和離線單銀Low-E光熱比約在1.1～1.4，雙銀離線Low-E系列的光熱比約1.4～2.0，三銀Low-E系列的光熱比基本在2.0以上。光熱比越高，代表了在相同的熱量進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，可見(jiàn)光透過(guò)越高；或者說(shuō)，在可見(jiàn)光透過(guò)相同的情況下，進(jìn)入到室內(nèi)的熱量越少。即對(duì)光熱比提出較高的要求，能夠有效避免“不透熱也不透光”或者“透熱不透光”的現(xiàn)象發(fā)生。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，被動(dòng)房用窗用玻璃節(jié)能參數(shù)及窗用玻璃的選型是一項(xiàng)很重要、也很有意義的工作，合適的中空玻璃能達(dá)到節(jié)能和采光雙重要求，同時(shí)滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)和舒適訴求。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭夢(mèng)月.中歐被動(dòng)式低能耗建筑發(fā)展現(xiàn)狀及比較[R].住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心.

[2]住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則[Z].2015-10.

（作者單位：石家莊遠(yuǎn)乾房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司）