浅谈被动式太阳房在新农村建设应用中的设计要点

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　　摘    要：随着建筑节能要求的不断提高，城镇化进程的不断加快，农村建筑对节能的要求也随之提升，可再生能源在新农村建设中的应用也更加广泛，其中包含太阳能、风能、生物能等，太阳能应用形式主要有被动式太阳房、太阳能供暖、太阳能热水、太阳能发电等，论文主要阐述了被动式太阳房在新农村建设中的设计要点。
　　关键词：新农村建设;被动式太阳房;太阳能供暖;太阳能热水;太阳能发电
　　1  规划选址要点
　　1.1  建筑场地的规划
　　由于在冬季晴朗无风的夜晚，冷空气会停留在低凹地形的底部，只要没有风力扰动，冷空气会一直积聚于此，造成此地的温度比平坦区域的温度低很多，会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、沟底等凹地里。被动式太阳房的采暖需要以太阳辐射作为主要的能源，因此必须确保太阳房的集热部件在冬季每天可以接收到不少于4小时的日照。太阳房与南向其他房屋应保持一定的间距，以确保冬季时阳光不被其他建筑遮挡。
　　1.2  建筑平面布置的选择
　　主导风向对被动式太阳房的冬季室内热量损耗及夏季自然通风的影响很大因此选择太阳房的朝向时除了需要考虑日照，还需要注意主导风向。同时还应该对太阳房的室内空间按不同功能要求进行分类，并根据他们之间联系的密切程度加以组合、划分。
　　建议住宅开间与进深的比值为1：1.5;学校教室的开间≥6m，进深≤6m。太阳房的层高不宜过高，一般住宅层高取2.8m～3.0m，学校教室取3.2m～3.3m。
　　1.3  建筑朝向的选择
　　建筑物的朝向对建筑的采光与节能有很大的影响，建筑朝向选择的影响因素有很多，如地段环境、局部气候特征、建筑用地条件等。太阳房朝向的选择需要考虑以下方面：冬季有适量阳光射入室内;夏季尽量减少阳光直射室内;冬季能够尽量避免冷风吹袭;夏季有良好的通风。
　　当太阳辐射接收面面积相同时，由于方位的差异，其所接收到的太阳辐射量也不相同。研究表明当集热面与正南方向的方位角超过30°时，其接收到的太阳辐射量就会急剧减少。因此为了尽可能多的接收太阳辐射，应使建筑的主要朝向在偏离正南±30°夹角的范围内。超过这一范围，不但影响冬季被动式太阳能采暖的效果，而且会造成其它季节室内过热的现象。被动式太阳房最佳朝向是南向以及南偏东或偏西15°范围。
　　2  建筑设计要点
　　2.1  建筑体型的设计
　　建筑物的体型与节能有很大的关系。建筑物的围护结构的总面积越大，体积越小，体型越复杂，建筑物的采暖耗热量越大。因此在设计时应使建筑的立面尽量简单，减少立面凹凸。在具体设计中，特别是针对被动式太阳房的设计，它不仅要求体形系数小，而且还需要建筑在冬季可以尽可能多的得到太阳辐射热，同时还需要避开冬季主导方向的寒风。但是同时满足以上三个要求的建筑体型常常不一致，且躲避寒风又受着地区、风环境和建筑朝向的极大影响。因此需要权衡得热和失热的具体情况，优化组合各个影响因素方可确定。
　　太阳房集热部件的立面设计应与建筑立面设计形式相协调。南向墙面构件的跳出或退进应不影响太阳能的利用。
　　2.2  建筑围护结构的设计
　　应参照现行的建筑节能的相关标准选择太阳房的墙体、地面应该使用比热较大的材料，如砖、石、密实混凝土等，保温材料及门窗，尽量使上述部位围护结构的传热系数、门窗气密性能等参数优于现行标准规定的限值。
　　太阳房应优先选用板状高效保温材料，如EPS保温板、岩棉保温板等;外窗应选用节能门窗。
　　太阳房外墙的热桥部位（圈梁、过梁、构造柱、外墙转角处等）必须采取有效的保温措施。
　　为防止冬季寒风随人员出入建筑大量进入室内造成热量损失，太阳房的主要出入口最好设置防风门斗，设置防风门斗时可以将门斗入口方向转折，以避开冬季主要风向，门斗要密封良好，并且有条件时最好在门斗后留出1.2m～1.8m的空间作为缓冲。
　　3  建筑采暖设计要点
　　3.1  采暖方式的选择
　　被动式太阳能采暖按照不同的集热方式分为直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式、对流环路式等方式，但是由于每种基本形式均存在一些不足之处，比如直接受益式容易产生过热现象，适用于白天升温要求快的房间，如起居室、教室等;集热蓄热墙式构造复杂，操作繁琐，与建筑的立面难以协调，适用于夜间使用为主的房间，如卧室等;附加阳光间式则适用于建筑物的门厅等部位。因此在实际工程设计中，建议采用两种或两种以上集热方式相结合的复合式太阳能采暖，并应根据当地气象、抗震、房屋使用性质、经济水平等因素综合考虑，合理选择。
　　3.2  不同采暖方式的设计要点
　　3.2.1  直接受益式
　　房间的集热量应该根据直接受益窗的面积、玻璃层数、传热系数和空气渗透系数等参数综合计算确定。
　　直接受益窗有侧窗、高侧窗、天窗三种形式。三种形式中，同面积条件下天窗获得的太阳福照亮最多，但同时由于热空气分布于房间顶部，通过天窗对外辐射散失的热量也最多一般的天窗玻璃、保温板难以保证天窗全天热收支的盈余，因此直接受益窗多选用侧窗、高侧窗的形式。
　　3.2.2  集热蓄热墙式
　　为了使集热蓄热墙的集热效果达到最佳，集热蓄热墙的空气间层宽度最好取其垂直高度的1/20～1/30之间，适宜宽度为80mm～100mm。集热蓄热墙表面的玻璃必须具有良好的透光性和保温性，玻璃的透过率应≥0.76，与边框应可靠固定并具有相应的密封措施。集热墙表面应采用吸收系数高、反射率低的深色无光涂层。
　　3.2.3  附加阳光间式
　　附加阳光间设置的方向应为南向或南偏东至南偏西夹角不大于30°的墙外侧，阳光间的内地面及墙面采用深色表面蓄热效果明显。采用附加阳光间集热时，应该根据设定好太阳能節能率确定集热负荷，以给阳光间选取合理的玻璃层数和夜间保温装置。
　　4  结语
　　目前，随着太阳能产业的不断发展和技术的不断提升，在新农村建设中被动房的应用越来越广泛。现阶段应进一步完善被动式太阳房的相关标准、规范、图集，完善设计、施工、验收及维护技术规程。同时，需要加强专业的人才培养，为太阳能被动房技术领域提供全方位的人才储备，另外，应该从初期设计入手严格按照标准进行设计、审图，促进太阳能被动房技术在新农村建设中的合理应用，保证太阳能技术建筑应用健康可持续发展。
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