太陽(yáng)能住宅建筑設(shè)計(jì)研究

太陽(yáng)能住宅建筑設(shè)計(jì)研究隨著我國(guó)建筑科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)展，各種較為先進(jìn)的技術(shù)在建筑行業(yè)中不斷運(yùn)用，從而我國(guó)的建筑行業(yè)不斷進(jìn)展。在進(jìn)展的過(guò)程當(dāng)中，人們漸漸熟悉到太陽(yáng)能在住宅中的主要作用，現(xiàn)階段已經(jīng)有很多專家學(xué)者對(duì)太陽(yáng)能住宅進(jìn)行了討論，在本文當(dāng)中，筆者闡述了在太陽(yáng)能住宅中較為常見(jiàn)的幾種常見(jiàn)構(gòu)造與節(jié)能措施，并分析討論了太陽(yáng)能住宅建筑設(shè)計(jì)中的建筑物體型“朝向”主導(dǎo)風(fēng)向等因素對(duì)太陽(yáng)能住宅能耗的影響。

一、引言

現(xiàn)階段我國(guó)正面臨著新常態(tài)經(jīng)濟(jì)，在這樣的經(jīng)濟(jì)背景下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)進(jìn)展的一個(gè)重要任務(wù)。在建筑行業(yè)當(dāng)中，充分發(fā)揮太陽(yáng)能在冬季采暖中的運(yùn)用能夠有效降低燃料的使用，對(duì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展與環(huán)境的改善都有著重要的作用。特殊是在我國(guó)北方地區(qū)，每年的暖氣需要消耗掉大量的燃料。

因此，加強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)能的利用就有著更加重要的意義。同時(shí)對(duì)于改善居住空間，提升室內(nèi)居住環(huán)境也有著重要的作用。所謂太陽(yáng)能建筑的設(shè)計(jì)就是在建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就充分考慮太陽(yáng)能，將太陽(yáng)能的利用納入到設(shè)計(jì)當(dāng)中去，并經(jīng)過(guò)施工驗(yàn)收等程序之后進(jìn)入實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中。從本質(zhì)上來(lái)看，太陽(yáng)能建筑的設(shè)計(jì)是綜合考慮多個(gè)方面的最合理方案，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的最大化與環(huán)境的最優(yōu)組合。

二、被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅的設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能住宅獵取太陽(yáng)能的方式是盡量避開(kāi)使用過(guò)于簡(jiǎn)單的技術(shù)將整個(gè)住宅設(shè)計(jì)成一個(gè)太陽(yáng)能集熱器。太陽(yáng)能住宅被分為主動(dòng)式太陽(yáng)能住宅與被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅。主動(dòng)式太陽(yáng)能住宅需要增加各種幫助設(shè)備。而被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅基本不需要相關(guān)的幫助設(shè)備，因此被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅是當(dāng)前太陽(yáng)能住宅討論的主要內(nèi)容。被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅的設(shè)計(jì)主要需要采納以下的構(gòu)造措施。

（一）直接收益窗

在住宅當(dāng)中，窗戶是人們獵取自然光與空氣的一個(gè)重要途徑，在建筑技術(shù)的進(jìn)展過(guò)程當(dāng)中，玻璃的利用是一個(gè)較為重要的創(chuàng)造，通過(guò)玻璃太陽(yáng)光能夠照耀進(jìn)室內(nèi)，其所富含的熱量能夠被吸附在室內(nèi)的物體當(dāng)中。而這些物體所釋放出來(lái)的的光則為長(zhǎng)波光，并不能穿過(guò)玻璃進(jìn)入室外，這就是得室內(nèi)能夠獵取肯定的熱源。

因此，在現(xiàn)階段被動(dòng)式采暖當(dāng)中，集熱窗有著特別重要的作用。在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們一般采納傳熱系數(shù)來(lái)表示窗戶的傳熱性能。傳熱系數(shù)越小說(shuō)明窗戶的保溫隔熱效果越好。當(dāng)前，一般在窗戶玻璃上附加一層薄膜來(lái)增加窗戶的節(jié)能效果，這種玻璃被稱為L(zhǎng)ow-E玻璃。在夏季中，這種玻璃可以使得室外的高溫不向室內(nèi)傳導(dǎo)，從而降低空調(diào)費(fèi)用。而在冬季，這種玻璃可以將大部分的光照反射會(huì)室內(nèi)，從而增加保溫效果。

（二）特朗博墻

在將進(jìn)行太陽(yáng)能住宅的設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以將住宅南邊的維護(hù)墻體設(shè)計(jì)成勃朗特墻。所謂的特朗博墻是指將建筑南邊的外墻外表面涂成黑色，并再加蓋一層吸熱板，最外面掩蓋一層單層或者雙層的玻璃。太陽(yáng)光通過(guò)玻璃被吸附在玻璃與墻體之間，并通過(guò)熱傳導(dǎo)向室內(nèi)傳輸，這種方式可以在很大程度上增加建筑的整體保溫隔熱效應(yīng)。在傳熱方式上，特朗博墻還分為有通風(fēng)口和無(wú)通風(fēng)口兩種。討論表明，特朗博墻是否設(shè)置通風(fēng)口，對(duì)集熱效率有很大影響，有通風(fēng)口的集熱效率比無(wú)通風(fēng)口的高許多。

（三）附加陽(yáng)光間

附加陽(yáng)光間在被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅的設(shè)計(jì)當(dāng)中是一種變通的做法，通過(guò)附加陽(yáng)光間，可以利用能夠直接獵取太陽(yáng)能的房間實(shí)現(xiàn)對(duì)溫差變化較大的房間的調(diào)整。溫度較高的空氣可以用來(lái)加熱相鄰的房間，還可以存儲(chǔ)起來(lái)待沒(méi)有太陽(yáng)光照時(shí)使用。附加陽(yáng)光房既可以是建筑的一個(gè)房間，也可以作為一個(gè)獨(dú)立的建筑組成部分。在實(shí)際的使用過(guò)程當(dāng)中，最簡(jiǎn)潔的附加陽(yáng)光房就是帶有大面積落地窗的房間，由于大面積落地窗的存在從而可以使得該房間獵取較多的太陽(yáng)能，但是可以通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)?xiàng)l件房間的溫差，減小溫度的波動(dòng)。

三、被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅的體型與朝向

（一）太陽(yáng)能住宅的體型

從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，建筑的外表面積與建筑的能耗是呈正相關(guān)的關(guān)系。但是在太陽(yáng)能的利用上，太陽(yáng)能集熱設(shè)備在接受太陽(yáng)輻射的同時(shí)也會(huì)向外集中肯定的熱量，因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，就必需要進(jìn)行熱工計(jì)算，進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。例如可以增加玻璃的層數(shù)以及在活動(dòng)部位增加活動(dòng)保溫裝置，使得集熱裝置所獲得的能量大于所散失的熱量，從而可以補(bǔ)償住宅整體的采暖負(fù)荷。

假定在住宅建筑當(dāng)中，南邊墻是作為集熱面積，而其他墻體則是進(jìn)行散熱的，同時(shí)地面也會(huì)散熱，但是相比墻體來(lái)說(shuō)，地面的散熱效率并不是很高，最多只能占?jí)w的30%，我們用外表面面積系數(shù)（南邊墻風(fēng)光積與建筑外表面面積之和的比值）來(lái)描述住宅對(duì)太陽(yáng)能的利用效率。表示南墻的表面積；A2表示外表面面積；L表示住宅的長(zhǎng)度；B表示住宅的寬度；H表示住宅的高度。住宅的外表面面積系數(shù)越小說(shuō)明建筑對(duì)太陽(yáng)能的利用效率越高，從上面的公式中我們可以發(fā)覺(jué)，住宅建筑對(duì)太陽(yáng)能利用效率最高的體型應(yīng)當(dāng)是寬扁型建筑形式，同時(shí)面朝南邊，建筑的高度越高其外表明面積系數(shù)越小，因此，在太陽(yáng)能住宅的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)盡量采納層數(shù)較高的住宅。

（二）太陽(yáng)能住宅的朝向

在沒(méi)有遮擋的狀況下，住宅所獲得的太陽(yáng)能與建筑的朝向有著重要的關(guān)系。在進(jìn)行建筑物的朝向選擇時(shí)需要考慮很多因素。但是應(yīng)當(dāng)遵循的一個(gè)重要原則就是在夏季盡可能的少光照，冬季盡可能的多光照，從全國(guó)范圍來(lái)看，朝南的住宅是較為常見(jiàn)的朝向。但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，往往并不肯定能獵取南朝向。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合實(shí)際狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)。既要滿意一般住宅建筑依據(jù)日照時(shí)間、日照面積等要求選擇朝向的標(biāo)準(zhǔn)，又要滿意太陽(yáng)能建筑利用太陽(yáng)輻射的要求。

在當(dāng)前的住宅設(shè)計(jì)當(dāng)中，將太陽(yáng)能設(shè)計(jì)納入到設(shè)計(jì)整體當(dāng)中去，對(duì)提高能源的利用有著重要的作用。在本文當(dāng)中，筆者從理論較多分析了太陽(yáng)能住宅建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)思路，盼望能對(duì)