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摘要： 本文介紹了我國目前太陽能建筑的現實狀況，分析了其中的節能潛力，并介紹了太陽能建筑節能的相關內容和實現技術，探討太陽能建筑節能的可持續發展道路。

   關鍵詞： 太陽能 建筑熱量

   隨著改革開放和經濟發展，我國太陽能建筑的面積日趨增大，建筑節能是近年來世界建筑發展的一個基本趨向，也是當代建筑科學技術的一個新的生長點。抓住機遇，不失時機地推進建筑節能，有利于國民經濟持續、快速、健康發展，保護生態環境，實現國家發展的第二步和第三步戰略目標，并引導我國建筑業與建筑技術隨同世界大潮流迅速前進，太陽能建筑的節能具有很好的前景，大有可為。

   我國地域寬廣，房屋建筑規模巨大，約有一半建筑位于北方“三北”地區，由于氣候原因，每年約有4— 6個月的采暖期，該地區規定設置集中采暖系統，以往習慣稱之為集中采暖地區。中部地區（冬冷夏熱地區），即長江流域地區，雖然冬季平均氣溫高于0℃，但相對濕度較高，冬季濕冷，而夏季又酷熱。該地區屬于中國經濟發達地區，包括長江上游在內，涉及18個省、自治區、直轄市，總面積180萬k平方米，人口近4 億。年工農業總產值占全國40％，人均產值及人均收入均高于全國平均水平。以往由于經濟上的原因，該地區一般城鎮住宅圍護結構無保溫措施，也不設置采暖設施，因此冬夏季室內熱環境條件相當差。南方屬于亞熱帶氣候，夏季氣候炎熱，降溫則是主要解決的問題。

   與發達國家相比，集中采暖地區城鎮住宅圍護結構保溫、氣密性較差，供熱系統效率較低，單位面積的采暖能耗要高得多。我國已成為世界上建房最多的國家，近年來每年全國建成城鎮住宅2 億平方米以上，隨著人民生活的不斷改善，人們對于建筑熱環境的舒適性要求愈趨迫切，中部地區冬季采暖勢在必行，各地“空調熱”也日漸高漲。所以，如何盡量利用太陽能、合理建筑設計，對北方集中采暖地區可以減少采暖、空調能耗；而對于中部及南部地區，改善室內熱環境條件，達到低水平的室內舒適參數，已成為一個重要的課題。

   我國從80 年代起，對城鎮多層住宅應用被動太陽能進行采暖及降溫技術已有研究，先后在石家莊、灘紡及杭州等處建成了試點建筑，較好的改善了室內熱環境條件。當時的技術路線是由熱工外算開始，進而建造示范建筑以驗證效果。國外從70年代初期起，投入了相當的力量進行計算機軟件的開發工作，應用動態模擬計算，進行建筑熱工參數計算分析，進而可以預測室內環境參數，獲得應用被動太陽能的最佳建筑設計方案，同時也建設示范建筑以驗證軟件的可信性。這類從合理建筑及熱工設計著手，在增加有限的建設投資下，盡量利用被動太陽能來達到低水平的室內冬夏熱環境條件的住宅，這里稱為“節能住宅”。

   一、各種參數對空溫的影響

   為了進行參數研究，首先確定了一個基礎方案，即對條狀住宅建筑模型，取其南向主立面外窗的窗墻比為30.3％，單層窗，外墻與屋面傳熱系數均為0.83w／ （℃??*平方米），換氣次數為1.1次h，不考慮內部蓄熱量。在進行參數分析時，固定其他參數，僅變化一個參數來分析對室溫的影響。

   內部蓄熱量

   蓄熱量會影響室溫，特別是對最高室溫有影響。冬季，內部蓄熱量會使月最高溫度降低，而使月最低溫度升高，至于月平均溫度，則略有升高。顯然，內部蓄熱量可以改善冬季室內熱環境條件。對夏季來說，蓄熱量同樣也降低了月最高溫度及升高了月最低溫度，而月平均溫度則無多大影響。當建筑模型中一個住戶內蓄熱量相當于100平方米、200mm厚混凝土墻時，可使八月份住宅最高溫度下降3c左右，可使一月份住宅最低溫度升高2.8℃，這將對室內熱環境有較大的改善。

   換氣次數

   可以預見，增加換氣次數會使冬季室內熱環境變差，但能改善夏季室內熱環境。對夏季來說，換氣次數由1.1次h增加到10次h，可使八月份月最高溫度降低4.4℃、月平均溫度下降4.8℃，月最低溫度下降7.8C.顯然，冬季換氣次數越低越好，如果園護結構、門窗密閉性好，換氣次數可以降低到1.5次／h，此時與1.1次h相比，室溫可提高2—3C.

   增強夜間通風

   降低夏季室溫的一個措施是增強夜間通風，計算了三種方案，一是全天以1. 1次／h換氣，第二種方案全天以10次／hh換氣，第三種方案則采取白天（早6一晚2l時）1.1次h換氣，夜間（晚21一晨6時）加強通風至10次h.計算結果表明，對于內部蓄熱量較大時，第三方案與第一方案相比，月最高溫度下降3.7C，月平均溫度下降5.2℃，而月最低溫度下降達7.7℃。可見增強夜間通風對改善夏季室內熱環境是十分奏效的。

   南窗面積

   窗戶開啟面積既與熱損失量有關，也與通過窗戶玻璃進入室內的太陽得熱量有關。太陽輻射得熱量與窗戶朝向有密切的關系，相比之下熱損失與朝向的關系就不那么密切了。這里分析南向窗戶面積對室溫的影響。計算三種不同的窗墻比，它們分別是9.3％、30.3％及60.5％。冬季工況計算表明，窗墻比由19.3％增大至60.5％后，一月份最高溫度升高3.6℃，平均溫度升高2.7℃，而最低溫度提高2.5℃的夏季來說，月最高溫度、月平均溫度及月最低溫度分別要提高1.6℃、0.9℃及0.4℃。

   由此可見，南向窗墻比大且具有較大內部蓄熱量時，可以改善冬季室內熱環境條件；至于夏季，南向窗戶面積增大會提高一點室溫，使室內熱環境條件略為變差—點。

   主立面朝向

   主立面朝向不僅對冬季有影響，而且對夏季也有影響。主立面朝東及朝西時室溫相同，與主立面朝南及朝北相比，室內熱環境條件都要來得差。對于冬季來說，主立面朝南為最佳。

   水平遮陽板伸出長度

   夏季除了采用加大通風量來降低室溫外，另一條途徑是在窗戶上方設置遮陽板，以減少太陽入射量。計算了不同伸出長度（水平方向）一月及八月份室溫情況。由計算可以得出，水平遮陽板對夏季有明顯改善室內熱環境的作用，但遺憾的是，同時也使冬季室內熱環境變差。夏季時，水平遮陽板的伸出長度由0，0.4，0.9及1.5m變化時月平均溫度可分別降低1.0，2.0及2.2℃，但冬季卻也相應降低了月平均溫度0.2，0.7及 2.2℃。

   窗戶的層數

   增加窗戶層數將減少熱損失，但也在一定程度上減少了太陽得熱量。采用單層宙及雙層宙作計算比較，發現雙層窗對冬季室溫略有改善（一月份平均室溫增加0.9℃），但同樣使夏季室溫略有變差（八月份平均室溫升高0.7℃）。

   外墻、屋面外表面顏色

   外墻、屋面外表面涂成白色會有助于降低夏季室溫。進行二種方案比較計算，一種采用吸收率為o. 8的深色外表面，另一種吸收率為淺色外表面。計算結果表明，淺色表面可使夏季室內熱環境得到明顯改善，但同時也使冬季情況變差。在二方案中外墻及屋面傳熱系數均采取0.83w平方米，八月份平均室溫可降低2℃，但一月份平均室溫也降低了1.3℃。外墻與屋面保溫越好，這種影響將越小。

   外墻與屋面熱工設計

   采用三種方案進行比較計算，

   第一方案為外墻與屋面的傳熱系數及均為0.83w／ （℃。m），

   第二方案外墻K＝0.83w／（℃。m），屋面K＝0.28w／（℃。m），

   第三方案外墻與屋面K值均為0.28w／（℃。平方米）。

   由計算可以看出，屋面保溫對降低夏季頂層室溫的影響尤其大，第二方案與第一方案相比，八月份月最高溫度下降7℃，平均溫度下降0.4℃，但月最低溫度上升了 6℃。從冬季情況看，保溫改善有利于室溫提高，第三方案與第一方案相比，一月份平均室溫升高1.1℃，5最低溫度升高了2.4℃，但月最高溫度有所下降（5℃）。頂層天花板表面溫度受屋面保溫影響甚大，對于屋面有很好保溫的場合K＝0.28w／（℃。m3），在年最熱日下午14時，天花板內表面溫度僅只比室溫高0.5℃，但K＝0.83w／（℃。m）

的屋面來說，要高出3.8℃。如果采用外墻及＝0.74w／（℃。m），屋面X＝0.63w／ （℃。m），并具有較大的內部莆熱量，應用雙層窗，加強夜間通風（晚21時至凌晨6時，換氣次數為10次／h），此時最熱日下午14時室溫為37.2℃，天花板內表面溫度只有33.6℃，室內熱環境可以得到明顯的改善。

   二、節能住宅設計原則

   根據以上參數研究，提出如下設計原則：

   1.  冬季換氣次數應該盡可能低，而夏季則盡可能高。

   2.  如果具有較大的內部蓄熱量，對夏季來說，較好的方案是白天（早6時至晚2l時）維持較低的換氣次數，面夜間（晚2l時至晨6時）宜加強通風增加換氣次數。

   3.  內部蓄熱量對冬、夏季來說均能減少室溫的波動幅度，即降低最高溫度，升高最低溫度，但對平均溫度影響甚小，總的來說，內部首熱量能改善室內熱環境。

   4.  采用水平遮陽板來降低夏季室溫并不是好的措施，因為它同時較冬季室內效環境變差，除非遮陽板在冬季時可以移開。

   5.  盡管外墻、屋面外表面涂以淺色可以降低夏季室溫，但同時也降低了冬季室溫，因面不推薦這種做法。

   6.  采取南立面大比例的窗墻比，并設計成具有較大內部蓄熱量境，對夏季稍為不利。

   7.  主立面窗戶朝南為最佳，朝東及朝西效果最差。

   8.  窗戶、外墻及屋面保溫能改善冬季室內熱環境，特別是屋面保溫可以明顯地改善夏季室內熱環境。

   三、幾個推薦的節能住宅方案

   被動太陽能（房）節能住宅方案

   參數研究優化計算了北京地區應用被動太陽能采暖的可能性，即研究了是否可能在不設置采暖設備時月平均室溫達到16℃。計算結果表明是可能的，其建筑設計參數如下：

   1.  南立面宙墻比60.5％。

   2.  具有較大內部蓄熱量，相當于戶（建筑面積73.1平方米）具有200mm厚混凝土墻體的苦熱量

   3.  雙層窗。

   4.  外墻與屋面的傳熱系數K＝0.28w／（℃。平方米）。

   5.  冬季換氣次數0.5次/h，夏季早6一晚21時換氣次數1.1次/h，晚21次/h.

   四、節能住宅方案設計原則

   由參數研究的結果提出如下設計原則：

   1.  冬季換氣次數宜低（v＝0.8次／h），夏季換氣次數宜高（v＝20次h）（借助于打開宙戶利用自然穿堂風）。

   2.  從防止出現結露危險性觀點來看，冬季換氣次數至少保持0.8次h.

   3.  增加內部蓄熱量可使室內溫度被動減弱，使夏季及冬季的最高溫度下降，使最低溫度升高，不過，內部蓄熱量對平均溫度的影響甚微。總之，內部蓄熱量可以使室內熱環境條件得到改善。

   4.  與較小的南向窗戶相比，加大南向窗戶面積，并配以相對較高的內部蓄熱量，可以較好的改善冬季室內熱環境條件。這種做法只是稍微使夏季室內熱環境條件變差。

   5.  選擇建筑南向主立面為最佳，而主立面東向或西向為最差。

   6.  南向窗戶上部的水平遮陽板對改善夏季室內環境的作用不明顯，除非在冬季時可以移開。

   7.  為了避免冬季臥室及起居室出現結露，在安排廚房、浴室、廁所位置時要注意與主要使用房間的隔斷，并合理利用穿堂風，最好設置機械排風裝置。

   太陽能建筑的節能具有很好的前景，大有可為。但是在其發展階段，資金投入是一個主要的障礙。太陽能建筑的長遠發展必須符合市場經濟的規律。簡單來說就是要作到“分擔投入、共享收益”。

   所謂“分擔投入”就是要從多個渠道解決太陽能建筑節能所需要的前期投入。比如建筑業主承擔主要部分，專業化的節能改造公司承擔一部分，政府支持的低息銀行貸款一部分，這樣可以促進太陽能建筑節能工作的全面開展。