被动式太阳能采暖建筑的应用现状

沈程

摘要：随着社会经济的不断发展，人们对生活质量的要求日益增强，生态环境问题越来越被重视。建筑能耗是我国能源消耗的主要部分，而太阳能是取之不尽用之不竭的可再生无污染能源，每年地球表面可接收的太阳辐射可达5.6×1018MJ，相当于近200万亿t标煤燃烧后释放的能量，约为现阶段地球每年一次能源消耗量的15000倍以上。基于此，本文就太阳能在被动式太阳能建筑的现状进行综述，并对被动式太阳能建筑进行研究，其可以有效减少建筑能耗，所以快速发展太阳能的使用势在必行。

关键词：太阳能; 被动式; 热舒适性; 太阳辐射热

引言

在人的一生中，有1/3的时间用来睡眠，将其算在其中，那么人的一生有50%以上的时间都是在自家度过，别的时间则是用来狩猎、农耕等。在近代都市里，所有时间都被运用在社会生活事务或是技术工作等，家属于安心、休息的重要场所，创设舒适空间属于人类生产的基础性课题。我国是太阳能资源十分丰富的国家之一，太阳能是可再生的一种清洁能源。将之运用在建筑中备受关注。现阶段能源十分紧缺，怎样有效运用太阳能源是一突出问题。被动式太阳能建筑是合理应用环境自身的自然潜能，针对建筑周遭的环境、遮阳和通风还有能量储存等显现出太阳能被动运用，使得其能够在夏季合理通风、降低太阳辐射；冬季则是合理应用太阳能和对外墙、外窗保温，从而提升室内温度。

1研究现状

我国太阳能在建筑中的应用开始于20世纪70年代末，太阳能利用主要体现在太阳能热水器的使用，太阳能热水器应用在我国是最广泛、发展最迅速的领域。除此之外，被动式太阳能建筑由于建筑结构简单、造价相对低廉、应用效果较为显著，也得到了较多应用。但是我国太阳能采暖技术起步较晚，目前仍处于起步阶段，由于技术不够成熟、数据不够健全等，没有得到广泛使用，大部分采暖还主要依靠常规能源。截至2020年底，我国能源依然大量通过煤炭提供，煤炭在我国能源结构仍处于主导地位，基于日益增长的能源需求，煤炭、石油、天然气等一次能源的储量将难以满足。除此之外，环保方面由于煤炭等能源在燃烧时会产生大量的有害气体如粉尘等，己成为公众和政府日益关注的焦点。所以，应加快太阳能源的发展，用二次能源及清洁能源有效地取代一次能源的消耗。

2关于被动式太阳能建筑设计的原理

将太阳能运用到建筑里，能够划分为两种模式，其一是主动式太阳能建筑设计，其二是被动式太阳能建筑设计。被动式太阳能是合理运用太阳能供应室内热能，不凭借任一机械设备供应能源，单凭传导和对流、辐射等实现自然热转换。添上建筑物布置、内外构造和材料选定等合理采集、储存、分配好太阳能，提升建筑自身的温度、光线。常规而言，被动式太阳能和主动式太阳能比较起来，优势在于投资成本低和节能环保。生活中主要存在温室、太阳能，就是合理应用的被动式太阳能建筑设计原理。

3需要考虑的影响因素

科学地进行有关建筑物适宜地的选址，并且积极落实符合太阳高度角变化的正确朝向；以更好达到建筑冬天可以有效保温夏天减少阳光照射降低室内温度的设计效果，注意现场探测的周围环境的现实情况，考虑到周围的影响因素，如树木以及山坡等。以及太阳能源之中的长短波不一的辐射，所接触的传播介质也不尽相同，可以借助使用不同的热容量以及导热属性的储备热源的原材料组合进行有关调节工作，或是进一步拓深储热材料的使用范围，适当的增加材料的厚度，以达到延长储热导热体向外界环境中进行散发热能的时间，更好地达到储备热能的资源，以便实现高效的可持续性运用。

4关键技术

4.1蓄热墙体

蓄热墙体是将向阳墙面做成双层墙，内侧厚重实墙，外层设玻璃幕墙（上、下留洞口），两者之间为空气间层。内墙向外侧涂黑并安有遮阳板，墙上在合适位置留出采光洞口，在内侧墙面的上、下留洞口。冬季时，外层玻璃幕墙洞口关闭，一是可通过阳光直射内墙面吸热，并通过缓慢放热，为室内升温；二是可以通过室内的冷空气从下洞口进入空气间层区，受直射阳光和内墙散热升温，再经由上部洞口进入室内，形成空气循环。夏季时，内墙和玻璃幕墙上的洞口均开启并拉下内墙遮阳板，通过阳光直射加热间层空气，热空气上升排出，由此形成通风对流。

4.2直接受益式设计

白天，阳光透过大面积的南向玻璃窗照射到室内的地面、墙壁和家具中，使得热量被吸收。吸取到的太阳能，一部分在室内空间以辐射和对流形式等加以传递，一部分则是导入到蓄热体，待到夜晚能够慢慢地将热量释放，使得房间能够维持一定温度。所以，更多应用在白天需要升温快的房间或是仅在白天运用的房间，比如教室和办公室等等。

4.3附加阳光间式

是集热蓄热墙系统的一种延伸利用温室效应来获取太阳能，是在建筑南侧附设阳光间，以便于更好地利用太阳能，阳光间的围护结构以透光材料组成。与以上2种不同，附加式太阳间被动式太阳能建筑对于太阳辐射热的吸收由阳光间传到室内，而不是直接由室内接收。冬季，当阳光间温度大于室内温度时热空气可以通过上部向房间内供热，当室内温度高于阳光间，可以隔断与阳光间的联系，减少室内热量的散失。夏季，利用太阳间可以缓冲室外太阳辐射热对于室内温度的提高，从而维持室内热舒适性。阳光间做适当利用并不会过于浪费建筑面积。

4.4蓄热屋顶设计

它和蓄热墙相类似，集热和储热功能都经由相同部件完成。屋顶的浅池经由水床组成。一旦它们感受到太阳光照射的时候，就能够收集和储存、分布太阳能。热量能够利用支撑它的金属天花板朝着下面一一传递到房间里，让房间逐渐变暖。在夏天，热量是由天花板传送到“吸热池”，进而达成宅邸的温度降低。在夜晚，水里的热量透过辐射和对流、蒸发等传递到天空。

5其他外墙与屋顶的被动式节能设计

外墙的被动式节能的基本原理是注意夏季隔热和冬季保温。通常有几种方法，首先是覆土的建筑形式，利用土壤包裹墙壁来达到保温隔热的作用，这种方式应注意墙面防水。其次利用植物进行隔热，如采用攀爬或缠绕类的植物覆盖在外墙面上。植物的最佳选择是落叶类，既可以夏季遮阳，也可以在冬季让外墙吸收热能。同时可选择深色墙面加强吸收热能的效果。此外，可以用百叶或折板代替植被，通过手动控制来达到遮阳和墙体吸热的不同效果转换。屋顶是建筑接收阳光直射最长时间的部分。传统的方法是使用保温材料或者使用盖板架空，建立隔热层。然而，这种方法并不是最节能的。最好的办法是用植被或水覆盖，以达到白天遮阳储存热能夜晚放热保温的效果。若条件允许建造一个屋顶花园，包含可以集结雨水的蓄水池和植物景观，可利用蓄水池的水来浇灌植被，同时具有美化环境的效果。

结束语

总之，人类生存需要适宜的环境，其中之一就是居住保暖要求。人类为了追求保暖，利用起了太阳能，发明了暖气等主动供暖的设备和工具。同时，人们也掌握了被动式利用太阳能创造温暖环境的技术，尽可能为人类提供室温舒适的宜居环境。满足新时代的被动式太阳能建筑也合乎节能环保要求，需要被广泛运用和发展，如此才可以减少能源消耗，规避环境污染，为人类创建健康宜居环境。被动式太阳能建筑设计还有很多未知的领域需要科研人员不断地去探索，从而更好地服务于人们。

参考文献

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