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太阳能技术摘要：本文介绍了我国目前太阳能建筑的现实状况，分析了其中的节能潜力，并介绍了太阳能建筑节能的相关内容和实现技术，讨论太阳能建筑节能的可持续发展道路。关键词：太阳能建筑热量随着改革开放和经济发展，我国太阳能建筑的面积日趋增大，建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋向，也是现代建筑科学技术的一个新的生长点。捉住机遇，不失机会地推进建筑节能，有利于国民经济持续、快速、健康发展，保护生态环境，实现国家发展的第二步和第三步战略目的，并引导我国建筑业与建筑技术伴随世界大潮流迅速前进，太阳能建筑的节能具有很好的前景，大有可为。我国地域宽广，房屋建筑规模宏大，约有一半建筑位于北方“三北地区，由于气候原因，每年约有46个月的采暖期，该地区规定设置集中采暖系统，以往习惯称之为集中采暖地区。中部地区冬冷夏热地区，即长江流域地区，固然冬季平均气温高于0，但相对湿度较高，冬季湿冷，而夏季又炎热。该地区属于中国经济发达地区，包括长江上游在内，涉及18个省、自治区、直辖市，总面积180万k平方米，人口近4亿。年工农业总产值占全国40，人均产值及人均收入均高于全国平均水平。以往由于经济上的原因，该地区一般城镇住宅围护构造无保温措施，也不设置采暖设施，因而冬夏季室内热环境条件相当差。南方属于亚热带气候，夏季气候炎热，降温则是主要解决的问题。与发达国家相比，集中采暖地区城镇住宅围护构造保温、气密性较差，供热系统效率较低，单位面积的采暖能耗要高得多。我国已成为世界上建房最多的国家，近年来每年全国建成城镇住宅2亿平方米以上，随着人民生活的不断改善，人们对于建筑热环境的舒适性要求愈趋迫切，中部地区冬季采暖势在必行，各地“空调热也日渐高涨。所以，怎样尽量利用太阳能、合理建筑设计，对北方集中采暖地区能够减少采暖、空调能耗；而对于中部及南部地区，改善室内热环境条件，到达低水平的室内舒适参数，已成为一个重要的课题。我国从80年代起，对城镇多层住宅应用被动太阳能进行采暖及降温技术已有研究，先后在石家庄、滩纺及杭州等处建成了试点建筑，较好的改善了室内热环境条件。当时的技术道路是由热工外算开场，进而建造示范建筑以验证效果。国外从70年代初期起，投入了相当的气力进行计算机软件的开发工作，应用动态模拟计算，进行建筑热工参数计算分析，进而能够预测室内环境参数，获得应用被动太阳能的最佳建筑设计方案，同时也建设示范建筑以验证软件的可信性。这类从合理建筑及热工设计着手，在增加有限的建设投资下，尽量利用被动太阳能来到达低水平的室内冬夏热环境条件的住宅，这里称为“节能住宅。一、各种参数对空温的影响为了进行参数研究，首先确定了一个基础方案，即对条状住宅建筑模型，取其南向主立面外窗的窗墙比为30.3，单层窗，外墙与屋面传热系数均为0.83w?*平方米，换气次数为1.1次h，不考虑内部蓄热量。在进行参数分析时，固定其他参数，仅变化一个参数来分析对室温的影响。内部蓄热量蓄热量会影响室温，十分是对最高室温有影响。冬季，内部蓄热量会使月最高温度降低，而使月最低温度升高，至于月平均温度，则略有升高。显然，内部蓄热量能够改善冬季室内热环境条件。对夏季来讲，蓄热量同样也降低了月最高温度及升高了月最低温度，而月平均温度则无多大影响。当建筑模型中一个住户内蓄热量相当于100平方米、200mm厚混凝土墙时，可使八月份住宅最高温度下降3c左右，可使一月份住宅最低温度升高2.8，这将对室内热环境有较大的改善。换气次数能够预见，增加换气次数会使冬季室内热环境变差，但能改善夏季室内热环境。对夏季来讲，换气次数由1.1次h增加到10次h，可使八月份月最高温度降低4.4、月平均温度下降4.8，月最低温度下降7.8C.显然，冬季换气次数越低越好，假如园护构造、门窗密闭性好，换气次数能够降低到1.5次h，此时与1.1次h相比，室温可提高23C.加强夜间通风降低夏季室温的一个措施是加强夜间通风，计算了三种方案，一是全天以1.1次h换气，第二种方案全天以10次hh换气，第三种方案则采取白天早6一晚2l时1.1次h换气，夜间晚21一晨6时加强通风至10次h.计算结果表明，对于内部蓄热量较大时，第三方案与第一方案相比，月最高温度下降3.7C，月平均温度下降5.2，而月最低温度下降达7.7。可见加强夜间通风对改善夏季室内热环境是特别奏效的。南窗面积窗户开启面积既与热损失量有关，也与通过窗户玻璃进入室内的太阳得热量有关。太阳辐射得热量与窗户朝向有密切的关系，相比之下热损失与朝向的关系就不那么密切了。这里分析南向窗户面积对室温的影响。计算三种不同的窗墙比，它们分别是9.3、30.3及60.5。冬季工况计算表明，窗墙比由19.3增大至60.5后，一月份最高温度升高3.6，平均温度升高2.7，而最低温度提高2.5的夏季来讲，月最高温度、月平均温度及月最低温度分别要提高1.6、0.9及0.4。由此可见，南向窗墙比大且具有较大内部蓄热量时，能够改善冬季室内热环境条件；至于夏季，南向窗户面积增大会提高一点室温，使室内热环境条件略为变差点。主立面朝向主立面朝向不仅对冬季有影响，而且对夏季也有影响。主立面朝东及朝西时室温一样，与主立面朝南及朝北相比，室内热环境条件都要来得差。对于冬季来讲，主立面朝南为最佳。水平遮阳板伸出长度夏季除了采用加大通风量来降低室温外，另一条途径是在窗户上方设置遮阳板，以减少太阳入射量。计算了不同伸出长度水平方向一月及八月份室温情况。由计算能够得出，水平遮阳板对夏季有明显改善室内热环境的作用，但遗憾的是，同时也使冬季室内热环境变差。夏季时，水平遮阳板的伸出长度由0，0.4，0.9及1.5m变化时月平均温度可分别降低1.0，2.0及2.2，但冬季却也相应降低了月平均温度0.2，0.7及2.2。窗户的层数增加窗户层数将减少热损失，但也在一定程度上减少了太阳得热量。采用单层宙及双层宙作计算比拟，发现双层窗对冬季室温略有改善一月份平均室温增加0.9，但同样使夏季室温略有变差八月份平均室温升高0.7。外墙、屋面外外表颜色外墙、屋面外外表涂成白色会有助于降低夏季室温。进行二种方案比拟计算，一种采用吸收率为o.8的深色外外表，另一种吸收率为淡色外外表。计算结果表明，淡色外表可使夏季室内热环境得到明显改善，但同时也使冬季情况变差。在二方案中外墙及屋面传热系数均采取0.83w平方米，八月份平均室温可降低2，但一月份平均室温也降低了1.3。外墙与屋面保温越好，这种影响将越小。外墙与屋面热工设计采用三种方案进行比拟计算，第一方案为外墙与屋面的传热系数及均为0.83w。m，第二方案外墙K0.83w。m，屋面K0.28w。m，第三方案外墙与屋面K值均为0.28w。平方米。由计算能够看出，屋面保温对降低夏季顶层室温的影响尤其大，第二方案与第一方案相比，八月份月最高温度下降7，平均温度下降0.4，但月最低温度上升了6。从冬季情况看，保温改善有利于室温提高，第三方案与第一方案相比，一月份平均室温升高1.1，5最低温度升高了2.4，但月最高温度有所下降5。顶层天花板外表温度受屋面保温影响甚大，对于屋面有很好保温的场合K0.28w。m3，在年最热日下午14时，天花板内外表温度仅只比室温高0.5，但K0.83w。m的屋面来讲，要高出3.8。假如采用外墙及0.74w。m，屋面X0.63w。m，并具有较大的内部莆热量，应用双层窗，加强夜间通风晚21时至凌晨6时，换气次数为10次h，此时最热日下午14时室温为37.2，天花板内外表温度只要33.6，室内热环境能够得到明显的改善。二、节能住宅设计原则根据以上参数研究，提出如下设计原则：1.冬季换气次数应该尽可能低，而夏季则尽可能高。2.假如具有较大的内部蓄热量，对夏季来讲，较好的方案是白天早6时至晚2l时维持较低的换气次数，面夜间晚2l时至晨6时宜加强通风增加换气次数。3.内部蓄热量对冬、夏季来讲均能减少室温的波动幅度，即降低最高温度，升高最低温度，但对平均温度影响甚小，总的来讲，内部首热量能改善室内热环境。4.采用水平遮阳板来降低夏季室温并不是好的措施，由于它同时较冬季室内效环境变差，除非遮阳板在冬季时能够移开。5.尽管外墙、屋面外外表涂以淡色能够降低夏季室温，但同时也降低了冬季室温，因面不推荐这种做法。6.采取南立面大比例的窗墙比，并设计成具有较大内部蓄热量境，对夏季稍为不利。7.主立面窗户朝南为最佳，朝东及朝西效果最差。8.窗户、外墙及屋面保温能改善冬季室内热环境，十分是屋面保温能够明显地改善夏季室内热环境。三、几个推荐的节能住宅方案被动太阳能房节能住宅方案参数研究优化计算了北京地区应用被动太阳能采暖的可能性，即研究了能否可能在不设置采暖设备时月平均室温到达16。计算结果表明是可能的，其建筑设计参数如下：1.南立面宙墙比60.5。2.具有较大内部蓄热量，相当于户建筑面积73.1平方米具有200mm厚混凝土墙体的苦热量3.双层窗。4.外墙与屋面的传热系数K0.28w。平方米。5.冬季换气次数0.5次/h，夏季早6一晚21时换气次数1.1次/h，晚21次/h.四、节能住宅方案设计原则由参数研究的结果提出如下设计原则：1.冬季换气次数宜低v0.8次h，夏季换气次数宜高v20次h借助于打开宙户利用自然穿堂风。2.从防止出现结露危险性观点来看，冬季换气次数至少保持0.8次h.3.增加内部蓄热量可使室内温度被动减弱，使夏季及冬季的最高温度下降，使最低温度升高，不过，内部蓄热量对平均温度的影响甚微。总之，内部蓄热量能够使室内热环境条件得到改善。4.与较小的南向窗户相比，加大南向窗户面积，并配以相对较高的内部蓄热量，能够较好的改善冬季室内热环境条件。这种做法只是略微使夏季室内热环境条件变差。5.选择建筑南向主立面为最佳，而主立面东向或西向为最差。6.南向窗户上部的水平遮阳板对改善夏季室内环境的作用不明显，除非在冬季时能够移开。7.为了避免冬季卧室及起居室出现结露，在安排厨房、浴室、厕所位置时要注意与主要使用房间的隔断，并合理利用穿堂风，最好设置机械排风装置。太阳能建筑的节能具有很好的前景，大有可为。但是在其发展阶段，资金投入是一个主要的障碍。太阳能建筑的长远发展必须符合市场经济的规律。简单来讲就是要作到“分担投入、分享收益。所谓“分担投入就是要从多个渠道解决太阳能建筑节能所需要的前期投入。比方建筑业主承当主要部分，专业化的节能改造公司承当一部分，政府支持的低息银行贷款一部分，这样能够促进太阳能建筑节能工作的全面开展。