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1、低能耗太陽(yáng)能采暖小住宅建筑設(shè)計(jì)研究當(dāng)前，能源問(wèn)題已經(jīng)成為制約世界各國(guó)發(fā)展的主要因素之一。我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，建筑能耗約占全國(guó)總用能的1/4，居耗能首位。隨著我國(guó)住宅建設(shè)量的不斷增加，能源與環(huán)境問(wèn)題日漸突出。一方面我國(guó)人均能源擁有量較低，另一方面以煤炭為主的不合理的能源結(jié)構(gòu)以及建筑的高能耗所帶來(lái)的環(huán)境破壞為可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)巨大壓力。 我國(guó)的建筑能耗中，北方寒冷地區(qū)的采暖能耗占了相當(dāng)大的比例。因此，建筑節(jié)能降耗以及可再生能源的利用引起人們的廣泛重視。 太陽(yáng)能作為一種可再生的清潔能源，近年來(lái)在建筑中的利用受到關(guān)注。我國(guó)屬于太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家之一，全國(guó)總面積2/3以上地區(qū)年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)，輻2、射總量高于5000MJ/m2a。北方采暖地區(qū)，大多數(shù)城鄉(xiāng)處于太陽(yáng)能資源豐富區(qū)，為太陽(yáng)能建筑提供了可能。小住宅建筑屋頂面積、南向墻面積與室內(nèi)使用面積比值較大。結(jié)合恰當(dāng)?shù)慕ㄖw形設(shè)計(jì)和外圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)，經(jīng)測(cè)算，在太陽(yáng)能資源豐富地區(qū)的晴好天氣下，可以建造出完全依靠太陽(yáng)能滿足采暖和生活用熱水的低能耗建筑甚至零能耗建筑。一、太陽(yáng)能低能耗小住宅建筑設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)低能耗建筑的設(shè)計(jì)途徑主要包括兩個(gè)方面，即能源的開(kāi)源與節(jié)流。開(kāi)源是指開(kāi)發(fā)利用可再生新能源，節(jié)流是指提高供暖、空調(diào)系統(tǒng)效率和提高建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能，減少建筑熱損失。太陽(yáng)能建筑同時(shí)具備上述兩個(gè)特點(diǎn)：首先太陽(yáng)能屬對(duì)環(huán)境無(wú)污染的可再生能源；其次由于太陽(yáng)能的低密度3、也要求建筑有著較高品質(zhì)的圍護(hù)性能和恰當(dāng)?shù)捏w形、朝向和空間布局。1.太陽(yáng)能建筑的朝向和間距 太陽(yáng)能建筑的朝向選擇首先要在節(jié)約用地的前提下滿足冬季有較多的日照，夏季避免過(guò)多的日曬和有利于自然通風(fēng)降溫、照明的要求。有矛盾時(shí)，應(yīng)視當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件而定，當(dāng)冬季供暖是首先考慮的問(wèn)題時(shí)，朝向的確定應(yīng)使房屋在冬季接受較多的陽(yáng)光照射和較少的冷風(fēng)吹襲；而以夏季降溫為主時(shí)則相反。房屋接受日照的條件包括日照時(shí)間和日照量?jī)蓚€(gè)方面。研究表明，冬季太陽(yáng)能輻射熱在9時(shí)15時(shí)是全天輻射熱的90%左右，太陽(yáng)能建筑的屋頂面和南向墻面接受了絕大部分可能接受到的太陽(yáng)能輻射量，應(yīng)保證充足的陽(yáng)光照射，建議建筑主面朝向?yàn)槟舷蛘?fù)30度范圍。建4、筑之間的日照間距應(yīng)保證冬至日建筑的陽(yáng)光集熱構(gòu)件不被陰影遮擋。2.太陽(yáng)能建筑的平面布置（1）按溫度分區(qū)考慮太陽(yáng)能屬一種低密度能源，結(jié)合建筑各空間的不同使用功能，在對(duì)建筑熱環(huán)境的設(shè)計(jì)當(dāng)中，提出了“溫度分區(qū)法”的概念，即將起居室、臥室等熱舒適指標(biāo)要求較高的空間布置在南面或東南面，而將廚房、衛(wèi)生間、存儲(chǔ)空間、交通空間等相對(duì)溫度要求較低空間布置在北側(cè)，且適當(dāng)減少北向開(kāi)窗面積，這些空間也作為主要空間的溫度阻尼區(qū)。通過(guò)實(shí)際工程證明“溫度分區(qū)法”的概念是科學(xué)有效的。 （2）入口設(shè)計(jì)建筑入口，特別是北向入口是冬季冷風(fēng)滲入、熱量損失較多的熱工薄弱環(huán)節(jié)。因此，設(shè)計(jì)太陽(yáng)能采暖建筑時(shí)應(yīng)重視入口處防風(fēng)與密閉處理，盡量減少5、其造成的熱損失。建議在建筑物人口處加設(shè)門斗，北入口將門斗的入口方向轉(zhuǎn)折90度轉(zhuǎn)為東向，以避開(kāi)冬季寒風(fēng)侵人方向，避免冷風(fēng)直接侵入，同時(shí)要加強(qiáng)密封，還應(yīng)注意必須保證其有足夠的寬度，使人們?cè)谶M(jìn)入外門之后，有足夠的空間先關(guān)閉外門，然后再開(kāi)啟內(nèi)門。3.太陽(yáng)能建筑的體型以獲得更多的太陽(yáng)能、熱損失更少為基本原則。從降低能耗角度：一定建筑平面積要盡可能減小外墻長(zhǎng)度；從收集太陽(yáng)能角度：應(yīng)使南向墻面、受光屋頂面與建筑其他外面之比盡可能大，盡可能避免和減少由于南向墻面、屋頂體型變化帶來(lái)的陰影。在多見(jiàn)的矩形平面中，一般長(zhǎng)軸朝向東西的長(zhǎng)方體型最好，正方形次之，長(zhǎng)軸朝向南北的長(zhǎng)方體型最差，坡屋頂好于平屋頂。4.太陽(yáng)能建筑6、的外圍護(hù)性能、材料與構(gòu)造按照我國(guó)目前有關(guān)節(jié)能規(guī)定，目前已進(jìn)入“三步節(jié)能”階段，對(duì)住宅外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能已做出了明確規(guī)定，設(shè)計(jì)太陽(yáng)能建筑時(shí)必須遵守，并且提出更高要求。太陽(yáng)能建筑對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)造要求，包括外墻與屋面的保溫方式、材料選擇、構(gòu)造做法要滿足熱工性能指標(biāo)及保證良好的保溫、蓄熱性能。外門窗是建筑散熱的薄弱環(huán)節(jié)，一些建筑外門窗的耗熱量與空氣滲透耗熱量之和約占建筑總耗熱量的50以上。因此，應(yīng)加強(qiáng)門窗節(jié)能綜合研究，使朝陽(yáng)窗戶盡可能成為得熱構(gòu)件。在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的太陽(yáng)能建筑，地面也應(yīng)增加保溫措施，以提高太陽(yáng)能利用效率。二、太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)構(gòu)成太陽(yáng)能住宅建筑的采暖和生活熱水依托的是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，其組7、成部分包括：太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)熱器（蓄熱器）、散熱器、補(bǔ)充熱源、控制和管路系統(tǒng)。1.太陽(yáng)能集熱器集熱器是吸收太陽(yáng)輻射并向載熱工質(zhì)傳遞熱量的裝置，它是熱水器的關(guān)鍵部件。目前，國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能集熱器主要有平板集熱器、真空管集熱器。我國(guó)已成為世界上最大的熱水器生產(chǎn)和應(yīng)用國(guó)家。2.儲(chǔ)熱器（蓄熱器）儲(chǔ)熱裝置是儲(chǔ)存熱水并減少向周圍散熱的裝置，一定的熱水蓄熱量主要滿足夜間供熱，使室內(nèi)溫度不致過(guò)大波動(dòng)。儲(chǔ)熱裝置的容量需熱工計(jì)算確定。儲(chǔ)熱器的儲(chǔ)熱效果不僅取決于保溫材料性能的好壞，還與裝置的結(jié)構(gòu)和固定連接方式有關(guān)。3.散熱器低溫?zé)崴匕遢椛洳膳捎谔?yáng)能屬低密度熱能源，散熱器選擇的最佳形式當(dāng)屬低溫?zé)崴匕遢椛洳膳５蜏?、熱水地板輻射采暖是在樓地層內(nèi)設(shè)置加熱埋管形成的輻射采暖系統(tǒng)，使用不高于60的熱水流經(jīng)埋入地板的盤(pán)管，所釋放的熱量使混凝土加熱。從地表面散出輻射熱并均勻地將熱量傳到室內(nèi)，由于采用輻射采暖方式，室內(nèi)溫度均勻，梯度合理，室內(nèi)溫度由下而上逐漸遞增，地面溫度高于呼吸線溫度，給人以腳暖頭涼的良好感覺(jué)，促進(jìn)新陳代謝，達(dá)到一定的保健作用。由于地面層及混凝土層蓄熱量大，室內(nèi)溫度的熱穩(wěn)定性也非常理想。在地板輻射采暖中，實(shí)測(cè)證明，在人體舒適范圍內(nèi)，實(shí)感溫度比室內(nèi)環(huán)境溫度高23。在保持同樣舒適感的前提下，地板輻射采暖時(shí)的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，可以比對(duì)流采暖降低23，房間熱負(fù)荷相對(duì)減少，可以節(jié)省供熱能耗20左右。4.補(bǔ)充熱源為9、了保證室內(nèi)溫度的連續(xù)穩(wěn)定，當(dāng)由于氣象等因素集熱器供溫不足時(shí)，則應(yīng)啟動(dòng)補(bǔ)充熱源。依據(jù)環(huán)境等條件不同，補(bǔ)充熱源可選擇電、燃?xì)狻⑷加汀⒚旱取?.控制和管路系統(tǒng)該系統(tǒng)是強(qiáng)制雙循環(huán)管路，外循環(huán)回路是集熱器與儲(chǔ)熱器之間熱交換，內(nèi)循環(huán)回路是儲(chǔ)熱器和散熱器之間熱交換。依循環(huán)工質(zhì)不同選擇不同管路，并進(jìn)行保溫處理，控制系統(tǒng)用來(lái)保證整個(gè)供熱系統(tǒng)的智能化工作并通過(guò)儀表顯示。 三、太陽(yáng)能建筑一體化設(shè)計(jì)太陽(yáng)能建筑一體化設(shè)計(jì)，是指太陽(yáng)能建筑中太陽(yáng)能系統(tǒng)構(gòu)件的各個(gè)組成部分與建筑設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合。當(dāng)前，我國(guó)太陽(yáng)能光熱產(chǎn)品已達(dá)到世界產(chǎn)量第一，而太陽(yáng)能熱水采暖的太陽(yáng)能建筑并不多見(jiàn)，其主要原因之一就是一體化設(shè)計(jì)問(wèn)題沒(méi)有解決好。就建筑外10、形而言，一體化設(shè)計(jì)主要是分體式太陽(yáng)熱水器的集熱器與建筑的有機(jī)結(jié)合。按照接受太陽(yáng)能最大的原則，建議小住宅建筑采用坡屋頂設(shè)計(jì)。集熱器的安裝位置主要包括屋頂、遮陽(yáng)板、檐口、陽(yáng)臺(tái)欄板和近地面等（如圖2）。當(dāng)然也可以結(jié)合立面設(shè)計(jì)安裝在南側(cè)墻面或陽(yáng)臺(tái)欄板面形成的垂直集熱器，充分收集更多的太陽(yáng)能。四、結(jié)語(yǔ)針對(duì)我國(guó)北方采暖地區(qū)的小住宅建筑，利用分體式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，結(jié)合低溫?zé)崴匕遢椛涔┡夹g(shù)，在充分考慮分體式太陽(yáng)能集熱器與建筑一體化設(shè)計(jì)和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可以創(chuàng)作出低能耗的太陽(yáng)能建筑。小住宅建筑由于可安裝集熱器的屋頂面積與建筑供暖面積比值較大，結(jié)合恰當(dāng)?shù)慕ㄖO(shè)計(jì)手段（包括被動(dòng)太陽(yáng)能技術(shù)）和光伏電池技術(shù)，完全可以進(jìn)行零能耗建筑的