農村太陽房節能優化

崔海山

(煙臺市萊陽中心醫院，山東煙臺 265200)

0 引言

由于太陽能具有巨大、廣泛、長久和無害等優點，在農村建筑上得到了廣泛的應用，劉建龍等對農村住宅節能技術的研究現狀進行了分析，張健等進行了被動式太陽房供暖實驗研究，上述都是從提高室內熱環境方面進行研究，對農村太陽房的節能設計方面的研究還很少。

本文結合膠東農村地區住宅結構特點，將房屋南立面改造成附加陽光間。南立面墻體有較好的保溫效果，還可以兼作集熱墻，符合我國傳統的建筑形式和農民生活習慣，大幅度提高了太陽能利用效率。從建筑規劃節能設計、建筑平面節能設計和建筑圍護結構優化設計方面對農村附加陽光間太陽房進行了優化，以提高附加陽光間太陽房的整體節能效果。

1 附加陽光間太陽房建筑優化設計

1．1 附加陽光間太陽房建筑規劃節能設計

1)建筑體型節能設計。

建筑物的體型系數是影響建筑節能效果的主要因素之一，節能建筑的形態不僅要求體型系數小，而且需要冬季盡可能多的獲得太陽輻射能量，另外還需要避開冬季主導風向。

因此在選擇節能體型時要考慮當地冬季氣溫和日輻射照度、建筑朝向、各墻面圍護結構的保溫狀況和局部風環境狀態等因素的影響，要權衡得熱和失熱的具體情況，優化組合各影響因素。從有利于節能出發，體形系數應盡可能減小，根據DB 42/301-2005-5．0．3規定，低層建筑物的體形系數不應超過0．83。

2)建筑間距節能設計。

建筑間距應綜合考慮防火、日照、防噪、衛生等要求，通常是由建筑日照要求決定的，所以稱其為建筑日照間距。選擇住宅日照時間標準時通常取冬至日中午前后2 h日照為下限，再根據各地的地理緯度和用地狀況加以調整。住宅中的日照質量是通過日照時間和每小時的日照面積累積而達到的。

其中日照時間除了確定冬至日中午南向2 h的日照外，還隨建筑方位、朝向的不同而各異，即根據各地區經具體測定的最佳朝向來確定。陽光的照射量由受到日照時間內每小時室內墻面和地面上陽光投射面積的累積來計算。

只有日照時間和日照面積得到保證，才能對附加陽光間冬季提高室溫有顯著的作用。

1．2 附加陽光間太陽房建筑平面節能設計

1)農村住宅室內的分區。

根據人們對熱環境的不同需求而合理分區，在附加陽光間太陽房平面設計中，將熱環境質量要求比較相近、功能不同的房間相對集中布置。

方案實施過程中，對熱環境質量要求較低的房間集中設于平面中溫度相對較低的區域，高的設于溫度較高區域，既有利于對不同區域分別控制，又可最大限度利用日輻射，保持室內較高溫度，同時減少供熱能耗。

熱環境質量要求較低的房間，如住宅中的附屬用房(廚房、廁所、走道等)布置于冬季溫度相對較低的區域內，而將環境質量好的向陽區域布置居室和起居室，使其具有較高的室內溫度。并利用附屬用房減少居室等主要房間的散熱損失，以最大限度地利用能源，通過室內的溫度分區，滿足熱能的梯級應用，運用建筑設計方法，使住宅空間成為熱流失的阻隔體，達到節能目的。

2)合理布置溫度阻尼區。

為了提高各主要功能房間的室內熱舒適性，需要在溫度較高的熱環境區與溫度很低的室外空間之間，合理設置不同類型的溫度阻尼區(Buffer Zone)。

阻尼區可以使溫度較高房間外墻的傳熱損失減少40%～50%，同時可以減少房間的冷風滲透負荷，從而減少了建筑的滲透熱損失。

1．3 附加陽光間太陽房建筑圍護結構優化設計

1)門窗節能設計。

門窗是圍護結構中主要散熱部位，其建筑能耗約占建筑圍護部件總能耗的40%～50%。提高門窗的保溫隔熱性能，降低門窗能耗，可以有效改善室內熱環境質量和提高建筑節能水平。北向、東西向和南向的窗墻比應分別控制在0．25，0．30，0．35左右。由于農村大氣污染沒有城市嚴重，太陽輻射強度比城市強，為增加白天太陽的輻射量，其南向窗可適當增大。

2)墻體節能設計。

墻體是太陽房外圍護結構的主體，在農村住宅的墻體設計中，僅重點考慮其承重作用，忽視其保溫效果。對于單一材料墻體(如磚墻)往往難以同時滿足較高的保溫、隔熱要求。外墻是建筑物能耗的關鍵部位，對其進行保溫，節能潛力可觀。

根據各地區氣候條件，合理選擇保溫材料，并通過試驗與仿真優化相結合的方法來確定保溫層的經濟厚度。目前在建筑物外墻中可選用的節能建筑材料主要是新型磚材料、建筑砌塊及新型保溫節能墻板。根據《民用建筑節能設計標準》，青島地區農村建筑外墻的傳熱系數一般選取 K≤0．55 W/(m2·K)～0．85W/(m2·K)。

3)屋面節能設計。

農村住宅的屋頂主要由結構層、保溫層、防水層組成。減少屋頂能耗的主要途徑是提高屋面的保溫性能，其關鍵在于保溫材料的選擇。目前，屋面隔熱保溫材料主要有憎水性膨脹珍珠巖、聚苯復合材料、玻璃棉等。

4)地面節能設計。

一般農村建筑地面不考慮保溫措施，耗熱量約占總耗熱量的6%。據測算沿外墻內側周邊約1 m的范圍內，地面傳導失熱最大，可以在外墻內側0．5 m～1．0m范圍內，鋪設200 mm厚的干爐渣，減少室內熱量向外傳遞。

對于新建附加陽光間太陽房，在地面下鋪設碎磚、灰土及爐渣等一些保溫層，這種方法構造施工方便、經濟。在地面下設置節能地炕，提高地面溫度，在冬季與附加陽光間耦合供暖。

2 附加陽光間太陽房節能評價指標

附加陽光間太陽房節能效益，主要是對太陽房的采暖熱性能評價，在滿足熱性能的前提下，提高農村室內熱舒適性是附加陽光間太陽房節能效果評價的主要任務。

評價指標主要有太陽能供暖節能率、室內平均溫度、晝夜室溫波動率、不舒適度指標、最低可忍受溫度以下出現時間的百分比和太陽能供暖總效率。

2．1 附加陽光間太陽房供暖節能率

這是一個反映附加陽光間太陽房節約常規能源量的參數，定義為:

式中:T——采暖期室內計算溫度;

Tr——采暖期室溫平均溫度;

Qan——保證室溫在一定溫度T以上，太陽房每月所需的輔助供暖負荷;

Qnet——圍護結構與太陽房相同，南向墻為絕緣墻時，保證一定室溫T每月所需的輔助負荷。

2．2 室內平均溫度和晝夜室溫波動率

1)室內平均溫度:

2)晝夜室溫波動率:

其中，Trn為室內實時監測溫度;Trf為反映逐時室溫偏離平均室溫幅度的量。

2．3 低于最低可忍受溫度出現的時間百分比

其中，Tb為低于最低可忍受溫度的室內溫度。

2．4 太陽能供暖總效率

上述這些評價指標，從不同角度反映了附加陽光間太陽房運行的熱性能，對附加陽光間太陽房的供暖評價具有重要意義。

3 結語

從建筑規劃節能設計、建筑平面節能設計和建筑圍護結構優化設計方面對農村附加陽光間太陽房進行了優化，為農村地區建設附加陽光間太陽房提供了重要的理論依據。

分析了附加陽光間太陽房建筑布局和結構特點，提出了附加陽光間太陽房采暖熱性能評價指標，為附加陽光間太陽房節能效果評價提供了理論依據。

［1］劉建龍，陳 文，譚超毅，等．農村住宅節能技術研究現狀分析［J］．四川建筑科學研究，2010，36(1):241-243．

［2］張 健，周文和，丁世文，等．被動式太陽房供暖實驗研究［J］．太陽能學報，2007，28(8):861-864．

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［4］葉昆山，程蓮萍．淺析北方農村住宅節能設計［J］．安徽農業科學，2008，36(28):12537-12538．