新型被動(dòng)式太陽(yáng)房

北京勤誠(chéng)創(chuàng)業(yè)科技有限公司 ■ 楊永福

新型被動(dòng)式太陽(yáng)房

北京勤誠(chéng)創(chuàng)業(yè)科技有限公司 ■ 楊永福

開(kāi)發(fā)了一種新型被動(dòng)式太陽(yáng)房，該房屋在寒冷的冬天(室外溫度-10 ℃以下)，室內(nèi)不用生火，無(wú)需固定的暖氣設(shè)施，只要晴天有太陽(yáng)時(shí)，白天室溫就可達(dá)到20 ℃以上，夜間保持在16 ℃以上；遇到陰天，用可移動(dòng)式紅外線電取暖器，室溫保持在16～20 ℃，120 m2的房間24 h耗電不超過(guò)9 kWh；在炎熱的夏天使用空調(diào)，比常規(guī)房屋節(jié)電80%以上。

采暖間；門式活動(dòng)保溫墻；凹凸邊緣搭接保溫方法

0 引言

被動(dòng)式太陽(yáng)房結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，易于普及推廣。當(dāng)前國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的主要形式有：直接受益式、集熱蓄熱墻式、自然循環(huán)式、溫室綜合式等。這幾種形式存在的問(wèn)題是占地面積多、熱效率低，不能獨(dú)立滿足冬季室內(nèi)取暖需求，仍需耗費(fèi)較多的輔助熱源。新型被動(dòng)式太陽(yáng)房的問(wèn)世解決了現(xiàn)有被動(dòng)式太陽(yáng)房存在的問(wèn)題，能獨(dú)立滿足寒冷冬季室內(nèi)取暖需求，輔助熱源僅供全陰天使用，耗電很少。

1 新型被動(dòng)式太陽(yáng)房外觀設(shè)計(jì)

新型被動(dòng)式太陽(yáng)房的外觀設(shè)計(jì)分為平房小院和板式多層樓房?jī)煞N類型。

1)平房小院。由小院和平房立體兩部分構(gòu)成(見(jiàn)圖1)。平房主體南向墻面呈一個(gè)直角三角形，其頂角要和當(dāng)?shù)卮蠛?jié)氣12:00的太陽(yáng)入射角保持一致。平房南向墻面的底部和小院南墻之間的距離不能小于5 m；平房東西墻和小院對(duì)應(yīng)東西墻之間的距離均不能小于2.5 m。

圖1 平房小院外觀設(shè)計(jì)效果圖

2)板式多層樓房。樓房主體和現(xiàn)有的樓房完全一致，只是把樓房陽(yáng)臺(tái)改造成新型被動(dòng)式太陽(yáng)房的陽(yáng)光間即可(見(jiàn)圖2)。

圖2 板式多層樓房新型被動(dòng)式太陽(yáng)房陽(yáng)臺(tái)外觀設(shè)計(jì)效果圖

2 新型被動(dòng)式太陽(yáng)房的設(shè)計(jì)原理及創(chuàng)新點(diǎn)

太陽(yáng)以光輻射的形式向地球表面及建筑物內(nèi)傳輸它的光能和熱能，而且只有在太陽(yáng)輻射光線與接收光線的物體表面呈垂直狀態(tài)時(shí)，才能最大限度地接收到太陽(yáng)的光能和熱能。依據(jù)這一理論，我們對(duì)傳統(tǒng)的常規(guī)房屋做到了創(chuàng)新性的改造，研制出本文所論述的新型被動(dòng)式太陽(yáng)房。其創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在：

1)去除常規(guī)房屋固定的南向墻體，改造成像門一樣能隨意開(kāi)啟、關(guān)閉，且具有很好保溫性能的活動(dòng)墻體，稱為“門式活動(dòng)保溫墻”。在冬季，白天開(kāi)啟，可讓陽(yáng)光充分地進(jìn)入房屋內(nèi)，盡可能多地吸收和存儲(chǔ)熱量，晚上關(guān)閉，將白天得到的熱量保存下來(lái)；在夏季，早晚開(kāi)啟納涼，中午關(guān)閉隔熱。此活動(dòng)墻使新型被動(dòng)式太陽(yáng)房具有了冬暖夏涼的效果。

圖3 西藏林芝試驗(yàn)房?jī)?nèi)的門式活動(dòng)保溫墻

2)在門式活動(dòng)保溫墻前面，搭建1個(gè)采暖間，使采暖間前面的采光玻璃與南向墻面鉛垂線之間的夾角與當(dāng)?shù)刈詈鋾r(shí)期的太陽(yáng)光線入射角保持一致。這樣就使最寒冷時(shí)期的太陽(yáng)輻射光線垂直或接近垂直地照射到采光玻璃上，使室內(nèi)最大限度地接收到太陽(yáng)的光能和熱能。多年來(lái)的試驗(yàn)證明，采光玻璃垂直接收太陽(yáng)輻射光線的房屋要比相同規(guī)格的常規(guī)房屋室內(nèi)溫度高出10～14 ℃ 。

3)采用本公司發(fā)明的帶有凹凸邊緣、二維直角、三維直角保溫板為框架的凹凸邊緣搭接保溫方法，對(duì)房屋外墻和房頂做了有效的保溫處理。

圖4 北京延慶示范房的采暖間

3 新型被動(dòng)式太陽(yáng)房的優(yōu)越性能

與常規(guī)房屋相比，新型被動(dòng)式太陽(yáng)房具有節(jié)能環(huán)保、居住舒適、健康、經(jīng)濟(jì)適用、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。

3.1 節(jié)能環(huán)保

新型被動(dòng)式太陽(yáng)房在寒冷的冬季取暖以太陽(yáng)能為主要熱源，以電暖氣為輔助熱源。只要有4 h以上的日照，室內(nèi)溫度就能達(dá)到20 ℃以上，夜間保持在16 ℃以上；只有在全陰天才使用電暖氣。因房屋有良好的保溫設(shè)施，只需少量能耗，就有較高的溫度升、降。經(jīng)多次試驗(yàn)證明，120 m2的房間，冬季取暖室溫保持在16～20 ℃，24小時(shí)總耗電量小于9 kWh，與常規(guī)房屋用電取暖相比節(jié)能85%以上。夏季降溫用電量比常規(guī)房屋節(jié)省80%以上。

因本房屋不用煤炭、柴薪取暖，不產(chǎn)生有害氣體及灰塵，不會(huì)在房屋周圍堆放煤炭、柴薪及灰渣，環(huán)境清潔無(wú)污染。

3.2 居住舒適、健康

新型被動(dòng)式太陽(yáng)房設(shè)置了采暖間，從日出到日落采暖間都有陽(yáng)光射入。晴天里，室內(nèi)有陽(yáng)光的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6 h之多，人坐在房子里、躺在床上都能曬太陽(yáng)。曬太陽(yáng)使人有舒適感，特別是老人小孩，借助日曬可除濕驅(qū)寒；室內(nèi)衣物及床上用品經(jīng)過(guò)日曬可去除濕霉，有清潔保健的效果。

圖5 西藏林芝實(shí)驗(yàn)房室內(nèi)外溫度對(duì)比

3.3 經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性價(jià)比高

新型被動(dòng)式太陽(yáng)房的標(biāo)準(zhǔn)戶型為3室2廳2衛(wèi)1采暖間，房屋面積在90～120 m2之間，可供一家三代人居住。房屋造價(jià)與相同規(guī)格的常規(guī)房相比，每m2約高出18%，但性能要比常規(guī)房屋優(yōu)越得多。

圖6 房屋平面圖(單位：mm)

4 新型被動(dòng)式太陽(yáng)房的技術(shù)考核指標(biāo)

本考核指標(biāo)主要是指室內(nèi)溫度的控制指標(biāo)，分冬季和夏季兩個(gè)極端季節(jié)中極端環(huán)境下的室內(nèi)外溫度變化比對(duì)。

表1 新型被動(dòng)式太陽(yáng)房的技術(shù)考核指標(biāo)

5 新型被動(dòng)式太陽(yáng)房建筑要求

1)要建設(shè)在年日照時(shí)數(shù)2200 h以上、年太陽(yáng)總輻射量在5000 MJ/m2以上的地區(qū)，我國(guó)的西北、華北、東北、華東、西藏及云貴高原等地區(qū)都符合條件。

2)房屋建筑方位應(yīng)選在正南北或南偏東、偏西10°～15°之間為最佳；最大偏差不能超過(guò)20°。

6 結(jié)語(yǔ)

新型被動(dòng)式太陽(yáng)房節(jié)能環(huán)保、居住舒適，具有極高的社會(huì)效益；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，易于推廣，有廣闊的市場(chǎng)前景，是一種真正的利國(guó)惠民的綠色環(huán)保建筑。新型被動(dòng)式太陽(yáng)房應(yīng)得到國(guó)家政府的政策支持，以盡快在符合要求的農(nóng)村地區(qū)和小城鎮(zhèn)推廣，盡早為節(jié)能環(huán)保這一重大國(guó)策的實(shí)現(xiàn)做貢獻(xiàn)。

2016-04-26

楊永福(1939—)，男，本科、數(shù)學(xué)工程師，主要從事太陽(yáng)能利用的研究。yangyongfu688@126.com