被動(dòng)太陽能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的若干應(yīng)用

于涌杰

摘 要：改革開放以來，隨著我國政治經(jīng)濟(jì)水平的不斷增長以及人們生活水平的大大提高，大到各個(gè)產(chǎn)業(yè)，小至每個(gè)家庭，對于能源的需求和消耗都與日俱增。能源作為人類生存和社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，在人類文明進(jìn)程中起著不可取代的關(guān)鍵作用。但是石油、煤炭等常規(guī)能源體系的過度開發(fā)將直接導(dǎo)致環(huán)境污染，從而對社會(huì)健康穩(wěn)定發(fā)張?jiān)斐刹豢赡孓D(zhuǎn)的嚴(yán)重影響。為了響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的號召，清潔能源很好地解決了這一矛盾。而太陽能是常用并且理想的清潔能源之一。本文通過闡明被動(dòng)太陽能技術(shù)的概念及分類，通過分析被動(dòng)太陽能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的必然性以及應(yīng)用原理，提出被動(dòng)太陽能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，旨在為建筑師，工程師，使用者和建筑使用者的讀者理解被動(dòng)太陽能理論，設(shè)計(jì)和運(yùn)用策略提供一定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：被動(dòng)太陽能技術(shù) 建筑 設(shè)計(jì)

引言

隨著可持續(xù)發(fā)展理論的深入實(shí)施，可再生能源在能源資源中所占比重越來越大，其中，太陽能更是重中之重。與傳統(tǒng)的化石燃料能源相比，太陽能優(yōu)勢頗多。太陽的輻射輸出過程中，光子能量完全可以轉(zhuǎn)換成人類需要的各種能源。通過將光能轉(zhuǎn)換為電能，進(jìn)而將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、熱能等其它形式的能源。并且，由于太陽能巨大，其完全可以滿足人類的生活和生產(chǎn)需求而不用擔(dān)心太陽能耗盡。而太陽能技術(shù)又分為主動(dòng)太陽能技術(shù)和被動(dòng)太陽能技術(shù)，相較于主動(dòng)太陽能技術(shù)，被動(dòng)太陽能技術(shù)更加節(jié)省資源和成本。因此，研究被動(dòng)太陽能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的若干應(yīng)用對于社會(huì)節(jié)約資源，保障人類文明具有重要意義。

一、被動(dòng)太陽能建筑的概念及分類

1、被動(dòng)太陽能建筑的概念

“溫室效應(yīng)”是被動(dòng)太陽能建筑最基本的工作原理，這就要求被動(dòng)太陽能建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有較大的熱阻，同時(shí)要求室內(nèi)要有足夠的重質(zhì)材料，如磚石、混凝土，以保證房屋良好的蓄熱性能[1]。

2、被動(dòng)太陽能建筑的分類

按照采集太陽能的方式區(qū)分，被動(dòng)太陽房可以分為以下三類：

2.1 直接受益式

該種太陽能建筑不需要格外安裝多余的蓄熱設(shè)備，設(shè)計(jì)簡單，使用方便。具體來說，陽光通過較大面積的南向玻璃窗，直接照射到室內(nèi)的地面墻壁和家具上，地面墻壁和家具所吸收來自太陽光的大部分熱量，一部分以輻射、對流方式在室內(nèi)空間傳遞，另一部分則導(dǎo)入蓄熱體內(nèi)，之后通過逐漸釋放該熱量，使房間在晚上和陰天也能保持一定溫度。由于這種方式的太陽房，南窗面積較大，應(yīng)配置保溫窗簾，并要求窗扇的密封性能良好，以減少通過窗的熱損失。

2.2 蓄熱墻式

該種太陽能建筑利用南向垂直集熱蓄熱墻吸收穿過玻璃采光面的陽光，通過傳導(dǎo)、輻射及對流的熱傳導(dǎo)方式，把熱量送至室內(nèi)。其中，集熱蓄熱堵的形式有：實(shí)體式集熱蓄熱墻，花格式集熱蓄熱墻，水墻式集熱蓄熱墻，相變材料集熱蓄熱墻，快速集熱墻等[2]。

2.3 陽光間式

該種太陽能建筑需在房屋南側(cè)附建陽光間，同時(shí)保證陽光間圍護(hù)結(jié)構(gòu)全部或部分由玻璃等透光材料構(gòu)成。其工作原理如下：經(jīng)過陽光照射，陽光間被加熱，使得其內(nèi)部溫度始終高于外界環(huán)境溫度，以保證白天時(shí)陽光間通過對流風(fēng)口為整間屋子供熱，夜晚時(shí)作為緩沖區(qū)，以減少房間的熱損失。

2.4 屋頂池式

該種太陽能建筑與陽光間式原理相似，不同之處在于其將陽光間替換成裝滿水的密封塑料袋，置于屋頂頂棚之上，同時(shí)在其上設(shè)置可水平推拉開閉的保溫蓋板。冬季白天時(shí)，打開保溫蓋板，水袋通過充分吸收太陽輻射熱儲(chǔ)存能量，并通過輻射和對流傳至下面房間。夜晚時(shí)則關(guān)閉保溫蓋板，以防止熱量散失。而夏天則剛好相反，白天時(shí)，關(guān)閉保溫蓋板，同時(shí)使用較涼的水袋吸收下面房間的熱量，使室溫下降。這也是該類型太陽能建筑相較于陽光間式的最大優(yōu)勢。

二、被動(dòng)太陽能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的若干應(yīng)用

1、被動(dòng)太陽能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的必然性

能源是最為重要的物質(zhì)資源之一，對人類社會(huì)生存和進(jìn)步起著至關(guān)重要的作用，可以說人類歷史正是在人類對資源的不斷獲取和使用中發(fā)展的。但是，在全球化經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，世界化人類文明不斷進(jìn)步的同時(shí)，我們不能忽視資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，溫室氣體的過度排放，能源的嚴(yán)重短缺等一系列人類制約發(fā)展進(jìn)步的現(xiàn)實(shí)問題。就我國目前而言，雖然能源資源總量比較可觀，但是由于我國人口眾多，導(dǎo)致人均能源占有量低；并且由于我國地域遼闊，導(dǎo)致能源資源地域分布嚴(yán)重不均勻；同時(shí)由于資源聚集地地質(zhì)開采條件比較差[3]。開采設(shè)備以及技術(shù)落后等原因，導(dǎo)致能源資源開采困難。以上種種現(xiàn)狀表明，如果不及時(shí)對所出現(xiàn)的能源問題提出重視并加以解決，一定會(huì)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重后果。太陽能作為自然界最豐富的潔凈能源，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。而我國地域遼闊，太陽能資源豐富，是我國可再生能源的首選。

2、被動(dòng)太陽能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用原理

建筑業(yè)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是消耗能源較多的行業(yè)。隨著人民生活水平的提高，其對房屋住宅的要求也越來越高。房屋住宅不在僅僅是一個(gè)遮風(fēng)避雨的場所，更是體現(xiàn)居住者興趣愛好，展現(xiàn)居住者生活品質(zhì)的重要途徑。充分利用綠色能源、盡可能減少建筑中的能源消耗，在保護(hù)環(huán)境的根本前提下，因地制宜，大力發(fā)展綠色建筑。

2.1 將綠色建筑理念銘記于心

中國建設(shè)部將綠色建筑定義為：為人們提供健康、舒適、安全的居住、工作和體閑的空間，同時(shí)在建筑整個(gè)生命周期中基于高效率地利用資源，最低限度地影響環(huán)境的建筑物[4]。綠色建筑是當(dāng)代的可持續(xù)建筑，可以說，綠色建筑是可持續(xù)發(fā)展重要保障。對于設(shè)計(jì)者來說，從建筑設(shè)計(jì)之初就應(yīng)將綠色建筑理念銘記于心，在保證美觀實(shí)用的前提下，最大限度地應(yīng)用被動(dòng)太陽能技術(shù)；對于建筑者來說，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)者的綠色建筑理念執(zhí)行綠色建筑工作；而對于房屋居住者來說，應(yīng)從思想根本上接受綠色建筑理念。

2.2 依據(jù)相應(yīng)法律法規(guī)，大力推行被動(dòng)太陽能技術(shù)

為積極響應(yīng)國家對于可持續(xù)發(fā)展的號召，大力推行被動(dòng)太陽能技術(shù)成為重中之重。被動(dòng)太陽能技術(shù)的實(shí)行不能異想天開，不能任意妄為，必須根據(jù)國家已經(jīng)頒布或者制定的相應(yīng)法律法規(guī)，按照要求進(jìn)行。

2.3 結(jié)合建筑地實(shí)際情況，因地制宜

建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合建筑地的實(shí)際情況，因地制宜，選擇合適的被動(dòng)太陽能建筑類型，以保證用資源的合理利用。同時(shí)，對于被動(dòng)太陽能建筑類型的選擇，除了考慮當(dāng)?shù)氐牡匦我蛩赝猓€應(yīng)考慮到當(dāng)?shù)氐募竟?jié)、天氣以及環(huán)境因素，居住者的喜好也是考慮的重要內(nèi)容之一。

三、結(jié)束語

在能源急劇短缺和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的全球化大形勢條件下，現(xiàn)代生態(tài)建筑逐漸成為未來建筑的主要趨勢。太陽能由于其能量巨大，經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)勢，在建筑設(shè)計(jì)中日益受到重視。其中，被動(dòng)太陽能技術(shù)更是受到越來越多的設(shè)計(jì)者、建筑者以及使用者的青睞。我們有理由相信，未來被動(dòng)太陽能技術(shù)將會(huì)成為所有建筑設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]清華大學(xué)建筑學(xué)院，清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院.建筑設(shè)計(jì)的生態(tài)策略.北京：中國計(jì)劃出版社，2001.

[2]北京市建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化辦公室.公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3]莊貴陽，陳迎.國際氣候制度與中國.北京：中國社會(huì)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展研究中心，2005.

[4]秦永麗.被動(dòng)太陽能利用在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.襄陽幣水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院.