多空間被動式太陽能采暖建筑熱工設計

崔文海

（北京市京精大房監理公司，北京 100000）

1 太陽能資源區劃

1.1 區劃依據

對某一地區長時間穩定的自然條件進行評判，判斷其是否符合被動式太陽能采暖所需的要求，在判斷過程中，參與人員主要考量當地實際的室外氣溫、太陽輻射量來進行衡定。室外溫度越高，太陽輻射量越大，就越利于采用太陽能采暖的方式。對采暖期月數，入射在南墻面的太陽總輻射月平均日輻照量等因素進行考慮，能夠得到準確的綜合氣象因素SDM。為了避免在計算過程中受到不同季節的影響，要避免長短不同，統一將采暖期歸為12月、次年1月、次年2月，此規范是用來排除不同區域的溫度變化情況不統一所造成的數據選擇困難。方便相關數據的采集和后續分析的信息。

1.2 太陽能資源區域劃分

根據以上的計算結果，我國常見的太陽能采暖區域分級，可分為四檔，分別為一區：最佳區，2區：次佳區，3區：適宜區，4區：次適宜區。不同區域的劃分是根據SDM數值來進行確定的。SDM數值大于25%為最佳區域，處于20～25區間范圍內為第2區。數值介于15～20之間為第3區，數值介于12～15之間為第4區。

在4種區域的劃分中，第4區的采暖條件最差，為了能夠滿足被動式太陽房優化設計軟件中，對于房間熱性能功能模塊數據的輸入要求，工作人員需要將4個區域的不同氣象參數，統一編訂成氣象資料數據庫，供軟件在計算分析過程中使用，用戶只需要將相應的地區代碼輸入至系統內，系統就會自動從數據庫中調取相關區域已錄入的氣象參數，并進行后續的分析。

2 被動式太陽房優化軟件

2.1 建筑設計方案

被動式采暖太陽房需滿足建筑物自身的質量要求，同時，又要能夠滿足太陽能采暖所需的客觀條件，在實際使用過程中，對于外部氣候變化較為敏感，在使用和設計過程中需要考慮到居住者的生活習慣、使用方式、經濟水平以及當地自然條件的變化趨勢來進行綜合考慮，得出最終的設計方案。在設計時，既要考慮到房屋的建筑使用功能，同時，也要考慮到居住者的使用舒適度。并且要對外部自然環境變化留有一定的余地，來應對特殊條件下的環境變化情況。

之前的十年發展過程中，大部分被動式采暖太陽房的示范工程都是以理論計算和模擬試驗來作為數據輸出基礎，根據當地實際建設條件，經過實測來證明計算結果的準確性和真實性。為了確保整個系統能夠在更多地區進行使用，軟件設計人員參考了我國華北、西北、東北地區的不同示范房使用方案，并對其最終的使用效果進行數據收集和整理。在使用內容上也進行了細分，將實際使用環境分為公共建筑類、居住類、校舍類、單層、多層等不同使用環境。通過分析不同使用環境中的效果差異，來判斷影響因素，并不斷優化軟件的數據準確性，讓系統能夠不斷細化不同使用環境中所需考慮參數的側重點，達到更好的實際指導效果。例如，對于宿舍類建筑，其使用主要是要求在早晨能夠進行較快的升溫，而在白天的其余時間，由于學習外出，對于建筑物內部的采暖要求不高。總結下來就是需要在早上的時間區間內，能夠控制好采暖速度，而對于其余時間則沒有更多要求。對于公共建筑來說，其使用的高峰期在中午和下午時段，由于晚上和早晨沒有太多的使用需求，所以其側重點應該集中在中午和下午時段。而且諸如宿舍一類的建筑物，除了對采暖有要求之外，還需要能夠提供一個有充足陽光的活動空間，住宅類建筑同樣也有這樣的要求，但是其使用的區間與宿舍不同，根據相同點和側重點，軟件需要對不同的使用內容和參數進行調整匹配，使其能夠正確運用于每一種不同使用功能的建筑物內部。針對宿舍和住宅區，一般采用的是對流環路式集熱墻。

根據集熱部件的太陽能供熱量和集熱部件表面接受太陽輻射量的比就可以得出該地區的普遍集熱效率。在氣溫較低的嚴寒地區及熱效率較低，不宜采用陽光間和集熱墻的方式。

2.2 優化熱工設計參數

被動式采暖太陽房具體的設計過程所要考慮的參數可分為單體及熱部件和綜合設計參數。前者考慮的主要是陽光間的具體尺寸以及吸熱墻體的夾層間距、通風口尺寸和規格。而后者更多考慮的是收益面積、占南墻面積的比例、集熱墻的具體面積和圍護結構。

根據對不同地區太陽房的實際使用效果進行總結和歸納再進行研究后，得出了以下結論。

在房屋的東西端墻不適合開窗、太陽間的集熱面墻傾斜角度在90°的情況下能夠達成最好的效果，陽光間透光面取建筑結構允許條件下的最大值，陽光間與相鄰房間之間公共墻門窗的開孔率不宜小于12%。

軟件通過對太陽方常規能源采暖月輔助熱量和實際采暖所需的月份長度進行計算，即可以得出常規太陽房常規能源采暖的輔助熱量。集熱墻太陽房與常規太陽房相比，在計算參數上有所區別。通過對南墻面積進行測算，得出集熱墻的太陽能供暖率和直接受益窗的太陽能供暖率，可以得知集熱墻太陽房的采暖年輔助量。在實際的設計過程中，不同構件的尺寸規格，都會對最終產生的成本有較大的影響，所以設計師要在滿足當地實際使用需求的情況下，對其參數進行反復商榷，確保太陽房使用效果良好，并且對成本投入進行控制，減少不必要的資源投入，造成資源浪費。

2.3 設計注意事項

根據以上研究結果，編制人員又對計算軟件進行了重新地優化，軟件的具體運算過程如下：首先工作人員開啟軟件并打開計算指令輸入房間的具體面積尺寸，以及墻體屋頂、地面等面積的具體單位增造價，選擇不同地區并確定系統數據庫中對于該區域的氣象參數數據儲存是否與真實情況相符，對建筑物的尺寸進行輸入。選擇集熱墻面積、窗面積、南墻面積，確定相關數值之后，進行下一步運算，軟件通過自動計算可以得出太陽能熱負荷比，從而得出太陽能供暖率和太陽房采暖輔助熱量，相關計算結果會直接顯示在后續的界面中。在計算過程中，操作人員可以根據實際情況，對集熱墻面積、南墻面積、窗面積等具體的參數進行修改，系統會依照修改的參數進行重新計算。為了保證計算結果的最終準確。要求集熱墻與南墻面積之比、圍護結構傳熱系數以及上述墻體具體的面積要應用到指導實際設計的過程中，設計人員按照優化過后的結果，在軟件中建立相應的模型，使數據參數優化能夠直接與模型構造聯系起來，得出更加直觀的效果。

3 結語

太陽能利用是未來房屋采暖系統的重要組成部分，通過在使用中得出了相關的經驗，對目前的計算體系進行了不斷優化和改進，使得被動式太陽能優化設計軟件實現較強的運算效能，其計算結果已經能夠用于直接指導設計人員完成相應的設計工作。