探析拉薩市自建住房中的太陽能運用

姜運豪

（西藏自治區建筑勘察設計院，西藏 拉薩 850000）

0 引言

拉薩市具備太陽能、電能（水電、光電）、地熱能、空氣能等多能互補的綜合能源供應體系。在碳中和、碳達峰的大背景下，并結合能源供給情況綜合分析，拉薩市清潔能源推薦優先采用的形式為太陽能，充分利用和開發太陽能能源將成為必然趨勢。

不同地形、氣候特征、自然資源使人們選擇了不同的建筑技術方式，也由此產生了特色鮮明的建筑形式和風格[1]。目前，因特殊的氣候和傳統居住模式等因素的影響，拉薩市在老城區及周邊地區仍有大量自建房。在建設美麗幸福新西藏的道路上，人們對居住舒適性的需求不斷增加，在住房的功能布局、建筑材料、建筑色彩、造型設計、建筑結構等方面的設計都在結合新時代的發展而改變。在擁有大量太陽能資源的拉薩，當地居民在修建自建房時，開始有意識的通過太陽能改善室內熱環境，減少能源消耗，提升居住空間的舒適性。本文通過調研分析在已有自建房對太陽能的運用基礎上提出具有實際操作意義的可行性設計策略。

1 拉薩市氣候特征概述

拉薩市地處喜馬拉雅山脈北側，受下沉氣流的影響，全年多晴朗天氣，降雨稀少，冬無嚴寒，夏無酷暑，屬高原溫帶半干旱季風氣候，處于我國建筑氣候區劃的第Ⅵ建筑氣候區，建筑熱工氣候分區的寒冷氣候區。歷史最高氣溫29.6℃，最低氣溫零下16.5℃，年平均氣溫7.4℃，氣溫年較差小而日較差大。年降水量為200~510mm，集中在6—9月份，多夜雨，稱為雨季。太陽輻射強烈，空氣稀薄，氣溫偏低，晝夜溫差較大，冬春寒冷干燥且多風。拉薩市平均海拔3658m，位于北緯29°67′，東經91°13′，日照時間在3000h以上，素有“日光城”的美譽。

2 拉薩市氣候設計分析

2.1 氣候控制分析

利用Climate Consultant軟件，結合西藏自治區氣象局查詢的拉薩市氣候數據，分析得到拉薩市的焓濕圖，其中設計需求值占比分別為熱舒適區域5.1%、遮陽設計4.5%、室內得熱24.2%、被動式太陽能得熱—低蓄熱25.9%、被動式太陽能得熱—高蓄熱26.2%、供暖，必要時加濕38.4%。模擬采用軟件默認條件，即靜坐狀態，也由此得出拉薩市氣候調節分析，如表1所示。

由表1可以知道，拉薩市冬季時間長、溫度較低，夏季時間段，溫度適宜，全年有94.9%的時間需要進行采暖，其中傳統采暖的時效占42.8%，而太陽能采暖的時效占52.1%，全年中只有5.1%的時間是舒適的。可通過上述數據根據有效時間比判斷各設計策略的有效性和重要性，選擇適宜的設計方法[2]。自建房作為居住用房，在考慮氣候設計時，應充分滿足防寒、保溫、防凍的要求，結合拉薩市充足的太陽能能源，做出相應的節能措施。因而解決室內的熱舒適問題需要考慮主動式太陽能與被動式太陽能相結合的設計策略。

表1 拉薩市氣候調節分析

2.2 拉薩市太陽輻射分析

拉薩市大部分地區年日照時數大于6h的天數有250~300d，春季日照時數大于6h的天數有70~80d，夏季日照時數大于6h的天數有60~70d，秋季日照時數大于6h的天數有70~80d，冬季日照時數大于6h的天數有70d以上，就太陽能資源穩定度來看，拉薩市屬于穩定狀態[3]。太陽能是一種無污染可再生的綠色能源，拉薩市屬于太陽能資源非常豐富的地區[4]，同時冬季時間長且寒冷，應合理利用太陽能資源。根據《西藏自治區民用建筑節能設計標準》（DBJ 54001—2016）中太陽輻射的數據進行分析，了解一年中每月的太陽輻射的分布狀況?？煽闯鲆荒曛性缕骄傒椛淞繌姸瘸实埂癡”型折線，其中最低值分別是12月的2929W/m2和1月的3253W/m2，最大值為6月的5127W/m2，可見輻射強度較高。太陽輻射是建筑的一個主要熱源，有效的利用太陽能成為改善熱舒適環境的主要途徑。拉薩市自建房應合理利用豐富的太陽能進行采暖，可有效的提高冬季室內溫度，改善室內的熱舒適度，這是該地區的能源優勢。

3 拉薩市自建房中太陽能運用現狀

3.1 自建房基本情況

在地域特色明顯的拉薩市，受到文化信仰、氣候環境、生活習慣、材料技術等諸多因素的影響，本地居民的居住模式具有獨特的地域性。年代較久的舊式民居多為單層，基本上坐北朝南，層高較低，約為2.6m，室內跨度小，南向開窗大，北向不開或開小窗，利于室內的保暖?？臻g布局較單一，南向為主要空間，北向為輔助空間，多呈長方形或方形院落式布置。墻體和屋面多用夯土，同時建筑構件及色彩有濃郁的藏式特色。隨著時代的發展，拉薩民居修建時也不斷的改變，年代較近的新式自建房沿用了傳統民居的部分優勢，朝向不變。

開窗方式不變，層數多為2~4層，層高增加至3.0m左右。因建筑材料和施工技術的進步，墻體多用空心砌塊磚筑240mm，屋面現澆150mm的鋼筋混凝土屋面板，但基本不做保溫層?？傮w自建房的體形系數較小，均符合《西藏自治區民用建筑節能設計標準》（DBJ 54001—2016）中的建筑體形系數限值要求。在提高熱舒適性時，多考慮了太陽房設計，即直接受益式陽光間或附加陽光間，不足在于窗戶氣密性較差，多數使用鋁合金單層窗導致熱量流失快。

3.2 實地調研分析

根據拉薩市自建房的分布情況，實地調研位置主要選擇在東郊、北郊及城中區域。為了進一步掌握拉薩市自建房中太陽能的運用情況，采用實地調查測繪與發放問卷的方式，對區域自建房現狀進行調查。實地調查測繪是在自建房相對聚集的區域根據不同的特點而選取的住房了解具體的修建時間、布局、結構、構造、太陽能使用情況等。問卷調查方式主要分為社會調查法與抽樣訪談調查法，本文采用上述兩種調查相結合的方式，對拉薩市自建房中太陽能的運用現狀進行調查。調查方式與調查內容如表2所示。

表2 拉薩市自建房中太陽能的運用現狀

通過上述的調查方式與調查內容，分析得出的拉薩市自建房中太陽能的運用現狀如下。

抽樣選取的自建房均為2~3層的獨棟民居，家庭人員結構多數為三代同堂，修建時間在2000—2020年期間，所有朝向均朝南向。在施工技術、建筑材料的處理方面基本沿用固有方式，墻體使用的混凝土空心砌塊作框架填充墻，但修建厚度較小，忽略內外保溫層，造成熱損失較大。同時南向的部分窗墻比過大，氣密性差。對建筑空間構成較為滿意，家用能源的選擇根據家庭經濟及便利性為主導；居民對于太陽能的運用了解匱乏，多數為家中青年的介紹或鄰里的使用情況得知。

調研結果顯示，目前冬季采暖情況滿意度較高，方式大多選擇使用電能，其次是燃氣、煤氣、太陽能，太陽能使用率低。中青年人群對太陽能的認知多為通過媒體渠道，普遍認為拉薩適宜使用太陽能，使用太陽能產品可以節省開支、安全環保。在家用太陽能產品中使用最多的是太陽能熱水器，近乎達到90%。但是因前期成本、推廣力度、生活習慣等因素在冬季采暖時使用太陽能集熱器采暖的家庭較少。在家用太陽能產品選擇中主要為太陽能熱水器和太陽房，太陽能熱水器普遍能滿足居民的日常生活熱水需求，太陽房主要采用被動式太陽房，位置主要在一層門廊或二層露臺處，構造簡易。上述調研結果說明居住者已經逐步有意識通過太陽能能源來改善室內熱舒適性，具有發展的可行性。

4 拉薩市自建房中太陽能運用改善措施

基于本文上述對拉薩市自建房中太陽能的運用現狀分析發現，該地區的現狀有很大的提升改善空間。

（1）空間布局中應將對房間溫度需求高的空間如臥室、起居室等放置南向，對房間溫度需求低的空間如衛生間、佛堂等放置北向，盡量不設置室外樓梯間。在庭院中獨立的廚房、衛生間也應在南向開窗。朝向不變的情況下，宜將建筑物面寬增加，進深減小。

（2）適宜的陽光間既可以對房間進行采暖，又能減少房間的熱損失。直接受益式太陽房應在室內增加有效的貯熱體，在西藏被動式直接受益太陽房經熱工計算確定朝南透光面積與采暖房間地板的合理比值（在西藏約為1/4），取得最適合的日光量[5]。南向集熱窗的窗墻面積比應在50%左右。附加陽光間的南側采用玻璃等透光材料，與使用空間的公共面增加大于20%的開口，形成熱對流。陽光間進深不宜大于1.5m。陽光間的窗戶應有良好的密閉性能，氣密性等級宜>6級，建議優先選擇中空玻璃窗，傳熱系數≤2.5W/（m2·K），窗內加設加厚窗簾。

（3）該地區因晝夜溫差大，建筑的圍護結構應有良好的保溫隔熱性能，即提高室內環境舒適度，也是建筑節能設計的關鍵點。采用適宜的材料、技術和構造，可降低建筑能耗。目前，拉薩自建房修建時應利用建筑南向垂直的集熱蓄熱墻體或其他太陽能集熱部件吸收穿過玻璃或其他透光材料的太陽輻射熱。也可在外墻增加2cm保溫層，可選用擠塑聚苯板或巖棉等保溫材料，形成復合型墻體，較少熱損失。

（4）政府的大力支持是太陽能發展的關鍵，利用政策激勵作用推動百姓對太陽能能源的了解。政府應增加更多的渠道讓居民了解更多的太陽能能源優勢，增強居民的低碳減排意識。

5 結語

在建設新民居的過程中應吸取舊式民居的經驗，尤其是利用太陽能的經驗，建立被動式太陽房，在常規能源奇缺的西藏高原改善新式民居的人居環境[6]。可再生資源——太陽能是最適宜拉薩的清潔能源之一，設計者應主動利用建筑設計的方法和手段，使建筑能夠適應氣候，充分利用太陽能對建筑室內熱環境進行調控，減少能源消耗。本文通過對實地的調研分析得出的拉薩市自建房中太陽能的運用改善措施，可對于今后改建或新建的自建房提供參考，保證當地能源運用的可持續發展。