被动太阳能技术在建筑设计中的若干应用

于涌杰

摘 要：改革开放以来，随着我国政治经济水平的不断增长以及人们生活水平的大大提高，大到各个产业，小至每个家庭，对于能源的需求和消耗都与日俱增。能源作为人类生存和社会进步的物质基础，在人类文明进程中起着不可取代的关键作用。但是石油、煤炭等常规能源体系的过度开发将直接导致环境污染，从而对社会健康稳定发张造成不可逆转的严重影响。为了响应国家可持续发展的号召，清洁能源很好地解决了这一矛盾。而太阳能是常用并且理想的清洁能源之一。本文通过阐明被动太阳能技术的概念及分类，通过分析被动太阳能技术在建筑设计中应用的必然性以及应用原理，提出被动太阳能技术在建筑设计中的具体应用，旨在为建筑师，工程师，使用者和建筑使用者的读者理解被动太阳能理论，设计和运用策略提供一定理论基础。

关键词：被动太阳能技术 建筑 设计

引言

随着可持续发展理论的深入实施，可再生能源在能源资源中所占比重越来越大，其中，太阳能更是重中之重。与传统的化石燃料能源相比，太阳能优势颇多。太阳的辐射输出过程中，光子能量完全可以转换成人类需要的各种能源。通过将光能转换为电能，进而将电能转化为动能、热能等其它形式的能源。并且，由于太阳能巨大，其完全可以满足人类的生活和生产需求而不用担心太阳能耗尽。而太阳能技术又分為主动太阳能技术和被动太阳能技术，相较于主动太阳能技术，被动太阳能技术更加节省资源和成本。因此，研究被动太阳能技术在建筑设计中的若干应用对于社会节约资源，保障人类文明具有重要意义。

一、被动太阳能建筑的概念及分类

1、被动太阳能建筑的概念

“温室效应”是被动太阳能建筑最基本的工作原理，这就要求被动太阳能建筑的外围护结构具有较大的热阻，同时要求室内要有足够的重质材料，如砖石、混凝土，以保证房屋良好的蓄热性能[1]。

2、被动太阳能建筑的分类

按照采集太阳能的方式区分，被动太阳房可以分为以下三类：

2.1 直接受益式

该种太阳能建筑不需要格外安装多余的蓄热设备，设计简单，使用方便。具体来说，阳光通过较大面积的南向玻璃窗，直接照射到室内的地面墙壁和家具上，地面墙壁和家具所吸收来自太阳光的大部分热量，一部分以辐射、对流方式在室内空间传递，另一部分则导入蓄热体内，之后通过逐渐释放该热量，使房间在晚上和阴天也能保持一定温度。由于这种方式的太阳房，南窗面积较大，应配置保温窗帘，并要求窗扇的密封性能良好，以减少通过窗的热损失。

2.2 蓄热墙式

该种太阳能建筑利用南向垂直集热蓄热墙吸收穿过玻璃采光面的阳光，通过传导、辐射及对流的热传导方式，把热量送至室内。其中，集热蓄热堵的形式有：实体式集热蓄热墙，花格式集热蓄热墙，水墙式集热蓄热墙，相变材料集热蓄热墙，快速集热墙等[2]。

2.3 阳光间式

该种太阳能建筑需在房屋南侧附建阳光间，同时保证阳光间围护结构全部或部分由玻璃等透光材料构成。其工作原理如下：经过阳光照射，阳光间被加热，使得其内部温度始终高于外界环境温度，以保证白天时阳光间通过对流风口为整间屋子供热，夜晚时作为缓冲区，以减少房间的热损失。

2.4 屋顶池式

该种太阳能建筑与阳光间式原理相似，不同之处在于其将阳光间替换成装满水的密封塑料袋，置于屋顶顶棚之上，同时在其上设置可水平推拉开闭的保温盖板。冬季白天时，打开保温盖板，水袋通过充分吸收太阳辐射热储存能量，并通过辐射和对流传至下面房间。夜晚时则关闭保温盖板，以防止热量散失。而夏天则刚好相反，白天时，关闭保温盖板，同时使用较凉的水袋吸收下面房间的热量，使室温下降。这也是该类型太阳能建筑相较于阳光间式的最大优势。

二、被动太阳能技术在建筑设计中的若干应用

1、被动太阳能技术在建筑设计中应用的必然性

能源是最为重要的物质资源之一，对人类社会生存和进步起着至关重要的作用，可以说人类历史正是在人类对资源的不断获取和使用中发展的。但是，在全球化经济水平不断提升，世界化人类文明不断进步的同时，我们不能忽视资源的严重浪费，温室气体的过度排放，能源的严重短缺等一系列人类制约发展进步的现实问题。就我国目前而言，虽然能源资源总量比较可观，但是由于我国人口众多，导致人均能源占有量低；并且由于我国地域辽阔，导致能源资源地域分布严重不均匀；同时由于资源聚集地地质开采条件比较差[3]。开采设备以及技术落后等原因，导致能源资源开采困难。以上种种现状表明，如果不及时对所出现的能源问题提出重视并加以解决，一定会产生不可逆转的严重后果。太阳能作为自然界最丰富的洁净能源，是实现可持续发展的重要保障。而我国地域辽阔，太阳能资源丰富，是我国可再生能源的首选。

2、被动太阳能技术在建筑设计中应用原理

建筑业作为经济发展的支柱产业，同时也是消耗能源较多的行业。随着人民生活水平的提高，其对房屋住宅的要求也越来越高。房屋住宅不在仅仅是一个遮风避雨的场所，更是体现居住者兴趣爱好，展现居住者生活品质的重要途径。充分利用绿色能源、尽可能减少建筑中的能源消耗，在保护环境的根本前提下，因地制宜，大力发展绿色建筑。

2.1 将绿色建筑理念铭记于心

中国建设部将绿色建筑定义为：为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作和体闲的空间，同时在建筑整个生命周期中基于高效率地利用资源，最低限度地影响环境的建筑物[4]。绿色建筑是当代的可持续建筑，可以说，绿色建筑是可持续发展重要保障。对于设计者来说，从建筑设计之初就应将绿色建筑理念铭记于心，在保证美观实用的前提下，最大限度地应用被动太阳能技术；对于建筑者来说，要严格按照设计者的绿色建筑理念执行绿色建筑工作；而对于房屋居住者来说，应从思想根本上接受绿色建筑理念。

2.2 依据相应法律法规，大力推行被动太阳能技术

为积极响应国家对于可持续发展的号召，大力推行被动太阳能技术成为重中之重。被动太阳能技术的实行不能异想天开，不能任意妄为，必须根据国家已经颁布或者制定的相应法律法规，按照要求进行。

2.3 结合建筑地实际情况，因地制宜

建筑设计中应结合建筑地的实际情况，因地制宜，选择合适的被动太阳能建筑类型，以保证用资源的合理利用。同时，对于被动太阳能建筑类型的选择，除了考虑当地的地形因素外，还应考虑到当地的季节、天气以及环境因素，居住者的喜好也是考虑的重要内容之一。

三、结束语

在能源急剧短缺和环境污染日益严重的全球化大形势条件下，现代生态建筑逐渐成为未来建筑的主要趋势。太阳能由于其能量巨大，经济效益高等优势，在建筑设计中日益受到重视。其中，被动太阳能技术更是受到越来越多的设计者、建筑者以及使用者的青睐。我们有理由相信，未来被动太阳能技术将会成为所有建筑设计的出发点。

参考文献

[1]清华大学建筑学院，清华大学建筑设计研究院.建筑设计的生态策略.北京：中国计划出版社，2001.

[2]北京市建筑设计标准化办公室.公共建筑节能设计标准.北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3]庄贵阳，陈迎.国际气候制度与中国.北京：中国社会科学院可持续发展研究中心，2005.

[4]秦永丽.被动太阳能利用在绿色建筑设计中的应用.襄阳币水利规划设计院.