多空间被动式太阳能采暖建筑热工设计

2019-01-24崔文海

智能城市 2019年8期

崔文海

（北京市京精大房监理公司，北京 100000）

1 太阳能资源区划

1.1 区划依据

对某一地区长时间稳定的自然条件进行评判，判断其是否符合被动式太阳能采暖所需的要求，在判断过程中，参与人员主要考量当地实际的室外气温、太阳辐射量来进行衡定。室外温度越高，太阳辐射量越大，就越利于采用太阳能采暖的方式。对采暖期月数，入射在南墙面的太阳总辐射月平均日辐照量等因素进行考虑，能够得到准确的综合气象因素SDM。为了避免在计算过程中受到不同季节的影响，要避免长短不同，统一将采暖期归为12月、次年1月、次年2月，此规范是用来排除不同区域的温度变化情况不统一所造成的数据选择困难。方便相关数据的采集和后续分析的信息。

1.2 太阳能资源区域划分

根据以上的计算结果，我国常见的太阳能采暖区域分级，可分为四档，分别为一区：最佳区，2区：次佳区，3区：适宜区，4区：次适宜区。不同区域的划分是根据SDM数值来进行确定的。SDM数值大于25%为最佳区域，处于20～25区间范围内为第2区。数值介于15～20之间为第3区，数值介于12～15之间为第4区。

在4种区域的划分中，第4区的采暖条件最差，为了能够满足被动式太阳房优化设计软件中，对于房间热性能功能模块数据的输入要求，工作人员需要将4个区域的不同气象参数，统一编订成气象资料数据库，供软件在计算分析过程中使用，用户只需要将相应的地区代码输入至系统内，系统就会自动从数据库中调取相关区域已录入的气象参数，并进行后续的分析。

2 被动式太阳房优化软件

2.1 建筑设计方案

被动式采暖太阳房需满足建筑物自身的质量要求，同时，又要能够满足太阳能采暖所需的客观条件，在实际使用过程中，对于外部气候变化较为敏感，在使用和设计过程中需要考虑到居住者的生活习惯、使用方式、经济水平以及当地自然条件的变化趋势来进行综合考虑，得出最终的设计方案。在设计时，既要考虑到房屋的建筑使用功能，同时，也要考虑到居住者的使用舒适度。并且要对外部自然环境变化留有一定的余地，来应对特殊条件下的环境变化情况。

之前的十年发展过程中，大部分被动式采暖太阳房的示范工程都是以理论计算和模拟试验来作为数据输出基础，根据当地实际建设条件，经过实测来证明计算结果的准确性和真实性。为了确保整个系统能够在更多地区进行使用，软件设计人员参考了我国华北、西北、东北地区的不同示范房使用方案，并对其最终的使用效果进行数据收集和整理。在使用内容上也进行了细分，将实际使用环境分为公共建筑类、居住类、校舍类、单层、多层等不同使用环境。通过分析不同使用环境中的效果差异，来判断影响因素，并不断优化软件的数据准确性，让系统能够不断细化不同使用环境中所需考虑参数的侧重点，达到更好的实际指导效果。例如，对于宿舍类建筑，其使用主要是要求在早晨能够进行较快的升温，而在白天的其余时间，由于学习外出，对于建筑物内部的采暖要求不高。总结下来就是需要在早上的时间区间内，能够控制好采暖速度，而对于其余时间则没有更多要求。对于公共建筑来说，其使用的高峰期在中午和下午时段，由于晚上和早晨没有太多的使用需求，所以其侧重点应该集中在中午和下午时段。而且诸如宿舍一类的建筑物，除了对采暖有要求之外，还需要能够提供一个有充足阳光的活动空间，住宅类建筑同样也有这样的要求，但是其使用的区间与宿舍不同，根据相同点和侧重点，软件需要对不同的使用内容和参数进行调整匹配，使其能够正确运用于每一种不同使用功能的建筑物内部。针对宿舍和住宅区，一般采用的是对流环路式集热墙。

根据集热部件的太阳能供热量和集热部件表面接受太阳辐射量的比就可以得出该地区的普遍集热效率。在气温较低的严寒地区及热效率较低，不宜采用阳光间和集热墙的方式。

2.2 优化热工设计参数

被动式采暖太阳房具体的设计过程所要考虑的参数可分为单体及热部件和综合设计参数。前者考虑的主要是阳光间的具体尺寸以及吸热墙体的夹层间距、通风口尺寸和规格。而后者更多考虑的是收益面积、占南墙面积的比例、集热墙的具体面积和围护结构。

根据对不同地区太阳房的实际使用效果进行总结和归纳再进行研究后，得出了以下结论。

在房屋的东西端墙不适合开窗、太阳间的集热面墙倾斜角度在90°的情况下能够达成最好的效果，阳光间透光面取建筑结构允许条件下的最大值，阳光间与相邻房间之间公共墙门窗的开孔率不宜小于12%。

软件通过对太阳方常规能源采暖月辅助热量和实际采暖所需的月份长度进行计算，即可以得出常规太阳房常规能源采暖的辅助热量。集热墙太阳房与常规太阳房相比，在计算参数上有所区别。通过对南墙面积进行测算，得出集热墙的太阳能供暖率和直接受益窗的太阳能供暖率，可以得知集热墙太阳房的采暖年辅助量。在实际的设计过程中，不同构件的尺寸规格，都会对最终产生的成本有较大的影响，所以设计师要在满足当地实际使用需求的情况下，对其参数进行反复商榷，确保太阳房使用效果良好，并且对成本投入进行控制，减少不必要的资源投入，造成资源浪费。

2.3 设计注意事项

根据以上研究结果，编制人员又对计算软件进行了重新地优化，软件的具体运算过程如下：首先工作人员开启软件并打开计算指令输入房间的具体面积尺寸，以及墙体屋顶、地面等面积的具体单位增造价，选择不同地区并确定系统数据库中对于该区域的气象参数数据储存是否与真实情况相符，对建筑物的尺寸进行输入。选择集热墙面积、窗面积、南墙面积，确定相关数值之后，进行下一步运算，软件通过自动计算可以得出太阳能热负荷比，从而得出太阳能供暖率和太阳房采暖辅助热量，相关计算结果会直接显示在后续的界面中。在计算过程中，操作人员可以根据实际情况，对集热墙面积、南墙面积、窗面积等具体的参数进行修改，系统会依照修改的参数进行重新计算。为了保证计算结果的最终准确。要求集热墙与南墙面积之比、围护结构传热系数以及上述墙体具体的面积要应用到指导实际设计的过程中，设计人员按照优化过后的结果，在软件中建立相应的模型，使数据参数优化能够直接与模型构造联系起来，得出更加直观的效果。