探析拉萨市自建住房中的太阳能运用

姜运豪

（西藏自治区建筑勘察设计院，西藏 拉萨 850000）

0 引言

拉萨市具备太阳能、电能（水电、光电）、地热能、空气能等多能互补的综合能源供应体系。在碳中和、碳达峰的大背景下，并结合能源供给情况综合分析，拉萨市清洁能源推荐优先采用的形式为太阳能，充分利用和开发太阳能能源将成为必然趋势。

不同地形、气候特征、自然资源使人们选择了不同的建筑技术方式，也由此产生了特色鲜明的建筑形式和风格[1]。目前，因特殊的气候和传统居住模式等因素的影响，拉萨市在老城区及周边地区仍有大量自建房。在建设美丽幸福新西藏的道路上，人们对居住舒适性的需求不断增加，在住房的功能布局、建筑材料、建筑色彩、造型设计、建筑结构等方面的设计都在结合新时代的发展而改变。在拥有大量太阳能资源的拉萨，当地居民在修建自建房时，开始有意识的通过太阳能改善室内热环境，减少能源消耗，提升居住空间的舒适性。本文通过调研分析在已有自建房对太阳能的运用基础上提出具有实际操作意义的可行性设计策略。

1 拉萨市气候特征概述

拉萨市地处喜马拉雅山脉北侧，受下沉气流的影响，全年多晴朗天气，降雨稀少，冬无严寒，夏无酷暑，属高原温带半干旱季风气候，处于我国建筑气候区划的第Ⅵ建筑气候区，建筑热工气候分区的寒冷气候区。历史最高气温29.6℃，最低气温零下16.5℃，年平均气温7.4℃，气温年较差小而日较差大。年降水量为200~510mm，集中在6—9月份，多夜雨，称为雨季。太阳辐射强烈，空气稀薄，气温偏低，昼夜温差较大，冬春寒冷干燥且多风。拉萨市平均海拔3658m，位于北纬29°67′，东经91°13′，日照时间在3000h以上，素有“日光城”的美誉。

2 拉萨市气候设计分析

2.1 气候控制分析

利用Climate Consultant软件，结合西藏自治区气象局查询的拉萨市气候数据，分析得到拉萨市的焓湿图，其中设计需求值占比分别为热舒适区域5.1%、遮阳设计4.5%、室内得热24.2%、被动式太阳能得热—低蓄热25.9%、被动式太阳能得热—高蓄热26.2%、供暖，必要时加湿38.4%。模拟采用软件默认条件，即静坐状态，也由此得出拉萨市气候调节分析，如表1所示。

由表1可以知道，拉萨市冬季时间长、温度较低，夏季时间段，温度适宜，全年有94.9%的时间需要进行采暖，其中传统采暖的时效占42.8%，而太阳能采暖的时效占52.1%，全年中只有5.1%的时间是舒适的。可通过上述数据根据有效时间比判断各设计策略的有效性和重要性，选择适宜的设计方法[2]。自建房作为居住用房，在考虑气候设计时，应充分满足防寒、保温、防冻的要求，结合拉萨市充足的太阳能能源，做出相应的节能措施。因而解决室内的热舒适问题需要考虑主动式太阳能与被动式太阳能相结合的设计策略。

表1 拉萨市气候调节分析

2.2 拉萨市太阳辐射分析

拉萨市大部分地区年日照时数大于6h的天数有250~300d，春季日照时数大于6h的天数有70~80d，夏季日照时数大于6h的天数有60~70d，秋季日照时数大于6h的天数有70~80d，冬季日照时数大于6h的天数有70d以上，就太阳能资源稳定度来看，拉萨市属于稳定状态[3]。太阳能是一种无污染可再生的绿色能源，拉萨市属于太阳能资源非常丰富的地区[4]，同时冬季时间长且寒冷，应合理利用太阳能资源。根据《西藏自治区民用建筑节能设计标准》（DBJ 54001—2016）中太阳辐射的数据进行分析，了解一年中每月的太阳辐射的分布状况。可看出一年中月平均总辐射量强度呈倒“V”型折线，其中最低值分别是12月的2929W/m2和1月的3253W/m2，最大值为6月的5127W/m2，可见辐射强度较高。太阳辐射是建筑的一个主要热源，有效的利用太阳能成为改善热舒适环境的主要途径。拉萨市自建房应合理利用丰富的太阳能进行采暖，可有效的提高冬季室内温度，改善室内的热舒适度，这是该地区的能源优势。

3 拉萨市自建房中太阳能运用现状

3.1 自建房基本情况

在地域特色明显的拉萨市，受到文化信仰、气候环境、生活习惯、材料技术等诸多因素的影响，本地居民的居住模式具有独特的地域性。年代较久的旧式民居多为单层，基本上坐北朝南，层高较低，约为2.6m，室内跨度小，南向开窗大，北向不开或开小窗，利于室内的保暖。空间布局较单一，南向为主要空间，北向为辅助空间，多呈长方形或方形院落式布置。墙体和屋面多用夯土，同时建筑构件及色彩有浓郁的藏式特色。随着时代的发展，拉萨民居修建时也不断的改变，年代较近的新式自建房沿用了传统民居的部分优势，朝向不变。

开窗方式不变，层数多为2~4层，层高增加至3.0m左右。因建筑材料和施工技术的进步，墙体多用空心砌块砖筑240mm，屋面现浇150mm的钢筋混凝土屋面板，但基本不做保温层。总体自建房的体形系数较小，均符合《西藏自治区民用建筑节能设计标准》（DBJ 54001—2016）中的建筑体形系数限值要求。在提高热舒适性时，多考虑了太阳房设计，即直接受益式阳光间或附加阳光间，不足在于窗户气密性较差，多数使用铝合金单层窗导致热量流失快。

3.2 实地调研分析

根据拉萨市自建房的分布情况，实地调研位置主要选择在东郊、北郊及城中区域。为了进一步掌握拉萨市自建房中太阳能的运用情况，采用实地调查测绘与发放问卷的方式，对区域自建房现状进行调查。实地调查测绘是在自建房相对聚集的区域根据不同的特点而选取的住房了解具体的修建时间、布局、结构、构造、太阳能使用情况等。问卷调查方式主要分为社会调查法与抽样访谈调查法，本文采用上述两种调查相结合的方式，对拉萨市自建房中太阳能的运用现状进行调查。调查方式与调查内容如表2所示。

表2 拉萨市自建房中太阳能的运用现状

通过上述的调查方式与调查内容，分析得出的拉萨市自建房中太阳能的运用现状如下。

抽样选取的自建房均为2~3层的独栋民居，家庭人员结构多数为三代同堂，修建时间在2000—2020年期间，所有朝向均朝南向。在施工技术、建筑材料的处理方面基本沿用固有方式，墙体使用的混凝土空心砌块作框架填充墙，但修建厚度较小，忽略内外保温层，造成热损失较大。同时南向的部分窗墙比过大，气密性差。对建筑空间构成较为满意，家用能源的选择根据家庭经济及便利性为主导；居民对于太阳能的运用了解匮乏，多数为家中青年的介绍或邻里的使用情况得知。

调研结果显示，目前冬季采暖情况满意度较高，方式大多选择使用电能，其次是燃气、煤气、太阳能，太阳能使用率低。中青年人群对太阳能的认知多为通过媒体渠道，普遍认为拉萨适宜使用太阳能，使用太阳能产品可以节省开支、安全环保。在家用太阳能产品中使用最多的是太阳能热水器，近乎达到90%。但是因前期成本、推广力度、生活习惯等因素在冬季采暖时使用太阳能集热器采暖的家庭较少。在家用太阳能产品选择中主要为太阳能热水器和太阳房，太阳能热水器普遍能满足居民的日常生活热水需求，太阳房主要采用被动式太阳房，位置主要在一层门廊或二层露台处，构造简易。上述调研结果说明居住者已经逐步有意识通过太阳能能源来改善室内热舒适性，具有发展的可行性。

4 拉萨市自建房中太阳能运用改善措施

基于本文上述对拉萨市自建房中太阳能的运用现状分析发现，该地区的现状有很大的提升改善空间。

（1）空间布局中应将对房间温度需求高的空间如卧室、起居室等放置南向，对房间温度需求低的空间如卫生间、佛堂等放置北向，尽量不设置室外楼梯间。在庭院中独立的厨房、卫生间也应在南向开窗。朝向不变的情况下，宜将建筑物面宽增加，进深减小。

（2）适宜的阳光间既可以对房间进行采暖，又能减少房间的热损失。直接受益式太阳房应在室内增加有效的贮热体，在西藏被动式直接受益太阳房经热工计算确定朝南透光面积与采暖房间地板的合理比值（在西藏约为1/4），取得最适合的日光量[5]。南向集热窗的窗墙面积比应在50%左右。附加阳光间的南侧采用玻璃等透光材料，与使用空间的公共面增加大于20%的开口，形成热对流。阳光间进深不宜大于1.5m。阳光间的窗户应有良好的密闭性能，气密性等级宜>6级，建议优先选择中空玻璃窗，传热系数≤2.5W/（m2·K），窗内加设加厚窗帘。

（3）该地区因昼夜温差大，建筑的围护结构应有良好的保温隔热性能，即提高室内环境舒适度，也是建筑节能设计的关键点。采用适宜的材料、技术和构造，可降低建筑能耗。目前，拉萨自建房修建时应利用建筑南向垂直的集热蓄热墙体或其他太阳能集热部件吸收穿过玻璃或其他透光材料的太阳辐射热。也可在外墙增加2cm保温层，可选用挤塑聚苯板或岩棉等保温材料，形成复合型墙体，较少热损失。

（4）政府的大力支持是太阳能发展的关键，利用政策激励作用推动百姓对太阳能能源的了解。政府应增加更多的渠道让居民了解更多的太阳能能源优势，增强居民的低碳减排意识。

5 结语

在建设新民居的过程中应吸取旧式民居的经验，尤其是利用太阳能的经验，建立被动式太阳房，在常规能源奇缺的西藏高原改善新式民居的人居环境[6]。可再生资源——太阳能是最适宜拉萨的清洁能源之一，设计者应主动利用建筑设计的方法和手段，使建筑能够适应气候，充分利用太阳能对建筑室内热环境进行调控，减少能源消耗。本文通过对实地的调研分析得出的拉萨市自建房中太阳能的运用改善措施，可对于今后改建或新建的自建房提供参考，保证当地能源运用的可持续发展。