太阳能住宅建筑设计研究

随着我国建筑科学技术的不断发展，各种较为先进的技术在建筑行业中不断运用，从而我国的建筑行业不断发展。在发展的过程当中，人们逐渐认识到太阳能在住宅中的主要作用，现阶段已经有许多专家学者对太阳能住宅进行了研究，在本文当中，笔者阐述了在太阳能住宅中较为常见的几种常见构造与节能措施，并分析研究了太阳能住宅建筑设计中的建筑物体型“朝向”主导风向等因素对太阳能住宅能耗的影响。

一、引言

现阶段我国正面临着新常态经济，在这样的经济背景下，产业结构调整是现阶段经济发展的一个重要任务。在建筑行业当中，充分发挥太阳能在冬季采暖中的运用能够有效降低燃料的使用，对经济的发展与环境的改善都有着重要的作用。特别是在我国北方地区，每年的暖气需要消耗掉大量的燃料。

因此，加强对太阳能的利用就有着更加重要的意义。同时对于改善居住空间，提升室内居住环境也有着重要的作用。所谓太阳能建筑的设计就是在建筑的规划设计阶段就充分考虑太阳能，将太阳能的利用纳入到设计当中去，并经过施工验收等程序之后进入实际的运用当中。从本质上来看，太阳能建筑的设计是综合考虑多个方面的最合理方案，实现了经济效益的最大化与环境的最优组合。

二、被动式太阳能住宅的设计

太阳能住宅获取太阳能的方式是尽量避免使用过于复杂的技术将整个住宅设计成一个太阳能集热器。太阳能住宅被分为主动式太阳能住宅与被动式太阳能住宅。主动式太阳能住宅需要增加各种辅助设备。而被动式太阳能住宅基本不需要相关的辅助设备，因此被动式太阳能住宅是当前太阳能住宅研究的主要内容。被动式太阳能住宅的设计主要需要采用以下的构造措施。

（一）直接收益窗

在住宅当中，窗户是人们获取自然光与空气的一个重要途径，在建筑技术的发展过程当中，玻璃的利用是一个较为重要的发明，通过玻璃太阳光能够照射进室内，其所富含的热量能够被吸附在室内的物体当中。而这些物体所释放出来的的光则为长波光，并不能穿过玻璃进入室外，这就是得室内能够获取一定的热源。

因此，在现阶段被动式采暖当中，集热窗有着非常重要的作用。在建筑节能设计当中，我们一般采用传热系数来表示窗户的传热性能。传热系数越小说明窗户的保温隔热效果越好。当前，一般在窗户玻璃上附加一层薄膜来增加窗户的节能效果，这种玻璃被称为Low-E玻璃。在夏季中，这种玻璃可以使得室外的高温不向室内传导，从而降低空调费用。而在冬季，这种玻璃可以将大部分的光照反射会室内，从而增加保温效果。

（二）特朗博墙

在将进行太阳能住宅的设计当中，可以将住宅南边的维护墙体设计成勃朗特墙。所谓的特朗博墙是指将建筑南边的外墙外表面涂成黑色，并再加盖一层吸热板，最外面覆盖一层单层或者双层的玻璃。太阳光通过玻璃被吸附在玻璃与墙体之间，并通过热传导向室内传输，这种方式可以在很大程度上增强建筑的整体保温隔热效应。在传热方式上，特朗博墙还分为有通风口和无通风口两种。研究表明，特朗博墙是否设置通风口，对集热效率有很大影响，有通风口的集热效率比无通风口的高很多。

（三）附加阳光间

附加阳光间在被动式太阳能住宅的设计当中是一种变通的做法，通过附加阳光间，可以利用能够直接获取太阳能的房间实现对温差变化较大的房间的调节。温度较高的空气可以用来加热相邻的房间，还可以存储起来待没有太阳光照时使用。附加阳光房既可以是建筑的一个房间，也可以作为一个独立的建筑组成部分。在实际的使用过程当中，最简单的附加阳光房就是带有大面积落地窗的房间，由于大面积落地窗的存在从而可以使得该房间获取较多的太阳能，但是可以通过储能设备来条件房间的温差，减小温度的波动。

三、被动式太阳能住宅的体型与朝向

（一）太阳能住宅的体型

从热力学角度来说，建筑的外表面积与建筑的能耗是呈正相关的关系。但是在太阳能的利用上，太阳能集热设备在接受太阳辐射的同时也会向外扩散一定的热量，因此在实际的设计过程当中，就必须要进行热工计算，进行科学的设计。例如可以增加玻璃的层数以及在活动部位增加活动保温装置，使得集热装置所获得的能量大于所散失的热量，从而可以补偿住宅整体的采暖负荷。

假定在住宅建筑当中，南边墙是作为集热面积，而其他墙体则是进行散热的，同时地面也会散热，但是相比墙体来说，地面的散热效率并不是很高，最多只能占墙体的30%，我们用外表面面积系数（南边墙体面积与建筑外表面面积之和的比值）来描述住宅对太阳能的利用效率。表示南墙的表面积；A2表示外表面面积；L表示住宅的长度；B表示住宅的宽度；H表示住宅的高度。住宅的外表面面积系数越小说明建筑对太阳能的利用效率越高，从上面的公式中我们可以发现，住宅建筑对太阳能利用效率最高的体型应该是宽扁型建筑形式，同时面朝南边，建筑的高度越高其外表明面积系数越小，因此，在太阳能住宅的设计中，应该尽量采用层数较高的住宅。

（二）太阳能住宅的朝向

在没有遮挡的情况下，住宅所获得的太阳能与建筑的朝向有着重要的关系。在进行建筑物的朝向选择时需要考虑许多因素。但是应该遵循的一个重要原则就是在夏季尽可能的少光照，冬季尽可能的多光照，从全国范围来看，朝南的住宅是较为常见的朝向。但是在实际的设计过程当中，往往并不一定能获取南朝向。因此，在设计过程当中应该充分结合实际情况进行设计。既要满足一般住宅建筑根据日照时间、日照面积等要求选择朝向的标准，又要满足太阳能建筑利用太阳辐射的要求。

在当前的住宅设计当中，将太阳能设计纳入到设计整体当中去，对提高能源的利用有着重要的作用。在本文当中，笔者从理论较多分析了太阳能住宅建筑设计的相关思路，希望能对早日实现太阳能住宅建筑的一体化设计有所帮助。

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