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太陽能住宅建筑設(shè)計研究論文
摘要：隨著我國建筑科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種較為先進(jìn)的技術(shù)在建筑行業(yè)中不斷運用，從而我國的建筑行業(yè)不斷發(fā)展。在發(fā)展的過程當(dāng)中，人們逐漸認(rèn)識到太陽能在住宅中的主要作用，現(xiàn)階段已經(jīng)有許多專家學(xué)者對太陽能住宅進(jìn)行了研究，在本文當(dāng)中，筆者闡述了在太陽能住宅中較為常見的幾種常見構(gòu)造與節(jié)能措施，并分析研究了太陽能住宅建筑設(shè)計中的建筑物體型“朝向”主導(dǎo)風(fēng)向等因素對太陽能住宅能耗的影響。
關(guān)鍵詞：太陽能；住宅；建筑一體化；設(shè)計論文
一、引言
現(xiàn)階段我國正面臨著新常態(tài)經(jīng)濟(jì)，在這樣的經(jīng)濟(jì)背景下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個重要任務(wù)。在建筑行業(yè)當(dāng)中，充分發(fā)揮太陽能在冬季采暖中的運用能夠有效降低燃料的使用，對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與環(huán)境的改善都有著重要的作用。特別是在我國北方地區(qū)，每年的暖氣需要消耗掉大量的燃料。因此，加強(qiáng)對太陽能的利用就有著更加重要的意義。同時對于改善居住空間，提升室內(nèi)居住環(huán)境也有著重要的作用。所謂太陽能建筑的設(shè)計就是在建筑的規(guī)劃設(shè)計階段就充分考慮太陽能，將太陽能的利用納入到設(shè)計當(dāng)中去，并經(jīng)過施工驗收等程序之后進(jìn)入實際的運用當(dāng)中。從本質(zhì)上來看，太陽能建筑的設(shè)計是綜合考慮多個方面的最合理方案，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的最大化與環(huán)境的最優(yōu)組合。
二、被動式太陽能住宅的設(shè)計
太陽能住宅獲取太陽能的方式是盡量避免使用過于復(fù)雜的技術(shù)將整個住宅設(shè)計成一個太陽能集熱器。太陽能住宅被分為主動式太陽能住宅與被動式太陽能住宅。主動式太陽能住宅需要增加各種輔助設(shè)備。而被動式太陽能住宅基本不需要相關(guān)的輔助設(shè)備，因此被動式太陽能住宅是當(dāng)前太陽能住宅研究的主要內(nèi)容。被動式太陽能住宅的設(shè)計主要需要采用以下的構(gòu)造措施。
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在住宅當(dāng)中，窗戶是人們獲取自然光與空氣的一個重要途徑，在建筑技術(shù)的發(fā)展過程當(dāng)中，玻璃的利用是一個較為重要的發(fā)明，通過玻璃太陽光能夠照射進(jìn)室內(nèi)，其所富含的熱量能夠被吸附在室內(nèi)的物體當(dāng)中。而這些物體所釋放出來的的光則為長波光，并不能穿過玻璃進(jìn)入室外，這就是得室內(nèi)能夠獲取一定的熱源。因此，在現(xiàn)階段被動式采暖當(dāng)中，集熱窗有著非常重要的作用。在建筑節(jié)能設(shè)計當(dāng)中，我們一般采用傳熱系數(shù)來表示窗戶的傳熱性能。傳熱系數(shù)越小說明窗戶的保溫隔熱效果越好。當(dāng)前，一般在窗戶玻璃上附加一層薄膜來增加窗戶的節(jié)能效果，這種玻璃被稱為Low-E玻璃。在夏季中，這種玻璃可以使得室外的高溫不向室內(nèi)傳導(dǎo)，從而降低空調(diào)費用。而在冬季，這種玻璃可以將大部分的光照反射會室內(nèi)，從而增加保溫效果。
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在將進(jìn)行太陽能住宅的設(shè)計當(dāng)中，可以將住宅南邊的維護(hù)墻體設(shè)計成勃朗特墻。所謂的特朗博墻是指將建筑南邊的外墻外表面涂成黑色，并再加蓋一層吸熱板，最外面覆蓋一層單層或者雙層的玻璃。太陽光通過玻璃被吸附在玻璃與墻體之間，并通過熱傳導(dǎo)向室內(nèi)傳輸，這種方式可以在很大程度上增強(qiáng)建筑的整體保溫隔熱效應(yīng)。在傳熱方式上，特朗博墻還分為有通風(fēng)口和無通風(fēng)口兩種。研究表明，特朗博墻是否設(shè)置通風(fēng)口，對集熱效率有很大影響，有通風(fēng)口的集熱效率比無通風(fēng)口的高很多。
（三）附加陽光間
附加陽光間在被動式太陽能住宅的設(shè)計當(dāng)中是一種變通的做法，通過附加陽光間，可以利用能夠直接獲取太陽能的房間實現(xiàn)對溫差變化較大的房間的調(diào)節(jié)。溫度較高的空氣可以用來加熱相鄰的房間，還可以存儲起來待沒有太陽光照時使用。附加陽光房既可以是建筑的一個房間，也可以作為一個獨立的建筑組成部分。在實際的使用過程當(dāng)中，最簡單的附加陽光房就是帶有大面積落地窗的房間，由于大面積落地窗的存在從而可以使得該房間獲取較多的太陽能，但是可以通過儲能設(shè)備來條件房間的溫差，減小溫度的波動。
三、被動式太陽能住宅的體型與朝向
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從熱力學(xué)角度來說，建筑的外表面積與建筑的能耗是呈正相關(guān)的關(guān)系。但是在太陽能的利用上，太陽能集熱設(shè)備在接受太陽輻射的同時也會向外擴(kuò)散一定的熱量，因此在實際的設(shè)計過程當(dāng)中，就必須要進(jìn)行熱工計算，進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計。例如可以增加玻璃的層數(shù)以及在活動部位增加活動保溫裝置，使得集熱裝置所獲得的能量大于所散失的熱量，從而可以補(bǔ)償住宅整體的采暖負(fù)荷。假定在住宅建筑當(dāng)中，南邊墻是作為集熱面積，而其他墻體則是進(jìn)行散熱的，同時地面也會散熱，但是相比墻體來說，地面的散熱效率并不是很高，最多只能占墻體的30%，我們用外表面面積系數(shù)（南邊墻體面積與建筑外表面面積之和的比值）來描述住宅對太陽能的利用效率。表示南墻的表面積；A2表示外表面面積；L表示住宅的長度；B表示住宅的寬度；H表示住宅的高度。住宅的外表面面積系數(shù)越小說明建筑對太陽能的利用效率越高，從上面的公式中我們可以發(fā)現(xiàn)，住宅建筑對太陽能利用效率最高的體型應(yīng)該是寬扁型建筑形式，同時面朝南邊，建筑的高度越高其外表明面積系數(shù)越小，因此，在太陽能住宅的設(shè)計中，應(yīng)該盡量采用層數(shù)較高的住宅。
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在沒有遮擋的情況下，住宅所獲得的太陽能與建筑的朝向有著重要的關(guān)系。在進(jìn)行建筑物的朝向選擇時需要考慮許多因素。但是應(yīng)該遵循的一個重要原則就是在夏季盡可能的少光照，冬季盡可能的多光照，從全國范圍來看，朝南的住宅是較為常見的朝向。但是在實際的設(shè)計過程當(dāng)中，往往并不一定能獲取南朝向。因此，在設(shè)計過程當(dāng)中應(yīng)該充分結(jié)合實際情況進(jìn)行設(shè)計。既要滿足一般住宅建筑根據(jù)日照時間、日照面積等要求選擇朝向的標(biāo)準(zhǔn)，又要滿足太陽能建筑利用太陽輻射的要求。
四、結(jié)語
在當(dāng)前的住宅設(shè)計當(dāng)中，將太陽能設(shè)計納入到設(shè)計整體當(dāng)中去，對提高能源的利用有著重要的作用。在本文當(dāng)中，筆者從理論較多分析了太陽能住宅建筑設(shè)計的相關(guān)思路，希望能對早日實現(xiàn)太陽能住宅建筑的一體化設(shè)計有所幫助。
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