主被动式太阳能建筑Word文档格式.docx
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KEYWORDS：
Passive；
Solarbuilding;
Architectureart；
Structure；
Energysaving
提纲：
摘要
序言
一、背景
1.1人类面临的危机
1.2中国太阳能建筑的出现
1.3国内太阳能建筑的发展历程
1.4国内太阳能建筑利用现状分析
二、被动式太阳能建筑形式
2.1直接式
2.2蓄热墙式
2.3阳光间式
2.4蓄热屋顶式
2.5组合式
三、实例分析
3.1旧式办公房改造成太阳能建筑
3.2节能小住宅
结语
参考文献
致谢
序言：
21世纪，节能和可持续发展是建筑设计的重要趋势。
我国是常规能源缺乏国家，据统计，煤炭，石油，天然气的储量分别为世界平均水平的50％，11％,4.5％。
在未来的几十年里，会出现能源枯竭，形势刻不容缓。
然而我国的太阳能资源却十分丰富。
我国陆地面积每年接受的太阳辐射总量在3.3×
10³
~8×
kj/（㎡.a）之间，相当于2.4×
亿标准煤。
全球能源调查报告显示，每年的建筑能耗约占总能耗的30％~40％。
采取合理的结构设计和利用新技术，新设备来优化建筑设计，是未来建筑节能最主要的两种手段。
太阳能建筑是利用太阳光来照明，取暖和制冷，以尽可能地减少常规能源的消耗为目的。
太阳能建筑一般分为主动式和被动式两种，主动式太阳能建筑依靠集热器获取太阳能，再通过一定的设备产生热量或冷量，被动式太阳能建筑利用太阳能提供室内供热吗，而无需其他机械装置提供能源，被动式太阳能系统依靠传导、对流、和辐射等自然热转换的过程，实现对太阳能得收集、储藏、分配和控制太阳能热量的方法，属于建筑设计的优化。
被动式太阳能建筑主要通过建筑物的布置，内外造型，构造及材料的选择有效的采集，储存和分配太阳能，使建筑物具有温暖，明亮的环境。
被动式太阳能建筑与一般建筑没有绝对界限，只是利用太阳能的多少，节约效益存在高低而已。
一、背景
1、人类面临的危机
人类面临的三大危机随时爆发。
由于全球人口的急剧增长和经济的高速发展，进入二十一世纪，人类面临石油，
粮食和环境三大危机。
治理环境污染，发展绿色经济成为全球共识。
争夺石油等资源成为欧美发达国家对外驻兵的借口；
发展新能源以成为各国政府，特别是发达国家的战略国策。
太阳能的利用首先开启了人类的太空之旅，然后随着太阳能技术的民用化——太阳能供热和供电技术的成熟应用，太阳能以成为人类新能源利用最安全，最可靠，最广泛和最有前途的新能源，特别是今年日本大地震造成的日本核辐射，让世人再次认识核能的巨大破坏性和一旦泄露在成的危害性。
2、中国太阳能建筑的出现
我国的第一栋被动式太阳房建成于1977年，地点在甘肃省民勤县。
这是一栋南窗直接受益结合实体集热蓄热墙的组合式太阳房。
场、体育馆及一些特殊车间使用。
3、国内太阳能建筑的发展历程
第一代：
实现太阳能与建筑的结合
四栋别墅和四栋多层，1500㎡，2004年建成
第二代：
实现建筑技术与建筑艺术的结合
超级节能示范楼，1100㎡，VIP客房，2005年建成
第三代：
综合能源解决方案
皇明太阳能集团新总部大楼，50000㎡，2010年建成
第二代太阳能建筑——建筑技术与建筑艺术的结合
第三代太阳能建筑——综合解决方案
第一代太阳能建筑——太阳能与建筑结合
零能耗——樱花苑
技术特点：
1建筑主体
①尽量采用自然通风及采光
②良好的外围护结构，采暖和制冷负荷载均低于50w/㎡
③高效节能热交换新风系统
④能源梯级利用
2可再生能源利用的最大化
①太阳能生活热水；
太阳能泳池提供率100％
②太阳能采暖提供率60％~70％
③太阳能与吸收式热泵相结合制冷提供率40％
4、国内太阳能利用现状分析
上海世博会中国馆的60.6观景平台四周挑檐的中央部位采用双面透光中空双玻单晶硅组件，每边88块，共352块，铺设面积约1000平方米，使太阳电池组件成为整体建筑中不可分割的建筑构件和建筑材料是在屋面板上开洞，覆以透光材料构成的。
采光口面积较大时则设三角形或锥形钢框架，窗玻璃斜置在钢架上。
是我国目前常用屋面采光板形式。
主题馆将主要反映当今世界快速城市化和城市人口加速增长背景下得地球，城市，人三者之间的关联和互动。
该建筑291m×
220m的巨大屋面为太阳能光伏发电系统的规模化应用提供了天然的场址条件。
工程采用光伏建筑一体化设计，结合菱形屋面造型结构，建设太阳能光伏发电系统，将重点展示太阳能光伏发电系统的规模化应用和建筑一体化的设计理念
上海世博会城市未来馆
宁波“威科·
水岸心境”位于宁波市姚江岸边宁波规划丽园北路东侧，是建设部发文确定的节能示范小区，其主要节能亮点在于应用了太阳能热水系统，并与建筑实现一体化；
每套系统采用强制循环单水箱直接方式，集热总面积3360平方米，日产热水量210吨。
工程名称:
"
在水一方”住宅小区
位置：
河北省秦皇岛市
类型：
阳台壁挂式系统
规模：
4000台/6000㎡
施工日期：
2008年
总结能（标准煤）：
1.18万吨
二氧化碳减排量：
2.97万吨
二、被动式太阳能建筑
1、直接式
直接受益式太阳能建筑与普通建筑差别最小，主要通过南窗和透明屋面来实现采暖。
向阳窗面积越大，得热越多，而尽量少开不吸纳热量的窗，以削弱能量的损失。
一般来说，南窗在采取了保温隔热措施后，窗墙面积比可达到0.4.日照深度通常为窗户高度的2.5倍，据此控制房间的进深，同时调整开窗高度。
对于大跨度建筑，内部空间很难自然采光时，可以通过安装导光板，散射板等将太阳光引入室内。
透明屋面采光，采暖比垂直的窗户要好得多，但是，在夏季容易引起室温过高，可以改用中空玻璃和遮阳型玻璃，以及通过适当增加建筑层高和促进通风来改善。
从屋面形式上看，坡屋面接受太阳辐射的时间和面积均多于平屋面，穹顶屋面最佳。
2、蓄热墙式
集热墙式对普通外墙构造的改良，墙体能更好地收集和储存太阳能。
集热墙种类较多，实体式集热墙是直接在南向实墙外表涂上黑漆，再覆盖一玻璃外罩。
它利用外墙蓄热，墙体内表面对室内辐射热，这样不容易控制室温。
对流环路式集热墙做法从外往里通常为：
玻璃层——空气间层——集热层——加厚的重质墙体（或隔热层——普通墙体）。
将玻璃和空气层设为2层，集热效果会更好，空气间层的厚度一般为30~40mm。
对流环路式集热墙的工作原理是：
冬季或室温较低时，利用“烟囱”效应可将室内热空气通过玻璃上的夏季用风口抽出。
根据空气流动的“复壁效应”，风口位置紧贴顶棚和地面设置较好。
可按需要开关风口，室内温度比较容易受控制。
水墙式集热墙贮热能力强，温度分布均匀，但是构造复杂，运营管理麻烦。
集热蓄热墙可以和建筑外观结合起来灵活设计，创下墙用竖向线条强调立面，窗间墙用横向线条强调立面，二者效果明显不同。
集热墙的颜色一般为黑色，墨绿色等深色调，形状，纹理等可结合建筑风格来考虑。
天窗洞口形状是影响室内环境表现形态的重要因素，首先要尽可能明确需要借助于天窗实现的设计目标：
是主要解决建筑的采光问题，还是主要创造特殊的
3、阳光间
阳光间如同南向的温室，它本身是直接受益式，通过空气对流将热量传送到建筑主体。
其本结构是将阳光间附建在房子南侧，中间用一堵墙（带门，窗或通风孔）把房子与阳光这种附加阳光间隔开。
实际上在一天的所有时间里，附加阳光间内的温度都比室外温度高，因此，阳光间既可以供给房间以太阳能，又可以作为一个缓冲加热，所以它本身就起着直接受益系统的作用。
白天当阳光间内空气温度大于相邻的房间温度时，开门（或窗或墙上的通风孔）将阳光间的热量通过对流传入相邻的房间，其余时间关闭，把由两个或两个以上被动式基本类型组合而成的系统称为组合式系统。
不同的采暖方式结合使用，就可以形成互为补充的，更为有效的被动式太阳能采暖系统。
直接受益窗和集热墙两种形式结合而成的组合式太阳房，可以同时具有白天自然照明和全天太阳能供热比较均匀的优点。
附加阳光间的形式可归纳为三种：
①在建筑整个南面上增加透明玻璃围合大空间；
②建筑的中庭设置透明玻璃屋面；
③借建筑南面的窗户或阳台形成一个个的透明封闭空间。
当室内温度低时，建筑主体与阳光间公共墙上的门窗可打开传热，公共墙上的开孔率通常为25％。
同时，阳光间又可以当缓冲区，减少建筑主体内部热损失。
阳光间的玻璃应尽可能开启，％夜间能够全面通风，白天则通过北向
的门窗释
放废热，废气
。
4、蓄热屋顶式
在建筑屋顶放置装水的黑色塑料袋，并在上面安装可水平推拉的保温隔热板。
水的热容性很好，适宜作贮热材料。
冬季白天，推开盖板，让水袋充分吸收太阳辐射热，贮热在传至下面房间；
夜间，关闭盖板，阻止室内热量从屋面散失。
夏季则刚刚好相反，白天关闭以隔绝室外热辐射，夜间打开散热。
蓄水屋顶具有冬季采暖保温和夏季遮阳隔热双重作用。
5、组合式
上述几方面构造措施综合考虑，成为利用太阳能的组合式系统。
各种措施可以互为补充，如果能同时采用夜间活动保温装置，采暖效果会更好。
三、实例分析
1、旧式办公房改造成太阳能建筑
这是一栋位于郊区旅游度假项目的售展中心，它是在原有旧建筑的基础上进行的一个改建设计。
原建筑是一栋一层的老式林场办公房，建于世纪70年代，这个林场被开发成旅游度假区后，通过实地考察，发现不需要另辟场地来做新的售展楼，只需要利用原有的旧办公楼加以改建，既不破坏现有的林场绿色环境，又加以旧物利用，同时还可以建一个生态节能的小建筑。
被动式太阳能的想法在这栋小建筑上进行了实践。
原有建筑使用厚土墙结构，由于厚土墙有蓄热功能，旧建筑热稳定性能强，冬暖夏凉。
在新的设计中，保留老房子的主要土墙（东，西，北面的土墙），作为新房子的蓄热体，并在土墙的外墙面覆以3cm的XPS板，XPS板外再覆以木装饰加以保护XPS，这样一来，新建筑的外墙既利用了旧建筑的厚土墙，又添加了新的高效外保温措施。
在旧建筑的基础上，把整个建筑改造成单坡的斜屋面，全部朝南，屋面大部分采用中空玻璃覆盖，并在玻璃上面设置电动卷帘，用于夏季遮阳。
由于卷帘设在室外，风吹雨淋年长日久容易老化，所以在卷帘外套有一个不锈钢圆桶，下雨或冬季不用时，将卷帘收起，外面有不锈钢圆筒保护。
这个斜屋顶的工作原理就是温室原理
新建筑向南加长的延伸部分架空，并在架空的地板上设置进风格栅，在建筑北墙的最高处设置电动开启的窗户。
夏季炎热时，先放下玻璃屋顶外的电动卷帘，再打开地板的进风格栅，并开启北墙的电动窗，利用热空气上升形成负压原理，及难免山坡受太阳照射，热空气沿山坡形成上升气流（山风）的原理，当夏季的热空气从进风格栅进入室内时，热空气已经在阴凉的架空层里降低了温度，变成凉爽的空气，由于负压，空气穿过室内从北墙的高窗迅速流出，形成凉爽的穿堂风，把室内的热量带走
2、节能小住宅
这是一栋位于缓坡上的小住宅，400㎡左右（包括地下层）。
因为是缓坡，首先想到能否做一个地下层，利用下沉式庭院，使地下层没有地下的感觉，同时被土覆盖的地下层又是最节能的空间，可以冬暖夏凉。
在这栋小建筑中采用了四种被动式太阳能得原理。
1朝阳中空斜屋顶
朝阳斜屋顶的照射面积最大，并且最直接，可以取得最大的太阳辐射。
一般情况下斜屋顶是被用来放置太阳能光电板或太阳能热水器的，是主动式太阳能，而斜屋顶在被动式太阳能上使用的不多。
这次利用双层中空斜屋顶是想把大面积的斜屋面作为收集热源的手段。
双层屋面的上层是黑色的压型钢瓦，中间隔80mm的空腔，下层屋面是有保温隔热措施是木板。
冬季，黑色钢板瓦被太阳照射后温度升高，同时空腔内的空气被加热而上升，在屋顶的蓄热空腔内，热空气被埋在墙体内的风管通过小功率的抽风机输送到需要热量的房间及地下室的卵石蓄热床内。
这些热量可以从每个房间的地板上排出，加热整个房间，也可以使卵石储存大量的热量。
这里有一个关键点，就是每个房间及卵石床的进风口都要设置一个阀门，哪个房间需要热量，打开相应的阀门即可，但要防止风倒灌。
双层屋顶在夏季的工作原理也非常简单就是把蓄热空腔的电动窗打开，利用负压，上升得热空气可以马上从电动窗排出，并带走下层屋面的热量。
2白天储存太阳能夜间分配
冬季，地下室下面的蓄热卵石床可以储存大量的热量。
白天，一般只需要打开卵石床的进风阀门，其他阀门关闭。
热空气被抽进卵石床后，白天的太阳能就被存在卵石内，夜间打开卵石床另一边的小功率抽风机，把热量送到需要的房间，这种方法可以使房间整个夜晚始终保持温暖。
抽风机的功率只有10~15W，比起1500W的空调，非常省电，可以忽略不计。
夏季正相反，白天北面阴凉处较凉爽的空气，经过地下风管及卵石床，使之在次降温，然后再把凉爽的空气输送到需要的房间。
3阳光屋
在二层凸出的局部设置一个玻璃的阳光房，冬季，在太阳的照射下，可吸收太阳辐射能，提高室内温度。
夏季，放下玻璃房外的遮阳卷帘，同时打开玻璃房南侧的上悬窗以及北墙最上部的下悬电动高窗，在负压的作用产生穿堂风。
与此同时，这个小住宅的楼梯间实际上就是个从地下层到顶层的贯穿烟囱，起到一个拔烟的效果，可以将靠近楼梯间的房间的热空气排出，形成穿堂风。
4覆土建筑原理
我国西北的窑洞是最典型的覆土建筑，冬暖夏凉。
这是因为在地表以下3~6m深以下有一条恒温线，它不受气候变化的影响，一般恒定在16~18度，大多数覆土建筑都是利用该原理进行运作。
本建筑利用缓坡的地形，顺势做了一个地下层，并利用下沉式庭院以及小天井窗口，使地下层没有地下的感觉，而且可以享受到阳光的直接照射。
结语
太阳能建筑原理并不复杂，也不是高科技的手段，只是在方案之初就需要整体考虑进去，并在设计中始终贯彻利用太阳能得想法。
被动式太阳能建筑的应用使我们的居住环境大大改善，并达到节能减排的目的。
这种设计思想应该成为设计师及整个社会的一种生活方式。
[1]王崇杰，赵学义．论太阳能建筑一体化设计[j].建筑学报.
2002.（7）。
[2]南映景，被动式太阳能采暖房系统形成及构件要求[j].阳光
能源。
2005.（8）.
[3]何辛年.被动式太阳房[j].可再生能源.2005,（5）
[4]英格伯格·
弗拉格·
托马斯·
赫尔左格（建筑＋技术）[m].北
京：
中国建筑工业出版社，2003
最后特别感谢张芮老师老师对我的悉心指导，在PPT整理期间我由于种种原因导致内容条理不够清晰，张老师帮助我理清思路，提出有效的改进方案，使我获益良多。
也为我撰写论文提供了很好的指导性意见。
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