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川西北地区的被动式太阳能建筑研究 SILIC 【科技刨新论坛】VAL 川西北地区的被动式太阳能建筑研究 刘柯岐董美宁 (西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010) 摘要:对现有JIf西北地区建筑能耗高,被动太阳能利用率低的问题进行总结与分析,针对川西北地区的夏季气候特点,提出对建筑进行结构改造,改进遮 阳与通风方式等方法,以较低的能耗较好地解决建筑夏季降温问题. 关键词:被动式太阳能:冬季保温;遮阳 中图分类号:u2文献标识码:A文章编号:1671--7597(201O)0810155—01 0引盲 川西北地区,气候垂直变化明显,日照丰富,多风干燥,冬寒夏凉. 年平均气温4℃～l2℃,最冷月(1月)平均气温一8℃～一4℃,极端最低温 在-20~C以下;最热月(7月)平均气温多数地区在8C～l5℃.全年无夏 季,冬季长达半年以上.川西高原云量少,晴天日数较多,太阳辐射强 烈,年总辐射量高达45o0～68oo兆焦尔/平方米,在全国太阳能资源区划 中,属于太阳能资源丰富和较丰富地带.气候呈现冬寒夏暖,湿度大,静 风的特点,是典型的冬冷夏热地区气候.在夏热冬冷地区,同一建筑面对 冬,夏两种极端气候,因此在该地区不能单一考虑被动式采暖或是被动式 降温,而是应最大限度的探求两者的平衡.这是夏热冬冷地区的被动式太 阳能设计策略研究的难点所在. 1现存主要问慧分析 与发达国家相比,我国建筑节能的差距还很大.以37Cm砖墙多层住 宅为例,与气候条件相近的发达国家建筑进行比较,单位能耗外墙是发达 国家的4～5倍,屋顶为25～55倍,外窗为15~22倍,门窗空气渗漏为3～ 6倍.加上其它因素,我国住宅采暖能耗约为发达国家的3倍[1]. 许多研究表明,被动式太阳房的冬季采暖性能越好,就越容易出现夏 季过热现象,这一直是被动式采暖技术应用过程中亟待解决的问题.到目 前为止,有许多自然降温技术得到了广泛应用,如:利用屋顶的涂层反射 太阳光,利用绿色植物减少屋顶和围护结构的太阳得热[2],改善墙体的保 温性能,对窗户进行遮阳和夜间自然通风等.其中夜间自然通风是应用最 广泛的夏季降温措施.通过将夜间温度较低的室外空气引入室内,利用热 质蓄冷,达到降低次日室内温度峰值的目的[6].但是,由于建筑室外微环 境的改造所产生的节能效应,以及由此产生的指导原则和要求长期以来却 被人们所忽视,基于具体气候设计涉及的就更少了. 2保曩啊热策略 对于被动式太阳能建筑而言.其设计思路可以归纳为提高建筑的散 热,将进入室内的热能降低到最低.可以简单归纳为:利用对流组织自然 通风,利用遮阳防止热辐射以及利用外围护等特殊设计防止热传导[3]. 2.1墙体的改造设计策略 墙体的作用,首先是将室内与室外隔开,为了夏季的舒适,墙越少, 空间越开阔,通风效果越好,但是必须还要考虑到抵御冬季的严寒.墙体 作为保温隔热构造最关键的因素之一. 冬季要尽量减少热损失,夏季要尽量减少太阳辐射和从室外空气传入 的热.隔热是最有效的方法.此外,为了减少辅助性采暖和制冷时的能源 消耗量,隔热也是不可缺少的.但是,一味的高度隔热在夏天也会助长炎 热程度.强化隔热的做法,不仅是在夏季防止热从室外进入室内,同时, 还阻止热从室内向室外散发.也就是说,夏季从窗户进入不必要的太阳辐 射热和室内产生的热多时,如果不能进行有效的充分的排热,隔热就会加 重室内环境的恶化.但是,在这种情况下,可设置可调节的遮阳装置,夏 季通风口打开,加强通风,不使热滞留在室内就可以改善室内环境,冬 季,通风口关闭,隔栅与墙体之间的空气层减缓热量的散失. 活动式遮阳板将成为遮阳方式的首选.在被动式太阳房系统中,配合 使用可开启式遮阳板将最大限度地利用夏热冬冷地区的太阳能资源.活动 遮阳扳和墙体组合起来就是一种双层墙.(如图1),寒冷的冬季,夜间关 闭通气隔栅,形成空气层.防止向室外的二次辐射;白天打开通气隔栅, 利用太阳光蓄热. 图i双层墙夏,冬季隔热效应示意图 22窗体的设计策略 窗的节能设计是建筑设计中的一个重点,由于玻璃的传热系数远远高 于墙体的传热系数,所以尽管窗在外维护表面中占的比例不如墙面,屋顶 大,但通过窗损失的采暖制冷能耗可能接近甚至超过墙体和屋顶.从太阳 能利用角度来说,窗户可以利用温室效应[5]实现被动式采暖和自然通风实 现被动式降温的双重效果. 可调节外百叶系统作为一种可调节百叶外遮阳保温系统,完全能起到 夏季阻挡太阳辐射热,冬季提高保温性能的作用,且不会遮挡视线,具有其 它活动遮阳方式不可替代的优点,是适应夏热冬冷地区气候的窗设计手法 [4].冬季,窗在建筑节能中的作用比较特殊:白天,它将大量的太阳辐射 能引入室内,减少采暖负荷;夜晚,传热系数远大于墙体的窗又成为冷桥, 加大了建筑的热损失.而百叶外遮阳形式