被动式太阳能利用设计

被动式太阳能利用设计太阳能作为一种无限可再生能源，不仅无污染，价格低廉，而且通过一定的方式很容易的加以利用，改善室内温度。通过光热的转换将太阳能直接或间接地引入室内，进行采暖利用，在改善提高室内的温度及其他热环境同时，又节约了能源，保护了生态环境，可以说太阳能是一种纯绿色能源。太阳能的利用可以分为主动式和被动式两种，根据在太阳能采集利用过程中是否需要机械动力加以区分。主动式太阳能系统需要机械动力驱动，才能达到采暖和制冷的目的。主动式太阳能虽然能达到节约能源的目的，但在使用过程中仍需能源去运行气泵或风扇等。同时集热器、蓄热器等机械构造复杂，成本较高，安装复杂。太阳能向室内的传递可以借助任何机械动力，而是通过良好的建筑朝向布置和周围环境合理的设计，以及内部空间以及建筑外部构造的巧妙处理采集、吸收利用太阳能。一个好的建筑设计师应该能充分利用建筑方面的设计，而不是机械的方式来达到利用太阳能，节约能源的目的。几乎任何建筑都在利用着太阳能进行采光加热，但要达到节能的目的，还需选择优质的建筑材料，加以特殊的构造。中国大多数的房子都是坐北朝南的利用着太阳能，但在寒冷地区的冬季，我们仍需进行加热采暖。其实最主要的原因就是建筑的保温性能差。如果要想纯靠太阳能来维持冬季室内的温度就必须有良好的保温措施，使太阳能的热量不至于快速的散失。由于夜间没有太阳，而且热量必然会有一定的散失，这就使得对太阳能的储存成了必要。通过蓄热材料白天的吸收储存，晚上慢速的释放，保证了夜间室内温度不会下降的太快，或者保持恒温。被动式利用太阳能采暖的方式主要有以下几种：1、直接受益式建筑物直接接受太阳能从而进行采暖是一种最简单、最直接的对太阳能的利用方式，但这种方式需要以良好的外墙及门窗的保温效果，否则吸收的太阳能很快就会通过门窗等位置散失掉。所以在直接受益式中对窗户的选择就十分重要了，首先窗户要保证阳光的通透，这对太阳能的采集十分必要，而且窗户面积不宜过小。但大面积的透明玻璃会造成热量的损失，同时也会造成隐私的泄露。为了解决以上问题，应选用特殊制造的玻璃，如双层玻璃、漫射玻璃等，同时也应对窗框和玻璃等节点处进行保温处理。直接受益式的建筑朝向应选择好，玻璃窗应尽量朝向南侧，东西侧由于遮阳较为困难，不宜布置。直接受益式另一个应用关键就是墙面、地面、屋顶等的蓄热设计。为了室内温度的恒定，保证在夜间温度不至于过低，必须要设置足够的蓄热材料，如砖、土坯、混凝土等。蓄热体可以和建筑结构结合为一体，也可以单独在室内设置。当大量阳光射入建筑物时，蓄热体会吸收过剩的热能，随后用于没有阳光射入的地方，从而调节室内温度，减小波动幅度。蓄热体尽量布置在受到阳光直接照射的地方。2、集热墙式集热墙是由法国学者特朗勃等提出的集热方案,现在已经十分流行,它是在直接受益式太阳能窗后面筑起一道重型结构墙,这种形式的太阳能房在受热方式上与直接受益式有所不同。阳光透过玻璃窗后直接照射在集热墙上，集热墙表面涂有吸收率较高的涂层，其底部和顶部分别设置通风口，并设置可以随意开启的活门。在这种被动房中，透过透明盖层的阳光照射在重型集热墙上，墙体外表面升温，所吸收的太阳能热量，一部分透过透明盖层向室外散失；另一部分加热夹层的空气，从而使夹层内的空气与室内空气密度不同，通过上下通风口而形成自然对流，由上通风口将热空气送进室内；第三部分则通过集热墙体导热传至室内。集热墙的材料选择和构造有多种形式,外表面涂有吸收层。吸收层随着表面黑度的增加吸收效率会有所提高，但同时长波辐射的热损失也会增多。集热墙材料可以选用普通蓄热的建筑材料，如砖、石、混凝土、土坯等，也可选用水墙或其他蓄热材料。水墙蓄热量大，但由于水具有流动性，其散热较快。为了解决散热快等问题，可以将水与其他材料混合使用，以提高效果。如将水袋至于混凝土格构空心墙中；也可直接将水墙分割并在水中加入凝聚材料，以减少水的流动性。3、附加日光间式附加日光间直接受到太阳照射，升温较快，过热的空气可以立即用于加热相邻的房间，也可以将过多的热量储存起来在没有太阳照射时使用。日光间与集热墙有些相似，只是将蓄热材料换成了空气层，同样是将储存在直接照射部分，之后通过对流或辐射等方式传给其他房间。不过日光间作为建筑内部空间，可以兼做其他功能使用如休息娱乐、种植花草等。这就要求日光间温度不能过高，这就必须设置良好的通风措施，要在外侧安装一定量的排风口。日光间中同样要有蓄热措施，否则当没有阳光照射时室内温度会快速下降。日光间中地板是布置蓄热体最容易、最显著的部位、无论是混凝土还是土或砖都有相当大的蓄热量，可以减小日光间内的温度波动。墙体同样是布置蓄热体的很好的位置，外墙体直接接受阳光直射。作为一名建筑师，应通过建筑的手段来解决绿色节能问题，不应该大量依赖于机械设备。被动式太阳能的利用正是一种途径，也是一种挑战。