寒冷地區(qū)被動式太陽能利用與溫室設計研究

<p>行業(yè)分析171一、被動式太陽能的幾種利用方式（一）直接受益式所謂直接受益式，就是冬季陽光直接透過透明圍護結(jié)構(gòu)照射在建筑物內(nèi)，熱量經(jīng)由輻射、傳導、對流等方式在室內(nèi)空間進行傳遞。通過這些方式，當屋內(nèi)有蓄熱系數(shù)較大的重型構(gòu)造時，過剩的熱量能夠貯存其中，從而使建筑內(nèi)部溫度減小波動的幅度。但是，當夏季室外溫度過高，陽光照射過于強烈，會造成室內(nèi)溫度過高，這時需要設置靈活的遮陽設施以取舍陽光的照射。值得一提的是，當圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能尤其是透明圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能不能滿足保溫要求時，直接受益采暖方式只能在有陽光的時間段內(nèi)滿足正常使用，到了夜間需要對透明圍護結(jié)構(gòu)進行保溫，如裝置保溫簾、保溫板等，應盡可能放在室外側(cè)，并盡可能地嚴密。（二）集熱墻式1956 年，法國學者特朗勃（Trombe）等提出了一種高效節(jié)能的集熱方案，就是在南向太陽窗后直接筑起一道深色重型結(jié)構(gòu)墻，陽光經(jīng)由透明圍護結(jié)構(gòu)直接照射在集熱墻上，墻的外表面溫度升高，所吸收的太陽熱量一部分向室外逸散；一部分加熱透明圍護結(jié)構(gòu)與墻體間的空氣層，特朗勃墻上及底部有通風口，當空氣被加熱、密度變小、升高，會由通風口流入室內(nèi)，通過對流的方式對室內(nèi)溫度進行加熱；第三部分由集熱墻體傳導直接加熱室內(nèi)空氣。但需注意，應根據(jù)特朗勃墻的特點靈活設置特朗勃墻的位置從而避免導致夏季室內(nèi)溫度過高。（三）附加日光間式日光間直接附在建筑的南部，能夠直接受到陽光的照射，室內(nèi)溫度直接受到陽光照射的影響，因而溫度會有較大的波動。日光間的空氣被加熱后，能夠直接加熱相鄰房間，或者加以儲存待到?jīng)]有陽光照射時使用。也就是說，日光間同時也是一個溫室。以上三種是采用較多的被動式太陽能采暖方式，在使用過程中可以根據(jù)實際情況靈活運用。但是當利用被動式太陽能手段的時候，必須使建筑的外圍護結(jié)構(gòu)具有良好的保溫性能，這是因為建筑物獲得的太陽熱能有限，在外圍護結(jié)構(gòu)的平均傳熱系數(shù)很大時，會使被動式采暖系統(tǒng)變得毫無意義。二、被動式太陽能與溫室設計方案（一）寒冷地區(qū)溫室設計要點根據(jù)寒冷地區(qū)的氣候特點，為了保證溫室的基本功能，設計過程中應首要保證冬季的保溫情況，其次應保證夏季室內(nèi)溫度在通風條件下應適合植物生長，另外，在夏季兼顧室內(nèi)溫度的同時還需要保證光照時常不會對植物生長造成影響。（二）溫室整體設計思路溫室整體作為附加日光間，在其中布置集熱墻，以此保證冬季的保溫?？紤]到溫室的基礎(chǔ)作用和構(gòu)造形式，放棄傳統(tǒng)的將集熱墻布置在最南端的方式，選擇將特朗勃集熱墻安排在溫室北端，考慮到溫室的采光，溫室的屋頂設計為透明圍護結(jié)構(gòu)，這樣，將集熱墻放置在北端并不會影響墻體的正常工作。此外，為了防止夏季室內(nèi)溫度過高，北端集熱墻與室內(nèi)連接處將設置通風間層，有條件的可以在間層中使用地冷空調(diào)，利用熱壓實現(xiàn)通風散熱。為了同時滿足冬季與夏季的要求，溫室的整體應能夠靈活調(diào)節(jié)，方便使用。最后，為了滿足使用過程中的實際使用需求，可對一些材料進行替代。（三）設計方案在冬季時，可將雙層 ETFE 膜分隔窗推至矮墻處，矮墻與窗臺間的區(qū)域能夠形成加熱區(qū)，使空氣加熱，這時窗臺下的四個通風口是打開的，特朗勃墻上的通風口以及光伏板是閉合的，陽光透過頂部雙層中空玻璃，可對集熱墻加熱。由于地面溫度低導致接近地面的空氣溫度低，當空氣通過集熱墻和陽光加熱后，熱空氣上升，冷空氣下降，從而使整個房間的溫度得到提升。到了夏季，白天雙層 ETFE 膜分隔窗拉至窗臺，這時所有通風孔都打開，光伏板抬起，由于熱壓與風壓的作用，可將地下的冷空氣經(jīng)由通風間層向上流動，從而達到通風降溫的目的。在夜里以及雷雨天氣，可以將窗臺的擋板以及光伏板落下，從而避免溫度流失。除了特朗勃集熱墻以及固定玻璃幕墻，整個圍護結(jié)構(gòu)由現(xiàn)澆混凝土構(gòu)成，但可以根據(jù)實際情況對材料進行替代。另外，在北端特朗勃集熱墻與固定玻璃幕墻之間裝有一蓄電池，能夠儲存光伏板產(chǎn)生的電量，提供給溫室日常使用。（四）補充方案綜合以上設計方案，為了能夠更好保證冬季溫度過低和夏季過熱的問題，可以采取以下措施進行補充：（1）加強透明圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能，以減少冬季夜間的熱量流失?？稍诙镜囊归g在透明圍護結(jié)構(gòu)的室外側(cè)加裝保溫板或保溫簾，這樣能顯著提升透明圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能。（2）為保證溫室的光照時長，本方案選擇了南向較大的窗墻面積比，在實際的建設過程，在保證溫室功能的前提下，可以酌情減小窗墻面積比。（3）外部環(huán)境對溫室的影響也很明顯。可以選擇在溫室周圍種植落葉喬木，在夏季能夠顯著減少太陽輻射，從而使室內(nèi)降溫。（4）在建設過程中，需要根據(jù)當?shù)氐匦蔚孛?，合理選擇建筑方位和朝向，并且應合理布置溫室與住宅間的關(guān)系。三、結(jié)語通過對寒冷地區(qū)被動式太陽能利用與溫室設計的研究，希望借此來解決目前人們?nèi)找嬖鲩L的各種需求與自然環(huán)境和生活環(huán)境亟需改善的矛盾。被動式太陽能是解決好寒冷地區(qū)傳統(tǒng)溫室各種弊端的有效方法，見微知著，被動式太陽能技術(shù)在未來我國的建筑領(lǐng)域還有更大的發(fā)展空間。參考文獻：1 劉加平 . 建筑物理 M. 北京 : 中國建筑工業(yè)出版社，2009.2 柳孝圖 . 建筑物理環(huán)境與設計 .M. 北京 : 中國建筑工業(yè)出版社，2007.3 谷海東，唐鳴放，王 &nbsp;科 . 夏熱冬冷地區(qū)被動太陽能利用與夏季防熱設計研究 J. 建筑節(jié)能，2010，38(238).作者簡介：任哲（1993-），男，漢，在讀學生，專業(yè)：土木工程。寒冷地區(qū)被動式太陽能利用與溫室設計研究任哲，李宏魁，貴杭，秦帆（黃河科技學院建筑工程學院，河南 鄭州 450000）摘 &nbsp;要： 寒冷地區(qū)的傳統(tǒng)溫室存在供熱途徑單一，耗熱量巨大，污染嚴重的弊端，并且在夏季不具備良好的通風環(huán)境，容易造成室內(nèi)溫度過高，不利于植物以及農(nóng)作物的生長。通過被動式太陽能技術(shù)的利用，立足于寒冷地區(qū)的氣候條件，為解決傳統(tǒng)溫室的弊端，提出針對該地區(qū)溫室的被動式太陽能技術(shù)的節(jié)能方案。關(guān)鍵詞：寒冷地區(qū)；被動式太陽能；溫室；設計研究DOI:10.19474/j.cnki.10-1156/f.001074</p>