被动式太阳能生态住宅设计研究

被动式太阳能生态住宅设计研究*王玲1田稳苓1王丽洁2（1.河北工业大学土木工程学院，天津300130；2.河北工业大学建筑与艺术设计学院，天津300130）摘要：基于可持续发展理念的被动式太阳能住宅的概念、得热方式和设计思路，阐述如何通过合理的规划、建筑平面的布置、建筑形体的设计和巧妙建筑组合，实现对太阳能有效利用。

并通过实例进行分析，为太阳能住宅设计提供借鉴和参考。

关键词：被动式；太阳能住宅；设计STUDIES ON THE DESIGN OF PASSIVE SOLAR ECOLOGICAL RESIDENCEWang Ling 1Tian Wenling 1Wang Lijie 2（1.Civil Engineering College ，Hebei University of Technology ，Tianjin300130，China ；2.School of Architecture and Art Design ，Hebei University of Technology ，Tianjin300130，China ）Abstract ：Based on the conception of passive solar energy residence and design thinking for patterns of getting heat deriving from the idea of sustainalde development ，it also gived some examples to design solar energy residence the ways how to use effectively solar energy by elaborately planning programming．Keywords ：passive ；solar energy residence ；design*河北省教育厅2009年人文科学研究指令计划项目（S090511）；河北省科技厅科技攻关项目（07213936）。

第一作者：王玲，女，1976年出生，博士研究生，讲师。

E －mail ：wlavk@sina．com收稿日期：2010－09－251我国有丰富的太阳能资源我国是太阳能资源十分丰富的国家，三分之二的国土面积日照在2200h /a 以上，年辐射总量大约在3340 8360MJ /（m 2·a ），相当于110 250kg 标准煤/（m 2·a ）。

“八五”期间，有关的研究将我国的太阳能资源划分为五类地区。

与世界部分城市相比，即使我国太阳能资源较差的地区，年辐射总量也接近东京，高于伦敦、汉堡这些世界上太阳能利用较好的城市，可见，我国在建筑中的太阳能利用大有潜力可挖。

2发展太阳能住宅的意义1992年联合国在巴西召开了“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》，《21世纪议程》等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的议题，确立了可持续发展的模式。

1996年联合国在津巴布韦召开了“世界太阳能高峰会议”，会后发表了《哈拉雷太阳能与持续发展宣言》，《国际太阳能公约》，《世界太阳能战略规划》等重要文件，进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动，广泛利用太阳能。

我国政府也十分重视太阳能的利用，制定了《中国21世纪议程》，提出10条对策和措施，进一步明确了太阳能作为重点发展项目［1］。

改革开放20年来，人们生活水平迅速改善，对生活质量的要求也越来越高，近10年来，独立的双制式空调逐渐走入夏热冬冷地区人们的家庭，在人们生活舒适度提高的同时，能耗问题、污染问题和城市热岛问题迅速出现，而且由于该地区建筑围护结构的保温隔热性能差，人均能耗远比北方地区大。

2003年因为冬季民用取暖设备的增加，武汉市已经到了必须限电的程度，而夏季缺电问题更加严重。

据统计，1999—2001年湖北省电力系统的最大峰谷差分别为303，309，313万kW ，用电峰谷差的增加恰好与家用空调的增加同步［2］。

面对能源的紧缺，住宅建设量的加大，发展太阳能住宅意义重大。

1997年建设部制定了《中国“住宅阳光计划”纲要（草稿）》指出，推广太阳能热利用技术在住宅建筑中的应用，以替代和节约常规能源，实现可持续发展。

文件的制定和实施，对进一步推动我国太阳能事业的发展起了重要作用。

3太阳能住宅的概念太阳能建筑即利用太阳的辐射能量，代替部分常规能源，使房屋达到一定温度环境的一种建筑。

太阳能建筑分为主动式和被动式两大类。

被动式太阳能建筑是指通过建筑方位的合理布置，通过窗、墙和屋顶等建筑物本身构件的相互配合，以自然热交换的方式，使房屋取得冬暖夏凉的效果。

主动式太阳能建筑是指在被动式太阳能建筑的基础上，附加一套太阳能采暖设备（如太阳能集热器、管道和泵等）。

与主动式太阳能建筑相比，被动式太阳能建筑具有构造简单、成本低廉、施工方便等优点。

被动式太阳能住宅按得热方式主要分为表1所示几种形式。

表1被动式太阳能住宅得热方式分类Table 1The classification of heat-gaining for a of passive solar residence分类示意图说明直接热取得太阳能直接导入建筑内部得热间接热取得蓄热墙型建筑南面接受太阳能，经蓄热墙为建筑供热屋顶蓄热型屋顶作为蓄热体，间接供热温室型建筑南面设温室，通过蓄热墙为建筑供热双重外墙型设双重外墙，热量经循环供热隔离热取得热能吸管型在其他地方获取太阳能，并经过控制导入室内的方法温室型4被动式太阳能住宅设计4.1建筑规划通过良好的规划使住宅建筑在朝向、间距及建筑形体组合与场地的地形、日照和风向条件有机结合，是被动使用太阳能的前提。

住宅主要朝向宜朝南，建筑组合应互不遮挡，在不影响场地利用效率的前提下，为充分接收太阳能辐射创造条件。

4.2住宅平面住宅建筑的平面布置直接影响其采暖、制冷空调的能耗大小。

将对采暖要求较高的功能空间，如卧室和起居厅等布置在南向，以充分利用太阳能。

而将卫生间、厨房等布置在北面，减少对室内热量的损失。

点式住宅由于布局集中，南向墙面和开窗较小，更应合理设计以获得较多的太阳能。

如德国科隆的某住宅，为了使每个单元有更好的南朝向，点式高层平面演化成朝南的楔形平面，其单元平面相互叠置并依南北轴线对称，一半东南朝向，一半西南朝向，见图1［4］。

图1科隆某住宅平面Fig．1Residential plane in Cologne ，Germeny4.3住宅形体及空间4.3.1台阶式住宅目前，我国建设的台阶式住宅中，大多是“后台阶”（即北向退台），主要目的是利用住宅北部退台减小住宅间距、节约用地，同时提供屋顶平台便于上层居民使用，但其朝向不佳，而且所增加的面积均在阴影区。

“前台阶”式住宅则能争取到良好朝向，增加更多的朝阳面，为利用太阳能创造条件。

4.3.2腔体式住宅所谓建筑腔体，即能够利用天然资源（如风能、太阳能和雨水），结构上与生物腔体相似，具有微气候调节功能的中庭、大井和拔风口等内部空间。

腔体式住宅可分为边厅式住宅和中厅式住宅。

住宅可以利用庭院、高大的起居厅、阳光房和封闭阳台等形成“腔体”，利用具有微气候的调节功能的“腔体”，调节室内的温度，以获得较好的舒适性。

4.4住宅组成要素住宅组成要素主要包括：屋顶、墙、地板和窗等，利用各组成要素进行节能设计，并结合建筑设计可获得良好的节能效果。

被动式太阳能住宅组成要素设计手法见表2。

［5］表2被动式太阳能住宅组成要素设计手法Table2Design methods of passive solar residential elements 要素题目设计手法及原理基础资料屋顶屋顶形式及热控制屋顶表面及热控制屋面的隔热及保温屋顶的蓄热屋顶及风的控制屋顶形式及热传播倾斜度及日照量、采光方式对流、辐射的手法蒸发热量、材质及热传播隔热法、排热法屋顶蓄热用水池屋顶形状及风屋顶与通风、采风倾斜面的日射量、热取得、热损失和材质热吸收率、热变化、隔热效果和热流通量天花板温度屋顶绿化土层、茅草和雪的隔热洒水效果、排热效果屋顶蓄热防风屋顶、采风屋顶吸气、通风和排气系统墙墙的形式及热控制墙的表面及热控制传热延迟时间的控制墙的隔热及保温墙的蓄热墙与风的控制位置、方向和倾斜度日照吸收、日照反射墙面装置蓄热墙的延迟时间双层处理：外隔热及内隔热手法的变化：直接型、间接型和分离型墙的通风性墙面的日照量太阳的位置及日照量遮阳效果、颜色和植物的遮阳效果热传播的延迟时间和能量的衰减隔热材料、夏季隔热和冬季隔热蓄热墙的热传播材料的应用风的气流及墙的位置地板地板的隔热及保温地板的蓄热地板下空间及通风接地效果地板蓄热的手法：直接型和装置型地表温度地板下温度的变化隔热效果地板、基础隔热蓄热材料、热容量地板下通风效果窗窗及热控制入日及热控制日照控制白天采光通风换气日照量计算玻璃面的热控制夜间隔热效果入口位置、双重门遮阳采光设计天窗、通风管道烟囱效果、诱导通风气流形成、换气量地板下、屋顶内部换气玻璃的日照透过量玻璃的热损失量门的开闭及换气量太阳和日照量日照调整及遮阳效果自然光照明采光设计、室内光的分布开口及通风窗的实效面积风的冷却效果换气方式4.5被动式太阳能住宅实例分析在被动太阳能利用方面，国外已有较多成功的经验，下面举例分析。

4.5.1比尔的公寓楼该公寓楼融入了绿色太阳能建筑的概念，每个居住单元都有一个阳台，但其最重要的特征是玻璃暖房。

这些冬日的“花园”位于每一单元之前，与住宅紧密地结合在一起，它们可以最大限度地利用太阳能。

跃层式单元的玻璃暖房贯通两层，而上面普通公寓的暖房超过了屋顶的高度。

夏天将玻璃暖房的外层玻璃窗打开，形成一个热通道，使建筑物后面的凉空气穿堂而过；阳光灿烂的冬日，可将居室与暖房之间的里层玻璃窗打开，给室内供暖，建筑的混凝土实体将收集到的热量存起来，并在夜间释放，为室内供暖。

玻璃房内种有植物，可以吸收二氧化碳并产生氧气，减少空气中的有害物质；在夏天则通过蒸腾作用起到降温的效果［6］，见图2—图4。

图2夏日暖房的作用Fig．2The role of summerconservatory图3冬日暖房的作用Fig．3The role of winterheating图4上层公寓的玻璃暖房Fig．4The glass conservatory of apartment4.5.2英格兰哈娄地区纽霍尔住宅区二期该方案从规划到单体都贯穿了可持续性的原则，单元朝南面尽量加大对太阳能的获取。

并发展出一种叫“生命墙”的体系。

它象脊柱一样位于住宅的中轴，集中提供了设备服务和分配，且可在工厂预制。