被动式太阳房建筑设计

4.被动式太阳房建筑设计

（1）平面设计

太阳能采暖房通常由各种不同功能的房间组成，以满足不同需求。居住房应有良好的朝向、通风和充足的光线，公共建筑和中小学教室，要保证足够的采光面积、均匀的光线、良好的通风条件，并要隔绝外界噪声干扰。

太阳房的平面组合形式多种多样，既要满足使用要求，又要结构合理，施工方便。太阳能利用率高、经济、节约则是设计的基本要求。故设计时应做到：

①功能适用。太阳房平面布置上主要房间（如住宅居室、卧室，中小学教室、办公室）都是通过走廊、过厅、厨房、厕所、楼梯间相联系（走廊、过厅、楼梯间成为横竖交通纽带）。行走路线应简短而又能发挥最大的联系作用，房间大小要合适，门窗位置应有利于充分利用太阳光能及方便搬动和布置家具。一般卧室、起居室、教室、办公室等主要房间应朝南向，辅助房间布局在北侧，对主房间起到保温作用。

②结构合理，维护管理方便。太阳房平面空间组合除了要满足功能要求外，还要求结构合理、便于施工。要注意太阳房的平面形式规格整齐，轮廓简洁，南立面不应有过多凹凸变化，以免妨碍太阳能的收集。结构受力体系必须明确，平面轴线尺寸尽量统一，使构件在经济适度范围内解决。

③上下设备管道统一集中。

（2）朝向选择

合理的朝向和布置间距是太阳房采暖的关键。由于房屋用途不同，房屋朝向偏东南、偏西南要求不一，如教室在北方地区应偏东南，有利于上午接受更多的太阳能，提高上午室温。偏东、偏西一般不超过15℃，如表2-4。

表2-4　偏南角度不同时太阳辐射情况

另外，还应特别注意体型系数的控制。由计算和实测得知，体型系数加2%、4%、6%以至更多，给建筑物带来总能耗将分别增加5%、10%、20%以至更多。对于农村大部分平房来说，其体型系数本来就大，在设计时就更要注意，不能使体型系数过大。

（3）构造及构件设计

①选择合理的集热形式　被动式太阳房的集热装置分直接受益和间接受益两种形式。应按照热工设计和实用加以选择。

②墙体设计应满足热工要求　墙体是建筑物的重要部分，除起承载、围护和分隔空间作用外，还是太阳房集热蓄热部件。

太阳房外围结构和墙体设计必须满足民宅建筑热工设计规则和节约用能设计标准要求，一般多采用复合墙体结构。简单说就是在墙体内增加一层50～120毫米厚的保温层，以增加墙体热阻，如图2-19所示。

图2-19　复合墙构造图

墙体施工中注意砌体砂浆的和易性要好，以保证灰缝中砂浆的饱满程度，防止墙体被冷风渗透，特别注意传热异常部位的保温措施。墙体中的圈梁、门窗过梁、墙的转角、构造柱部位应做好保温处理。

③集热蓄热墙要符合美观、维护管理方便、造价低的原则。

④集热窗的设计　在太阳房中，窗的设置和保温是关键，它是获得太阳辐射能的主要构件。尤其在直接受益式太阳房中起决定性作用。设计时在建筑构造允许的情况下，尽量开大南窗，适当开设东西向窗，少设和不设北向窗，以便获取多量太阳辐射能而减少热损失。

窗玻璃的透性：单层玻璃的阳光透过率为80%，双层为65%，所以，白天单层玻璃比双层玻璃获取的太阳辐射能多，而从窗的热损失看，单层木窗的热损失是双层木窗的二倍。

所以，对较暖地区采用单层玻璃，夜间加聚苯乙烯保温板为好。而在寒冷地区，由于环境温度低，室内外温差大，单层窗在最冷的12月、1月、2月三个月，南窗热损失大于南窗获得的热能，采用双层玻璃窗，全采暖期的热效率为30%，夜间加聚苯乙烯保温板，可使效率提高到50%左右，故寒冷地区，有条件者可在夜间加保温帘或保温窗板。

尽量采用正方形、分格少、玻璃面积大、棂子少的窗型，在满足使用要求前提下采用固定窗。制作窗框时，尽量严丝合缝，活动扇加滚风槽，以减少冷风渗透。

⑤遮阳装置和阳光调节　南向大窗上部应设水平遮阳装置，以减少夏季室内过热现象而又能保证冬季阳光射入室内，如图2-20所示。

图2-20　挑檐计算图

挑檐长度可用下列公式计算：

L=H·ctgh·cosA

式中：L——遮檐挑出长度；

　　　h——当地夏至日正午12时太阳高度角；

　　　A——建筑物墙面法线与太阳方位角所夹的角。正南向建筑此夹角为零，故cosA=1；

　　　H——窗下部至遮阳板下的距离，一般取窗高度的1/4。

（4）被动式太阳房太阳能保证率

一般在65%～70%，永远不可能达到100%。故太阳房要取得满意的效果，必须考虑辅助热源的设置，这点在寒冷地区尤为重要。

（5）温度测量方法

短期A级测量可用热电偶温度计、电阻温度计和水银温度计测量。温度计误差不超过±0.2℃；长期A级和B级温度测量还可使用双金属片自记温度计，但在换纸前要用精度0.2℃的水银温度计校正。测量室内温度时，温度计应安放在室内中心位置距地面1.5米处，温度计要带有通风良好的铝箔保护罩（直径15毫米,长约45毫米）。详测为1次/小时，B级长期监测每天在7时、14时、20时各记录1次。测量室外温度时，温度计应置于被测太阳房10米以内，距地面1.5米的百叶箱内。测量作用温度（即综合温度）时，用直径150毫米的中心装有热电偶或电阻的黑球温度计测量，黑球温度计应置于室内中心距地面1.3～1.5米处。