被动式太阳能建筑一体化设计策略

被动式太阳能建筑一体化设计策略

王东波1富振宇2

.青岛市民用建筑设计院有限公司山东青岛266071；2.沈阳市规划设计研究院辽宁沈阳110000

摘要：在目前的太阳能建筑里，大多都是将太阳能的构件在已经建好的建筑上面进行附加，这样的方式不仅对建筑立面的完整性造成损坏，也在效能上造成不利影响。文章就是从太阳能建筑的微观角度、中观角度以及宏观角度进行研究分析，进而在外部环境、建筑本体以及构造技术这几个方面对太阳能建筑的一体化提出设计策略。

关键词：太阳能建筑；被动式；一体化；设计策略

近年来，因为我国有着可再生能源的战略背景，和节能减排的推动，使太阳能建筑的发展速度很快。但是由于整合设计不到位，使得太阳能和建筑一体化的发展受到阻碍。因为很对太阳能建筑都是将太阳能构件在已经完成的建筑外面进行附加的形式，导致太阳能构件和建筑之间没有很好的结合度，对建筑立面美观造成破坏的同时也使太阳能建筑的效能大大降低。如何将天阳能和建筑进行整合是本文主要研究的内容。

被动式太阳能建筑就是根据周围的环境对建筑的朝向进行合理布置，适当选择建筑材料和结构构造，将建筑外部的形体以及内部的空间进行巧妙处理，从而实现房屋的冬暖夏凉。所以，研究被动式太阳能建筑的一体化要进行很多方面因素的研究，需要在微观角度、中观角度以及宏观角度对被动式太阳能建筑的一体化进行研究。

一、外部环境策略

因为太阳能建筑是对基地自然环境的合理利用，在使人舒适健康的同时又减少对环境的影响，因此，基地的自然环境对天阳能建筑起到关键性作用。

（一）与地形地貌相结合

在太阳能建筑中，地形地貌的还坏决定着太阳能建筑的好坏。一般情况下，凹地不适合太阳能建筑，因为“霜洞”现象会使冬季形成的气流对凹地太阳能建筑的能量消耗巨大。而在一些炎热的地区，将太阳能建筑布置在临近水面的地方，会让人觉得更加凉爽。

因此，在设计分析的时候，掌握当地的环境特点尤为重要。

（二）与气候条件的结合

因为太阳能建筑的能源是阳光和风等自然能源，因此气候条件是太阳能建筑的最大影响因素，因此，对太阳高度的分析以及主导风向条件的分析在设计太阳能建筑时是必不可少的。同时也要对当地的植被、地形以及周围建筑对日照的影响进行合理分析，对这些微气候在太阳能建筑的设计过程中做到全面了解。

（三）与周围建筑场的结合

太阳能建筑直接受到周围建筑场的影响，因为太阳能是太阳能建筑的主要能源，所以保证光照是太阳能建筑设计的关键。这对周围建筑的高度、位置以及密度就有一定的要求，所以对周围的建筑群进行合理分析是天阳能建筑设计的重要内容。

二、建筑本体的设计策略

太阳能建筑的采暖以及空调的耗能直接受到建筑形体的影响。所以，一定要根据当地的气候条件以及朝向，风环境、各季节太阳辐射的强度以及维护结构的构造形式等各个方面进行合理分析，最终确定最适宜的太阳能建筑形体[1]。

（一）体型系数

建筑物和室外大气接触的外表面积F和其包围体积V之间的比值就是体形系数。围合建筑物室内的单位体积需要的建筑围护外变面积就是体形系数的物理意义。因此，合理的体型系数可以有效减少建筑的能量消耗，是任何建筑都应该注意的一个问题。如果体形系数较大，单位空间的建筑和室外的大气就有着较大的接触面积，也就有着较大的热散失面积，因此也就有着较高的能量消耗。

因为光太阳能建筑的主要能量，所以建筑既要保证体形系数较低，又要保证有足够的南向屋顶的光照面积。因此，对于点式的建筑，可以采取拼接成排的方法，有效减少总的外表面积的同时保证南向光照的充足。

（二）平面布局

在功能要求得到满足的条件下，应该尽量保证建筑平面布局的简洁性。这样在炎热的条件下会更有利于通风，进而降低能量的消耗；在以采暖为主要目的的情况下，能够做到将能量从南向直接受益的房间到北部非直接太阳辐射房间的转移。

（三）围护结构

保温性能的良好以及隔热性能的良好是建筑围护结构必须具备的条件，因此在用具的材料选择上，一定要保证热工性能的良好。墙体通常用到符合墙体的节能技术，选材时一定要注意保温性能是否足够良好。也可以和接收太阳能的蓄热墙体进行结合的方式，或者结合一些绿色攀爬植物实现墙体的垂直绿化。因为屋面在太阳角度较高的夏季会接受大部分辐射，所以保温隔热能力对屋面特别重要。也应该注意合理利用屋面的光照资源，在传统的保温技术基础上采用屋面双层通风的方法，也可以采用一些新型屋面[2]。例如种植屋面以及阁楼屋面，在结合过程中应该考虑到光伏板以及太阳能集热器等技术。

在冬季，建筑物的窗户会散失很大的热量，所以，最有效的方法就是对建筑物的保温性能进行提高，尤其是建筑物窗户的保温性，进而减少冬季热量散失对能源的更大消耗。所以应该使建筑物的窗户具有良好的密封性，选材时也要注重材料的保温性能是否良好。

三、构造技术设计策略

在太阳能建筑设计的初期阶段，就应该对太阳能建筑中不可缺少的内容进行考虑，然后全部融入设计元素当中。这样就可以使太阳能系统和建筑巧妙融合，而不再以一种不降融合的附加形式存在。

（一）被动式太阳能原理

按照工作的原理，可以将被动式太阳能技术分成四种：一是温室效应类，就是利用玻璃等透明性的材料让射入室内的日光的热量由短波的光变成长波的辐射，并且可以让热量聚集在室内，使热度逐渐增加附加阳光间和直接受等都是利用这种技术；二是蓄热再放热类，就是利用蓄热性能好的材料，将白天日光照射产生的热量予以储存，等到夜间没有太阳光照射的时候再将储存的热量释放，保持室内温度储热炕、太阳墙、储热墙等都用到了这种技术；三是烟囱效应类，也可以将其称为浮力通风，就是利用受热的空气产生气压差，从而产生浮力上升，来实现自然通风，这样可以使新鲜空气从建筑底部吸入进来，将室内的空气从建筑上方的排风口排出去，太阳能烟囱以及地道通风等都用到了这种技术；四是光线利用类，就是用遮阳板构件进行夏季降温时的遮阳，用采光以及导光技术进行室内的采光，同时也可以结合采光和遮阳两种技术，用遮阳板当反光板，从而使室内的光环境得以改善。

（二）被动式技术与建筑功能的融合

为了让被动式太阳能构件和建筑的本体做到融合，可以将功能或者构件与建筑相似的太阳能构件“建筑化”，也可以将建筑和被动式太阳能构件相关的功能按照被动式太阳能构件来进行适当的改造。

例如可以将南向的阳台进行改造，给其加上玻璃罩促进温室效应的形成，进而形成附加阳光间；为了实现建筑的拔风效果，可以将通风口留在建筑的顶部，进而形成天井；直接受益墙可以通过加大南窗面积的方法来形成；也可以将玻璃幕墙设计成双层的结构，使通风换气可以由空气的浮力来辅助实现，从而实现呼吸幕墙的效果[3]。

（三）被动式技术与建筑构件形结合

可以按照安装的部位以及使用的原理，将附加在建筑物上面的被动式构件进行嵌套设计，使其与建筑本体有效结合，成为建筑的一部分，在形式上实现一体化。

比如在阳台上安装热水器的时候，就可以将阳台栏板功能融合进来，和楼房阳台封装形成一体化，进而实现建筑构件的多功能，将太阳能热水器跟建筑实现一个完美结合

（四）被动式构件的体系化

要对太阳能构件进行大量的分析，便于找到通用的模数，创造通用的安装方式，这样才能实现标准化、配套化、系列化的被动式太阳能构件对各种建筑的普遍适用，进而真正实现被动式太阳能构件与建筑的一体化。

结语

在被动式太阳能建筑一体化的设计中，一定要考虑到环境的因素，由此来确定建筑的形态、结构的围护以及被动式技术的选择。将被动式太阳能系统以及构件在设计的初期就应该进行合理考虑，做到将其与建筑完美结合，让它不再是附加在建筑上影响美观和性能的构件，而成为建筑的一部分，实现与建筑的真正一体化。

参考文献

[1]章宁，钱利姣，张永娟.太阳能与建筑一体化概述[J].建筑节能，2013（3）：20

[2]鲁红光.被动式太阳能建筑一体化设计[J].科技传播，2013（20）：39

[3]李丹.太阳能在绿色建筑中的一体化应用[J].科技视界，2013（27）：127