从热能利用谈居住建筑节能设计

从热能利用谈居住建筑节能设计

高明

高明（西南科技大学土木工程与建筑学院621010）

摘要:本文从太阳热能利用的角度，对住宅的温度分区、太阳房的利用、南向主要居室的进深等方面的节能优化设计进行了阐述,探讨了住宅太阳房利用的优化措施。

关键词:住宅节能温度分区太阳能利用

Fromthethermalenergyutilizationaboutresidentialbuildingenergy-savingdesign

Gaoming

(southwestuniversityofscienceandtechnologyinstituteofcivilengineeringandarchitecture(621010)

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Keywords:residentialenergy-savingtemperaturepartitionofsolarenergyutilization

中图分类号:TU201.5文献标识码:A

引言

住宅建筑节能是一个全方位、全过程的系统工程，从太阳热能利用的角度来看。热环境的应有合理分区，把热环境要求较低的厨房、厕所、过厅等布置在北向，应尽量争取将居室布置在南向，充分利用太阳能，保持冬季室内有较高的温度；应适当减少北窗开窗面积等途径。具体优化措施有以下内容。

1．温度分区

人们对各种房间的使用要求及在室内活动情况不同，对各房间室内热环境的需求也各异。居住者大部分时间生活在起居室和卧室内，对这部分热舒适指标比较关心，可以布置于采集太阳热能较多的位置以保证室温。而对诸如厨房等则要求不高，可以放在西北侧。其一方面可以利用主要房间的热量流失途径达到加温，同时可作为主要房间热量散失的“屏障”，利用房间形成双壁系统，以保证主要房间的室内热稳定，具体表现为起居室与卧室的室内计算温度均比厨房等高3-4℃。

因此，在设计中针对热环境的需求，提出“温度分区法”概念。即将主要空间设置于南面或东南面，充分利用太阳能，保持室内较高的温度，把热环境要求较低的辅助房间如厨房、过厅等布置在较易散失能源的北面，并适当减少北墙的开窗面积。实践证明这是一种有效的、又不会增加投资的节能设计方法。

今天，随着人们对生活舒适条件的要求越来越高，而且由于卫生间中要进行洗浴活动，这一空间的采暖要求也逐渐提高，改变了把卫生间也划分在温度要求较低的空间里的传统观念。所以目前的设计中应考虑将其归人到热环境要求高的空间中。

对建筑物平面进行温度分区的方式主要有以下几种（图1）：

（a）围合法；(b）半封闭法；(c)“三明治”法；（d）立体划分法。图1温度分区示意图

2．太阳房的利用

各式各样的太阳房不仅可以创造出独特的建筑形式，而且能够节省能源，减少额外的热损失，在一年的大部分时间里都可以创造比较舒适的室内热环境。

太阳能量的蓄存主要是靠大面积的南向窗户，但前提是房屋的整体保温隔热性能要好。南向原有的或者后来附加的大面积的玻璃空间或门廊可以增加太阳热的获得，并减少热损失。太阳房热量的蓄存可以从以下几个方面来考虑：

（a）夜间取暖；(b）预热通风；(c）门廊缓冲区；(d)白天蓄热

图3太阳房蓄存热量的几种方式

如果太阳房保温性能不好，白天存储的热量晚上就会流失，那么晚上任何百叶或是保温窗帘都必须关闭，以阻止热量流失。如果太阳房的温度比居住空间还要低，它们之间的通风设备及门缝、窗缝都必须密封。

被动式太阳房在获得热量的同时必须结合天然采光同时考虑，以确保各项性能都比较优越。有关天然采光设计我们在下一节里将会详细讨论。

建筑周围的落叶树木夏季可以利用茂密的枝叶为房屋遮阳，从而防止南向房间夏季过热，冬天树叶落了又可以让更多的阳光照射进来。但是必须注意的是，树木如果种植过密，阴影过多，即使是落叶乔木冬夭进入室内的阳光也会减少50％左右。

对被动式采暖的房屋来说，热量的储存要依靠房屋构件自身，因而储存热量和分配热量比收集热量更为关键。一般被动式采暖的房屋采用储热性能好的材料，如砖、石、混凝土、水等做墙体和楼板（在间接得热系统内，在专门的储热区内采用高储热材料），充当储热体。白天，储热体吸收并储存太阳热量，夜间室温下降时再将储存的热量辐射给房间。

2.1.采用直接得热系统

直接得热系统的关键问题是使阳光直接照射在尽可能多的房屋面积上、从而均匀加热。为此可采用的方法包括：沿东西向建造长而进深小的房屋；将进深小的房屋垂直加高，以获得更多的南墙；在北向房间设置南向天窗；沿南向山坡建造阶梯状房屋，使每一层房间都能受到阳光直射；在屋顶设置天窗，使阳光能够直接加热内墙等。

直接得热式供暖升温快，构造简单，不需增设特殊的集热装置，投资较小，管理方便。因此，是一种最容易推广使用的太阳能采暖方式。缺点是大量阳光进人室内，易产生眩光。

2.2.采用间接得热系统

特朗伯集热墙由向阳表面涂成深色的混凝土墙或砖石墙外覆玻璃构成。玻璃与墙体之间有空气层，玻璃和墙体上下均留有通风孔。冬季白天，空气间层内的空气被太阳加热，并通过墙顶与底部的通风孔向室内对流供暖，夜间靠墙体本身的储热向室内供暖。夏季，特朗伯墙通过两种方式帮助房屋降温，其一是利用墙体储热性能吸收室内热量；其二是利用烟囱效应强化自然通风。

附加阳光间除了可以连在房屋南墙以外，如果能得到南向日照也可以连在东墙或西墙上。日光间内通常用厚实的砖石或混凝土作地面和房间之间的隔墙。可将涂黑的注满水的圆桶排列在墙边或窗下。这些构件都可用来储热和防止室内过热。除非房屋与日光间之间的墙是特朗伯墙，否则该墙在靠近房屋的一侧要有很好的保温，以免夜间室内的热量散失到日光间里。

在夏季，附加日光间要进行遮阳。打开窗户和日光间上部的通风孔，日光间可起到降温作用。

3．南向主要居室的进深

为了保证利用太阳能的南向主要房间能够达到较高的太阳能供暖率SHFI，房间的进深不宜太大。根据经验一般不大于层高的1.5倍比较合适。这时可保证集热面积与房间面积之比不小于30％，从而保证房间具有较高的太阳能供暖率。

4．出入口的保温

一般多、高层住宅单元门朝北的多，冬天开启时会有大量冷空气灌人楼梯间，会使该单元住宅室温下降1-3℃，多消耗的热能达到全部采暖能源的10％。经过估算全北京市冬天，由于大部分单元门敞开所造成的热能损失，大致每年要白白烧掉采暖用煤20万t之多。因此在住宅单元的出人口采取防冷风侵人措施就显得更加重要。在人口处做门斗，应将门斗的人口方向转折90。转为朝东，使出人方向避开冬季最多风向一北风和西北风，以免冷风直接灌人，并且要注意密封良好。

门斗的设置，必须保证有足够的宽度，搜人们在进人外门之后，能有足够的空间先把外门关上，然后再开启内门。对于出门后有转折的门斗，其尺寸还应考虑大件家具以及紧急救护担架出人的需要。

在寒冷地区，住宅楼梯间不采暖时，如果冬天不做好保温和密闭防风，则由于外界冷空气的侵人，楼梯间内的温度接近于室外握度．楼梯间墙及户门的保温性能远低于外墙，并且各户均从楼梯进入家里，大大增加了散热量。所以楼梯间必须由过去的开敞式改为封闭式，特别要注意保温和密闭防风。在有条件的情况下，可在冬季主导风向一侧设置挡风墙或种植常绿树木。

住宅节能设计应该因地制宜，体现可持续发展理论。对住宅温度分区、太阳房的利用、南向主要居室的进深、出入口的保温等方面进行节能优化设计，可以缓解国家的能源问题,同时也可以促进建筑技术和建筑产业的发展,更加合理利用资源,保护生态环境。

参考文献

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