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【摘 要】本文介绍的工程实例为被动式太阳能生产厂房，文中介绍了该项目的设计理念及原理，并对实际使用效果进行了分析。
【关键词】被动式 太阳能 厂房 设计 效果
1. 项目背景
全球性的环境恶化和能源的危机已经越来越引起全人类的普遍重视，太阳能作为一种巨大的、无污染的能源，它在未来的能源替代中处于颇为重要的位置。从我国国情来看,建筑节能是社会经济发展的需要，是减轻大气污染的需要，是改善建筑热环境的需要.建筑节能的开发利用至关重要。
长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致“温室效应”和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。
秦皇岛市的气候类型属于暖温带,地处半湿润区，属于温带季风气候。因受海洋影响较大，气候比较温和，春季少雨干燥，夏季温热无酷暑，秋季凉爽多晴天，冬季漫长无严寒。辖区内地势多变，但气候影响不大。2006年，市区全年平均气温11.2℃，平均最高24.9℃，最低零下4.3℃，全年降雨量551.7毫米。该地区的气候特点事宜建设太阳能厂房。
2. 工程概况
本文介绍的被动式太阳能厂房是秦皇岛市显星机械设备有限公司的一个生产厂房，位于河北省秦皇岛市北戴河开发区，该厂房长62米,宽21米,高12米,建筑占地面积1344平方米，为单层钢结构建筑。建设工期一年，建设投资约25万元，于2007年9月竣工投产。
该厂房采用被动式太阳能采暖系统，主要建筑南侧设置蓄热系统，同时设置地源热泵系统进行辅助采暖，该项目利用太阳能实现厂房冬季供暖，是一个依靠可再生能源解决厂房用能的示范项目。
3. 被动式太阳能厂房的设计理念及原理
笔者在设计该被动式太阳能厂房时充分考虑到了秦皇岛地区的气候特点，在保证冬季供暖效果的同时，充分考虑到了夏季过热的问题。
该被动式太阳能厂房是利用太阳能进行供暖的厂房建筑，太阳能供热过程未采用动力，为被动式太阳能供暖。
东、西、南墙(主要南墙)采用集热板蓄热墙。白天利用太阳直射迅速加热集热板,玻璃罩与墙体间夹层内的空气被热的集热板表面加热上升,通过墙体上部的通气孔进入室内；同時室内冷空气通过下部通气孔吸进夹层；如此形成室内输送热风的对流循环。
太阳墙主要形式包括：复合型太阳墙、特朗勃墙、保温特朗勃墙、不通风太阳墙。这四种墙体热效率最高的为特朗勃墙。特朗勃墙（Trombc）是法国奥德曼（Odeillo）太阳能研究所所长Felix Ttombe（菲利西·特朗勃）博士创造，而由建筑师Michel设计的一种被动式太阳房上应用。1956年开始研究。其结构利用南墙除南窗以外墙面作玻璃覆盖，使这部分墙体变成集热蓄热墙。
特朗勃墙是由朝南的重质墙体与相隔一定距离的玻璃盖板组成。在冬季，太阳透过玻璃盖板被表面涂成黑色的重质墙体吸收并储存起来，墙体上带有上下风口，使室内空气得以流动。玻璃盖板和空气层抑制了墙体所吸收的辐射热向外的散失。
但是，冬季蓄热的效果越好，夏季越容易出现过热问题。笔者设计过程中充分考虑到了特朗勃墙夏季容易出现过热的问题，并进行了有针对性的改进。夏季，将加热集热板通过轴承进行翻转过来，集热板的背面刷白色涂基，可进行反光，另外关闭上下风口，从而解决了夏季过热问题。
加热集热板板采用导热系数良好，受热均匀的铝片。涂料采用太阳能选择性吸收性涂基，其太阳吸收率可达0.94。黑色的集热板具有很好的吸收作用。同时玻璃罩具有透过“短波太阳辐射”而不透过“长波红外热辐射”的特殊性，一旦太阳能能通过玻璃，并被集热板吸收，则由集热板再次发出的热辐射，就不会再通过玻璃再返回到室外，而被限制在房间内部加以利用。因此，太阳能暖房具有集热、蓄热作用。集热板背面刷白色涂基，具有反光效果，夏季可将此面通过轴承进行翻转，避免夏季吸收过多热量产生过热。
该被动式太阳能厂房除在利用太阳能上进行了设计外，在门窗、维护结构、辅助供暖（制冷）系统的设计上也充分考虑了到了节能效果。窗选用的是双层中空玻璃窗、门选用的是保温防盗门、墙体进行了外保温处理、辅助供暖采用了节能产品地源热泵系统。通过这些辅助的设计，从而达到了建筑物的整体节能效果。
4. 被动式太阳能厂房实际使用效果分析
4.1节能效果明显
被动式太阳房是太阳能向室内传递, 不采用任何机械动力, 不需要专门蓄热器、热交换器、水泵或风机等设备, 而完全由自然方式辐射、传导和自然对流进行供暖制冷。南窗既是房屋的采光部件, 又是太阳能系统的集热部件墙体既是房屋的围护构件,又是太阳能系统的集热蓄热部件。这样的房屋结构部件,既达到利用太阳能的目的,又可节约费用。
冬季室内的温度在不开启辅助供暖系统时，能保证厂房在零上10度以上，较寒冷的几天或是连续的阴雨天，可开启辅助供暖系统，可以实现顺利过渡，事实证明采暖期开启辅助供暖的天数不足30天，节能效果明显。
实现自然通风，在不开启通风机和换气扇时，能够利用对流，实现厂房内的通风换气，大大提高了空气品质。
4.2先期投资少，年节约采暖费用70%以上
被动式太阳能建筑是通过建筑朝向和周围环境的合理配置以及建筑材料和结构的恰当选择，依靠房屋本身来完成集取、储存和分配太阳能的建筑形式。它的优点是建造技术简单，先期投资少，能基本满足人们对房间舒适度的要求。
本工程由于增加了被动式太阳能系统，增加投资不足10%, 但是年节省采暖费70%,经济上也是可行的。
4.3为项目所在地其他类似工程起到了示范作用，具有良好的社会效益
该项目的建设，为该地区的同类工程起到了很好的示范、和参考作用；在节能降耗方面做出非常有益的尝试，具有重要的社会意义。
结束语
随着今后能源价格的不断上涨，该项目的优越性会进一步显现。由于技术有限，该项目还不够完美，随着科技不断发展和进步，被动式太阳能供暖（制冷）技术会进一步提高。
参考文献：
[1]喜文华.被动式太阳房的设计与建造[M].北京：北学工业出版社，2007.
[2]王恒一，王兴久.中国太阳房技术研究探讨[J].沈阳建筑工程学(院学报自然科学版)，1993，9(4):402-407.
[3]王崇杰，赵学义.论太阳能建筑一体化设计.建筑学报，2002.7，29.
[4]王长贵，郑瑞澄.新能源在建筑中的应用.北京：中国电力出版社，2003，25，62.73.
作者简介：郝琳洁,毕业院校：燕山大学,专业：建筑环境与设备工程,单位：北京本土建筑设计有限公司秦皇岛分公司, 生日：1983年6月16日;
宋广瑞， 毕业院校：燕山大学，专业：建筑环境与设备工程， 单位：中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司， 生日：1982年7月24日。
（作者单位：郝琳洁,北京本土建筑设计有限公司秦皇岛分公司；宋广瑞中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司）
【关键词】被动式 太阳能 厂房 设计 效果
1. 项目背景
全球性的环境恶化和能源的危机已经越来越引起全人类的普遍重视，太阳能作为一种巨大的、无污染的能源，它在未来的能源替代中处于颇为重要的位置。从我国国情来看,建筑节能是社会经济发展的需要，是减轻大气污染的需要，是改善建筑热环境的需要.建筑节能的开发利用至关重要。
长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致“温室效应”和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。
秦皇岛市的气候类型属于暖温带,地处半湿润区，属于温带季风气候。因受海洋影响较大，气候比较温和，春季少雨干燥，夏季温热无酷暑，秋季凉爽多晴天，冬季漫长无严寒。辖区内地势多变，但气候影响不大。2006年，市区全年平均气温11.2℃，平均最高24.9℃，最低零下4.3℃，全年降雨量551.7毫米。该地区的气候特点事宜建设太阳能厂房。
2. 工程概况
本文介绍的被动式太阳能厂房是秦皇岛市显星机械设备有限公司的一个生产厂房，位于河北省秦皇岛市北戴河开发区，该厂房长62米,宽21米,高12米,建筑占地面积1344平方米，为单层钢结构建筑。建设工期一年，建设投资约25万元，于2007年9月竣工投产。
该厂房采用被动式太阳能采暖系统，主要建筑南侧设置蓄热系统，同时设置地源热泵系统进行辅助采暖，该项目利用太阳能实现厂房冬季供暖，是一个依靠可再生能源解决厂房用能的示范项目。
3. 被动式太阳能厂房的设计理念及原理
笔者在设计该被动式太阳能厂房时充分考虑到了秦皇岛地区的气候特点，在保证冬季供暖效果的同时，充分考虑到了夏季过热的问题。
该被动式太阳能厂房是利用太阳能进行供暖的厂房建筑，太阳能供热过程未采用动力，为被动式太阳能供暖。
东、西、南墙(主要南墙)采用集热板蓄热墙。白天利用太阳直射迅速加热集热板,玻璃罩与墙体间夹层内的空气被热的集热板表面加热上升,通过墙体上部的通气孔进入室内；同時室内冷空气通过下部通气孔吸进夹层；如此形成室内输送热风的对流循环。
太阳墙主要形式包括：复合型太阳墙、特朗勃墙、保温特朗勃墙、不通风太阳墙。这四种墙体热效率最高的为特朗勃墙。特朗勃墙（Trombc）是法国奥德曼（Odeillo）太阳能研究所所长Felix Ttombe（菲利西·特朗勃）博士创造，而由建筑师Michel设计的一种被动式太阳房上应用。1956年开始研究。其结构利用南墙除南窗以外墙面作玻璃覆盖，使这部分墙体变成集热蓄热墙。
特朗勃墙是由朝南的重质墙体与相隔一定距离的玻璃盖板组成。在冬季，太阳透过玻璃盖板被表面涂成黑色的重质墙体吸收并储存起来，墙体上带有上下风口，使室内空气得以流动。玻璃盖板和空气层抑制了墙体所吸收的辐射热向外的散失。
但是，冬季蓄热的效果越好，夏季越容易出现过热问题。笔者设计过程中充分考虑到了特朗勃墙夏季容易出现过热的问题，并进行了有针对性的改进。夏季，将加热集热板通过轴承进行翻转过来，集热板的背面刷白色涂基，可进行反光，另外关闭上下风口，从而解决了夏季过热问题。
加热集热板板采用导热系数良好，受热均匀的铝片。涂料采用太阳能选择性吸收性涂基，其太阳吸收率可达0.94。黑色的集热板具有很好的吸收作用。同时玻璃罩具有透过“短波太阳辐射”而不透过“长波红外热辐射”的特殊性，一旦太阳能能通过玻璃，并被集热板吸收，则由集热板再次发出的热辐射，就不会再通过玻璃再返回到室外，而被限制在房间内部加以利用。因此，太阳能暖房具有集热、蓄热作用。集热板背面刷白色涂基，具有反光效果，夏季可将此面通过轴承进行翻转，避免夏季吸收过多热量产生过热。
该被动式太阳能厂房除在利用太阳能上进行了设计外，在门窗、维护结构、辅助供暖（制冷）系统的设计上也充分考虑了到了节能效果。窗选用的是双层中空玻璃窗、门选用的是保温防盗门、墙体进行了外保温处理、辅助供暖采用了节能产品地源热泵系统。通过这些辅助的设计，从而达到了建筑物的整体节能效果。
4. 被动式太阳能厂房实际使用效果分析
4.1节能效果明显
被动式太阳房是太阳能向室内传递, 不采用任何机械动力, 不需要专门蓄热器、热交换器、水泵或风机等设备, 而完全由自然方式辐射、传导和自然对流进行供暖制冷。南窗既是房屋的采光部件, 又是太阳能系统的集热部件墙体既是房屋的围护构件,又是太阳能系统的集热蓄热部件。这样的房屋结构部件,既达到利用太阳能的目的,又可节约费用。
冬季室内的温度在不开启辅助供暖系统时，能保证厂房在零上10度以上，较寒冷的几天或是连续的阴雨天，可开启辅助供暖系统，可以实现顺利过渡，事实证明采暖期开启辅助供暖的天数不足30天，节能效果明显。
实现自然通风，在不开启通风机和换气扇时，能够利用对流，实现厂房内的通风换气，大大提高了空气品质。
4.2先期投资少，年节约采暖费用70%以上
被动式太阳能建筑是通过建筑朝向和周围环境的合理配置以及建筑材料和结构的恰当选择，依靠房屋本身来完成集取、储存和分配太阳能的建筑形式。它的优点是建造技术简单，先期投资少，能基本满足人们对房间舒适度的要求。
本工程由于增加了被动式太阳能系统，增加投资不足10%, 但是年节省采暖费70%,经济上也是可行的。
4.3为项目所在地其他类似工程起到了示范作用，具有良好的社会效益
该项目的建设，为该地区的同类工程起到了很好的示范、和参考作用；在节能降耗方面做出非常有益的尝试，具有重要的社会意义。
结束语
随着今后能源价格的不断上涨，该项目的优越性会进一步显现。由于技术有限，该项目还不够完美，随着科技不断发展和进步，被动式太阳能供暖（制冷）技术会进一步提高。
参考文献：
[1]喜文华.被动式太阳房的设计与建造[M].北京：北学工业出版社，2007.
[2]王恒一，王兴久.中国太阳房技术研究探讨[J].沈阳建筑工程学(院学报自然科学版)，1993，9(4):402-407.
[3]王崇杰，赵学义.论太阳能建筑一体化设计.建筑学报，2002.7，29.
[4]王长贵，郑瑞澄.新能源在建筑中的应用.北京：中国电力出版社，2003，25，62.73.
作者简介：郝琳洁,毕业院校：燕山大学,专业：建筑环境与设备工程,单位：北京本土建筑设计有限公司秦皇岛分公司, 生日：1983年6月16日;
宋广瑞， 毕业院校：燕山大学，专业：建筑环境与设备工程， 单位：中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司， 生日：1982年7月24日。
（作者单位：郝琳洁,北京本土建筑设计有限公司秦皇岛分公司；宋广瑞中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司）