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【摘 要】探讨了被动式太阳能技术在住宅中的应用，主要阐述了太阳能被动式采暖和降温的策略，并提出需要利用自然通风提高被动式太阳能住宅的空气品质，展望了被动式太阳能技术在建筑设计上的发展前景。
【关键词】被动式；太阳能；采暖；降温；通风
太阳能建筑一般分为主动式和被动式两种，主动式太阳能建筑依靠集热器以及管道、风机、水泵等设备主動获取太阳能，再通过一定的设备产生热量或冷量。该方式控制调节比较方便灵活，人处于主动地位，但是第一次投资大，技术复杂，维修管理工作量大，而且仍然要耗费一定数量的常规能源。相对于主动式太阳能建筑而言，被动式太阳能建筑则属于建筑设计的优化，被动式太阳能建筑不依赖常规能源的消耗，通过建筑物自身直接对太阳辐射进行吸收和疏导而获得舒适的室内热环境。通过控制阳光和空气在恰当的时间进入建筑，并合理储存和分配热空气和冷空气，从而使能源得到有效的利用。被动式太阳能系统设计和施工方便，经济性更高，更适合我国的国情。其设计策略可以简单的概括为被动式采暖和被动式降温。
一、被动式太阳能住宅采暖方式
（一）直接受益式。直接受益式是指阳光直接透过南向窗户进入室内的采暖形式，是与普通建筑差别最小的一种形式。阳光透过窗，直接照射到的地面、墙壁和家具上面，这些构件作为吸热和储热体将热量吸收，温度升高，其它一部分被反射的阳关被维护结构内表面吸收，另一部分则以辐射和对流的方式在室内空间传递。晚上当室温低于这些构件表面温度时蓄热体散发热量，从而达到房间采暖的目的。在这个过程中房间本身就是一个能量收放的系统。直接受益式都是最简单的被动式采暖措施，这种方式的优点是房间升温快，构造简单，投资小，管理方便；缺点是是升温快但是降温也快，晚上为了减少房间热损失必须用保温窗帘覆盖窗户。
（二）集热蓄热墙式。集热墙是通过对普通外墙构造的改良，使是墙体能更好地收集和储存太阳能。实体集热墙是在南向实墙外表涂上黑漆或其他暗色，再覆盖一玻璃罩，墙体便成为集热和储热器。在夜间墙体则成为放热体。为了能使墙体储热多、放热慢，通常采用混凝土实墙或实心砖墙等热容大、热惰性大的材料。
（三）附加阳光房式。这种是直接受益式和集热墙式的混合产物。阳光房建在建筑南侧，其靠室外一侧全部设置玻璃，阳光房与房间之间为集热墙。附加阳光间的形式可大致分为下面3种：1、在建筑整个南面上增加透明玻璃围合成大空间；2、建筑的中庭设置透明玻璃屋面；3、借建筑南面的窗户和阳台形成一个个小的透明封闭空间。
阳光房的工作原理是：冬季当阳光进入附加阳光房后，集热墙将热量吸收并对阳光房内的冷空气进行低温辐射，温度升高后，空气因密度减小上升，由集热墙上部的开口进入室内，同时阳光房的底部形成了负压，室内的冷空气被吸入阳光房进行加热，这样阳光房内的空气和室内的空气因为对流而达到房间采暖的目的。附加阳光房作为室外和室内的缓冲空间，在夜晚可以关闭集热墙顶部和底部的通风口以减少房间的热损失，房间的温度波动相应减小。除了起到采暖的作用以外，附加阳光间也可以作为白天人们的休息、活动的空间。阳光房的玻璃面应尽可能开启，这样夜间才能够通风，白天则可通过北向的门窗释放废热、废气。中庭玻璃屋面顶设置成可开启，在不适宜的气压下也可顺利散热排废，在采暖的同时增加通风，提高室内空气质量。
（四）贮热屋顶式。在建筑屋顶放置装水的黑色塑料袋，并在上面安装可水平推拉的保温隔热板。这种方法充分利用了水的热容性大的特点。在冬天，白天推开盖板，让水袋吸收太阳辐射的热量，再传到下面的房间；夜里关上盖板，阻止室内热量从屋面散失。夏天则相反。这种方法具有冬季保温和夏季隔热的双重作用。
（五）对流环路式。对流环路式是国外广泛利用的太阳能采暖方式，它是由对流环路板是一个平板空气集热器和玻璃覆盖着深色金属太阳能热板组成。空气经过吸热板前后的通道时吸收了吸热板释放的热量而上升，经过上部的风口进入室内。同时房间内温度低的空气由下风口进入集热器继续加温形成对流循环。
（六）组合式。以上几种基本类型的措施都有其独特之处。把由两个或两个以上组合而成的系统称为组合式系统。不同的采暖方式结合使用，可以形成互为补充的、更为有效的被动式太阳能采暖系统。
二、被动式太阳能住宅降温方式
被动式太阳能的设计不仅要考虑冬季采暖，还要充分重视夏季的降温效果。要利用热的对流，辐射和传导的原理，采取积极有效措施来阻止外部热量的侵入和疏散内部热量。即需要降低室内得热，提高散热。
（一）降低得热。降低得热要在住宅的建造位置与朝向选择、形体设计、内部空间、围护体的保温隔热、遮阳设计等方面进行考虑。我国被动式太阳能住宅的最佳朝向为正南方向，住宅在这个方向的南墙及南窗才可获得最多的太阳能。在实际设计中不能满足要求时可根据情况适当偏转方向，但不宜超过15°。建筑平面宜采用沿东西方向展开的矩形平面，建筑形体设计也应在满足使用功能的前提下力求简洁，墙面上不要出现过多的凸凹变化。被动式太阳能住宅要增加墙体的保温隔热性能，减小窗户的传热系数(如采用中空玻璃)，并加强窗户的整体气密性。也可采用倒置式屋面或者通风式屋面等，用绿色植物、建筑构件（如遮阳百叶）来增加建筑的遮阳性能。
（二）提高散热。传统的被动式太阳能采暖技术在其解决供暖问题的同时提高了外维护结构的气密性，阻断了空气通过门窗的自然渗透，使室内通风量锐减，导致室内空气品质严重恶化。经科研测试和实践证明，良好的通风换气是排除污染物、提高空气质量的最经济有效的措施，同时也可以提高房屋的散热性能。被动式太阳能住宅的通风设计，可以通过穿越式通风和浮力烟囱式通风来实现。
(1)穿越式通风。建筑的迎风面和背风面会有压力差，空气从房屋压力高的一侧窗户流入，从压力低的一侧窗户流出。房屋在通风方向的进深不能太大，否则就会通风不畅。进气窗和出气窗之间的风压差大，房屋内部空气流动阻力小，才能保证通风流畅。
(2)浮力烟囱式通风。主要依靠密度差异使室外冷空气从低处的窗户进入室内，室内的暖空气则从高位窗处排出。通常用烟囱或天井来产生足够的浮力，促进通风[4]。在被动式太阳能住宅的设计中，可以利用上下空间的贯通来通风。即在上下贯通的空间里面，分别在上部和下部设置换气窗，利用温差进行通风，也可以通过直接设置通风竖井来带走室内的热量。
三、结语
许多被动式太阳能建筑外观非常别致，而且还可以设计成各种建筑风格，常给人清新明亮的感觉。尤其在在阳光明媚的冬日，当阳光照进室内的时候，房间很快就充满了生机与活力。被动式太阳能建筑的前期投入并不比普通建筑高很多，但是，在长期的运营过程中，却能取得很好的节能效益。它可以不使用复杂的科技，而是在设计中智慧地用极小的代价去解决问题。随着太阳能技术的逐步发展，被动式太阳能技术将发挥出更大的优势，对建筑的可持续发展有更重要的意义。
【参考文献】
[1]蔡余萍,杨祖贵.被动式太阳能建筑设计探讨[J].四川建筑科学研究 2007(10)
[2]孙喆.夏热冬冷地区多层住宅被动式设计策略研究[D].华中科技大学
[3]王崇杰，薛彩霞，薛一冰 基于通风换气对被动式太阳能采暖改进[J]建筑节能.2006(4)
[4]李臣杰.上海高层住宅与太阳能技术一体化应用研究[D]同济大学
【关键词】被动式；太阳能；采暖；降温；通风
太阳能建筑一般分为主动式和被动式两种，主动式太阳能建筑依靠集热器以及管道、风机、水泵等设备主動获取太阳能，再通过一定的设备产生热量或冷量。该方式控制调节比较方便灵活，人处于主动地位，但是第一次投资大，技术复杂，维修管理工作量大，而且仍然要耗费一定数量的常规能源。相对于主动式太阳能建筑而言，被动式太阳能建筑则属于建筑设计的优化，被动式太阳能建筑不依赖常规能源的消耗，通过建筑物自身直接对太阳辐射进行吸收和疏导而获得舒适的室内热环境。通过控制阳光和空气在恰当的时间进入建筑，并合理储存和分配热空气和冷空气，从而使能源得到有效的利用。被动式太阳能系统设计和施工方便，经济性更高，更适合我国的国情。其设计策略可以简单的概括为被动式采暖和被动式降温。
一、被动式太阳能住宅采暖方式
（一）直接受益式。直接受益式是指阳光直接透过南向窗户进入室内的采暖形式，是与普通建筑差别最小的一种形式。阳光透过窗，直接照射到的地面、墙壁和家具上面，这些构件作为吸热和储热体将热量吸收，温度升高，其它一部分被反射的阳关被维护结构内表面吸收，另一部分则以辐射和对流的方式在室内空间传递。晚上当室温低于这些构件表面温度时蓄热体散发热量，从而达到房间采暖的目的。在这个过程中房间本身就是一个能量收放的系统。直接受益式都是最简单的被动式采暖措施，这种方式的优点是房间升温快，构造简单，投资小，管理方便；缺点是是升温快但是降温也快，晚上为了减少房间热损失必须用保温窗帘覆盖窗户。
（二）集热蓄热墙式。集热墙是通过对普通外墙构造的改良，使是墙体能更好地收集和储存太阳能。实体集热墙是在南向实墙外表涂上黑漆或其他暗色，再覆盖一玻璃罩，墙体便成为集热和储热器。在夜间墙体则成为放热体。为了能使墙体储热多、放热慢，通常采用混凝土实墙或实心砖墙等热容大、热惰性大的材料。
（三）附加阳光房式。这种是直接受益式和集热墙式的混合产物。阳光房建在建筑南侧，其靠室外一侧全部设置玻璃，阳光房与房间之间为集热墙。附加阳光间的形式可大致分为下面3种：1、在建筑整个南面上增加透明玻璃围合成大空间；2、建筑的中庭设置透明玻璃屋面；3、借建筑南面的窗户和阳台形成一个个小的透明封闭空间。
阳光房的工作原理是：冬季当阳光进入附加阳光房后，集热墙将热量吸收并对阳光房内的冷空气进行低温辐射，温度升高后，空气因密度减小上升，由集热墙上部的开口进入室内，同时阳光房的底部形成了负压，室内的冷空气被吸入阳光房进行加热，这样阳光房内的空气和室内的空气因为对流而达到房间采暖的目的。附加阳光房作为室外和室内的缓冲空间，在夜晚可以关闭集热墙顶部和底部的通风口以减少房间的热损失，房间的温度波动相应减小。除了起到采暖的作用以外，附加阳光间也可以作为白天人们的休息、活动的空间。阳光房的玻璃面应尽可能开启，这样夜间才能够通风，白天则可通过北向的门窗释放废热、废气。中庭玻璃屋面顶设置成可开启，在不适宜的气压下也可顺利散热排废，在采暖的同时增加通风，提高室内空气质量。
（四）贮热屋顶式。在建筑屋顶放置装水的黑色塑料袋，并在上面安装可水平推拉的保温隔热板。这种方法充分利用了水的热容性大的特点。在冬天，白天推开盖板，让水袋吸收太阳辐射的热量，再传到下面的房间；夜里关上盖板，阻止室内热量从屋面散失。夏天则相反。这种方法具有冬季保温和夏季隔热的双重作用。
（五）对流环路式。对流环路式是国外广泛利用的太阳能采暖方式，它是由对流环路板是一个平板空气集热器和玻璃覆盖着深色金属太阳能热板组成。空气经过吸热板前后的通道时吸收了吸热板释放的热量而上升，经过上部的风口进入室内。同时房间内温度低的空气由下风口进入集热器继续加温形成对流循环。
（六）组合式。以上几种基本类型的措施都有其独特之处。把由两个或两个以上组合而成的系统称为组合式系统。不同的采暖方式结合使用，可以形成互为补充的、更为有效的被动式太阳能采暖系统。
二、被动式太阳能住宅降温方式
被动式太阳能的设计不仅要考虑冬季采暖，还要充分重视夏季的降温效果。要利用热的对流，辐射和传导的原理，采取积极有效措施来阻止外部热量的侵入和疏散内部热量。即需要降低室内得热，提高散热。
（一）降低得热。降低得热要在住宅的建造位置与朝向选择、形体设计、内部空间、围护体的保温隔热、遮阳设计等方面进行考虑。我国被动式太阳能住宅的最佳朝向为正南方向，住宅在这个方向的南墙及南窗才可获得最多的太阳能。在实际设计中不能满足要求时可根据情况适当偏转方向，但不宜超过15°。建筑平面宜采用沿东西方向展开的矩形平面，建筑形体设计也应在满足使用功能的前提下力求简洁，墙面上不要出现过多的凸凹变化。被动式太阳能住宅要增加墙体的保温隔热性能，减小窗户的传热系数(如采用中空玻璃)，并加强窗户的整体气密性。也可采用倒置式屋面或者通风式屋面等，用绿色植物、建筑构件（如遮阳百叶）来增加建筑的遮阳性能。
（二）提高散热。传统的被动式太阳能采暖技术在其解决供暖问题的同时提高了外维护结构的气密性，阻断了空气通过门窗的自然渗透，使室内通风量锐减，导致室内空气品质严重恶化。经科研测试和实践证明，良好的通风换气是排除污染物、提高空气质量的最经济有效的措施，同时也可以提高房屋的散热性能。被动式太阳能住宅的通风设计，可以通过穿越式通风和浮力烟囱式通风来实现。
(1)穿越式通风。建筑的迎风面和背风面会有压力差，空气从房屋压力高的一侧窗户流入，从压力低的一侧窗户流出。房屋在通风方向的进深不能太大，否则就会通风不畅。进气窗和出气窗之间的风压差大，房屋内部空气流动阻力小，才能保证通风流畅。
(2)浮力烟囱式通风。主要依靠密度差异使室外冷空气从低处的窗户进入室内，室内的暖空气则从高位窗处排出。通常用烟囱或天井来产生足够的浮力，促进通风[4]。在被动式太阳能住宅的设计中，可以利用上下空间的贯通来通风。即在上下贯通的空间里面，分别在上部和下部设置换气窗，利用温差进行通风，也可以通过直接设置通风竖井来带走室内的热量。
三、结语
许多被动式太阳能建筑外观非常别致，而且还可以设计成各种建筑风格，常给人清新明亮的感觉。尤其在在阳光明媚的冬日，当阳光照进室内的时候，房间很快就充满了生机与活力。被动式太阳能建筑的前期投入并不比普通建筑高很多，但是，在长期的运营过程中，却能取得很好的节能效益。它可以不使用复杂的科技，而是在设计中智慧地用极小的代价去解决问题。随着太阳能技术的逐步发展，被动式太阳能技术将发挥出更大的优势，对建筑的可持续发展有更重要的意义。
【参考文献】
[1]蔡余萍,杨祖贵.被动式太阳能建筑设计探讨[J].四川建筑科学研究 2007(10)
[2]孙喆.夏热冬冷地区多层住宅被动式设计策略研究[D].华中科技大学
[3]王崇杰，薛彩霞，薛一冰 基于通风换气对被动式太阳能采暖改进[J]建筑节能.2006(4)
[4]李臣杰.上海高层住宅与太阳能技术一体化应用研究[D]同济大学