浅析结合被动式太阳能系统的建筑设计
关键词：设计策略被动式太阳能一体化设计
一、被动式太阳能简介
1.被动式太阳能技术：是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，建筑内部空间和外部形体的巧妙处理以及建筑材料和结构、构造的恰当选择，使房屋在冬季解决建筑采暖，夏季遮阳散热。
2.被动式太阳能采暖技术的3大要素为：集热、蓄热和保温。
重质墙（混凝土、石块等）良好的蓄热性能，可以抑制夜间或阴雨天室温的波动。
按太阳能利用的方式进行分类，其形式主要有以下几种：1）直接受益式；2）集热蓄热墙式；3）附加阳光间式；4）组合式等。
3.适应性设计：建筑适应性设计就是从整体观出发，通过不断调整建筑自身构成要素适应客观外部条件的系统行为[1]。
建筑自身的设计及其对周围生态环境的影响，受到所处时空条件的制约。
建筑与周围环境之间存在着随时间变化的相互作用，如四季的变换就体现出时间推移的影响。
建筑通过适应性设计，合理利用环境中的有利因素，改善不利因素，协调内部组成部分保持融洽的动态平衡，使客观条件和内部关系相适应，以达到提高建筑整体功效之目的。
二、被动式太阳能建筑的设计原理
1.任何一个建筑都必须建立在对特定地方条件分析与评价的基
础上，包括对原有植物状况、建筑肌理、气候和地理因素，有利于环境持续性的各种能源的分布、获取方式及其利用强度和持久
性，以及当地限制条件的分析和评价。
2.建筑要充分利用当地的自然资源来调节建筑的气候环境，特别是太阳能、风能及地热资源，并将其反映在建筑的布局和形式当中。
3.建筑物的形式、建筑材料与构成以及传统的和现代的不同建造方式，往往取决于当地的地理条件，并与气候条件（太阳高度，阳光一年四季在不同地区的分布变化，大气温度，风力、风向，大风出现的时间和降雨量等）有关。
4.适应性设计，建筑适应性设计就是从整体观出发，通过不断调整建筑自身构成要素适应客观外部条件的系统行为[1]。
建筑自身的设计及其对周围生态环境的影响，受到所处时空条件的制约。
建筑与周围环境之间存在着随时间变化的相互作用，如四季的变换就体现出时间推移的影响。
建筑通过适应性设计，合理利用环境中的有利因素，改善不利因素，协调内部组成部分保持融洽的动态平衡，使客观条件和内部关系相适应，以达到提高建筑整体功效之目的。
三、被动式太阳能建筑设计方法与措施
1.建筑规划
通过良好的规划使建筑在朝向、间距及建筑形体组合与场地的地形、日照和风向条件有机结合，是被动使用太阳能的前提。
例如住宅主要朝向宜朝南，建筑组合应互不遮挡，在不影响场地利用效率的前提下，为充分接收太阳能辐射创造条件。
2.建筑平面
建筑的平面布置直接影响其采暖、制冷空调的能耗大小。
将对采暖要求较高的功能空间，目前更多的被动式建筑实践集中在居住建筑。
以居住建筑为例，卧室和起居厅等布置在南向，以充分利用太阳能。
而将卫生间、厨房等布置在北面，减少对室内热量的损失。
点式住宅由于布局集中，南向墙面和开窗较小，更应合理设计以获得较多的太阳能。
根据被动式太阳能建筑概念与设计原理，考虑当地的地理气候因素，尽可能最大化地享受自然资源，达到舒适的室内环境，最终与环境一体化。
下面从建筑物围护结构的各个方面及建筑平面、空间、构成等方面阐述被动式太阳能的技术方法。
3.对建筑形体及细节的调整设计
3.1 屋顶的形状对热与风的控制
第一，采用屋顶集热时，要控制集热层的角度（采暖的角度为纬度加15°）。
第二，建筑物朝南大开口处附加温室、阳光室直接受热，为冬季创造温暖的环境。
第三，以夏季为例，主要是控制屋顶表面的色彩与质感，防止太阳辐射热向室内传递。
一是可以采用浅色光滑的表面涂层，反射太阳辐射；二是采用屋顶建水池、绿化等有效手段，减少屋顶的受热程度；三是利用活动装置的方法，按季节控制室内温度，其中有活动的百叶窗、开闭式的屋顶天窗等。
第四，在通风方面，屋顶的高度与形状也极为主要。
流线型、半球型屋顶有利于减少风荷载，空气沿球形外表面流动时，在屋顶达到最快风速，从该位置可以吸出和排出室内的空气。
3.2 墙体的形状对热和风的控制
第一，墙体的朝向及倾斜度决定了墙体受辐射热的多少。
严寒与酷热地区，墙体配置正好相反。
第二，被动式建筑以南面为集热面，把其他面的热损失降到最低，中间为蓄热部位。
第三，太阳能集热墙为中间空气层墙体，能将中间空气加热，使之自然循环。
第四，太阳能透射墙能将太阳辐射热积蓄起来，慢慢向室内散热。
第五，炎热地区可使用双层墙，外层墙遮阳，中间为通风层，可带走墙体的热量。
第六，严寒地区填埋北墙，
4.被动式太阳能系统与建筑设计的宏观把控
被动式太阳能建筑被动式太阳能建筑适应性设计主要解决的是室内微气候与外部自然气候之间的矛盾。
以在我国分布最广的冬冷夏热气候地区为例，太阳能建筑如果不进行适应性设计，冬季蓄热的构造在夏季反而会提高室内气温，而夏季用来降温的构造在冬季则会加大建筑热量损失，这显然不是使用者愿意看到的。
就春秋两季一天的昼夜温差来看，理想的室内温度通常介于午后与凌晨的室外气温之间，随时间变化建筑外围护结构有着不同的热工要求。
现代建筑一般依赖暖气和空调等设备来解决以上矛盾，靠追加常规能源来调节室内气温。
被动式太阳能建筑则可以通过适应性改变自身构造来减少甚至取消这部分能源消耗。
适应性设计在太阳能建筑创作中体现在两大方面：一是针对变化的室外气候条件，室内环境力求达到恒定的理想状态；二是解决太阳能利用过程中存在的不稳定性问题，实现太阳能利用的最大化。
四、结语
被动式太阳能原理并不复杂，也不是高科技的手段，只是在方案之初就需要整体考虑进去，并在设计中始终贯彻利用被动式太阳能的想法。
太阳能的应用使我们的居住环境大大改善，并达到节能减排的目的。
这种设计思想应该成为设计师及整个社会的一种生活方式，即绿色的生活设计大师柯布西耶在20世纪初曾提出：“住宅就是居住的机器”[2]。
“建筑=机器”这一见解的进步意义在于：建筑自古以来给人的印象就是凝固的、静止的、没有适应能力的，而机器的魅力在于它的构造是可以变化的，针对不同的外界条件是可以通过使用者操作达到合理运行状态的。
太阳能建筑的适应性设计赋予了这一比喻新的含义：其在创造使用空间的同时，本身还获取了运转所需的能源，它不再是一动不动的构筑物，而与运转的机器一样具有适应性的功能。
随着建筑自动化技术的日新月异，未来的太阳能建筑将具有更加智能的适应能力，可以像向日葵一样全方位调节以获取最大的太阳能源，甚至像人一样有具体问题具体分析的能力，其外墙如人的皮肤一样感知建筑外部的气候变化，中央处理系统像大脑一样适时地收集各个方面的环境信息进而调节建筑物各个部分的工作。
在设计中被赋予可适应性改变的能力是太阳能建筑合理应对外部环境变化所采取的必然选择。
理念更新与技术进步相统一是推动建筑发展的最大动力，随着太阳能利用技术与建筑设计理念的不断演化，太阳能建筑的适应性设计必将成为其今后发展的大势所趋。
参考文献
[1]王扬，叶伟华·整体优化动态适应-建筑适应性设计意义解析.世界建筑，2002（11）：71-72.
[2]勒·柯布西耶.走向新建筑.西安：陈志华，译.陕西师范大学出版社，2004：5.。