太阳能建筑的防热设计摘要：太阳能建筑在夏季往往会产生建筑过热现象。

为了减少这种现象对建筑环境的不利影响，太阳能建筑采用了多种降温设计方法。

本文主要就太阳能建筑的：减少建筑自身热量、抑制外部热量的进入、自然通风三个方面探讨太阳能建筑的防热设计。

关键词：自身热量、外部热量、自然通风、其他方式降温正文：对于太阳能建筑而言，在炎热的夏季，太阳能建筑的采暖设计往往会对建筑室内热环境造成不利影响。

因此防止夏季过热有必要对太阳能建筑进行合理的通风降温设计，以营造四季舒适的室内热环境。

通过精心的建筑设计、良好的施工、以及适宜的建筑材料的选择实现太阳能在夏季的降温，大幅减少空调制冷的能耗。

1.减少建筑内热源夏季，室内的部分热源来自于：人体的散热、电气设备的散热、炊事散热、外部热源等。

减少内部热量的产生是太阳能夏季降温的最简单经济方法之一。

1.1照明散热的控制最常见的室内热源是照明工具。

以白炽灯为例光效较低，仅5%~10%的电能转化为光能，其余电量转化为热。

因此，使用高效的节能荧光灯，新型的LED光源都能有效降低室内照明产生的热量。

局部照明的合理利用也是一个降低室内散热的有效途径。

在房间照明使用频率高的区域单独配备照明装置。

使用者可以选择性的打开房间局部的光源，以减少不必要的光源产生的热量。

此外，还要注意充分利用自然光源。

2减少外部热量的传入控制建筑的外部热量和内部热量一样重要。

在夏季，令人不舒适的的热量主要来自室外。

太阳的照射与室外的热空气会增加室内的热量。

2.1减少维护结构的传热量外围护结构传热量是冷负荷的主要组成部分，维护结构的传热包括太阳辐射热量、建筑周围空气与维护结构对流换热以及空气渗透的热量。

2.1.1方位选择和窗口的布置太阳能建筑的朝向需科学选择，既保证冬日得到充分的热能又要防止夏季的过热。

通过当地气候情况，因地制宜的设计。

一般来说，对于北半球的建筑，长边越朝向正南房屋吸收的太阳能辐射热量越大，南半球反之。

（见下图）2.1.2慎重使用过高的窗户和天窗夏季维护结构的辐射的热一大部分来自于透明的玻璃。

因此，在许多两层的太阳能建筑中上层玻璃常常用悬挑的屋檐遮阳，而底层的玻璃没有任何遮挡，这种情况会导致过多的阳光进入室内。

在这种情况下，我们采取中间高度设置太阳能的方法来解决下层窗户遮阳问题。

例如，上层楼板悬挑作为遮阳板，水平遮阳板也可以达到很好效果。

天窗在冬天可获得更多的直射阳光，但往往无法做到绝对的封闭。

冬季通过天窗损失的热量相当大，夏季也给室内热环境带来带来非常不利的影响。

因此在天窗的设计上要慎重，并保证有效措施来避免其不利的一面的影响。

适度的天窗采光2.1.3遮阳设计遮阳可由植物如树和藤蔓也可由建筑构件完成。

植物不仅能遮阳还能通过叶子的蒸腾作用降低建筑物周围的温度，美化环境。

落叶树夏季枝叶繁茂可达到遮阳的效果，冬季落叶不遮挡阳光。

合理选择常绿树的种植位置也可达到相同效果。

人工遮阳的方法也有很多：外遮阳、遮阳棚、活动百叶、固定百叶、卷帘、屏蔽太阳的贴膜和外凉廊等。

群体建筑遮阳外部构建遮阳建筑造型遮阳植物遮阳2.1.4水幕降温被动式采暖建筑为了在冬季汲取热量往往采用大面积的玻璃表面，但是这给夏日的防热带来不利。

水幕降温建立一个包含有微观气候的建筑立面，能够在夏季对建筑起到最好保护作用。

以世博会建筑的阿尔萨斯馆为例介绍：夏季运行原理——大量的新鲜空气流入室内后于缓缓流下的水幕相接触，通过蒸发作用产生一定降温效果使内层的玻璃温度降低。

这一作用不可以起到冷却建筑物，但是可以降低少建筑物的温度，减少建筑物对中央空调的依赖。

（见下图）冬季运行原理夏季运行原理水幕夏季运行原理2.1.5墙面和屋面颜色的选择在合理的朝向、方位、窗口布置和遮阳设计基础上，将外表面涂成浅色就能够进一步降低制冷负荷，同时提高外围护结构的耐久性。

夏季，外围护结构的得热量的绝大部分来自屋面。

改变屋面瓦的颜色可在一定程度上减少辐射的热，但效果有限。

屋顶的材料构造做法是影响屋顶隔热的决定因素。

例如，在屋顶和屋架之间形成空气间层有效阻止热量进入室内。

2.1.5其他设计屋面反射材料、Low-E玻璃的应用、外围护结构的隔热设计及建筑良好的气密性等均在夏季隔热方面发挥很好作用。

3通风降温3.1.1自然通风的合理组织采用自然通风能合理利用能源；排除室内废弃物，消除余热余湿，引入新风，提高室内环境，实现有效的被动式制冷。

自然通风的设计，应首先考虑建筑物的选址和朝向。

从大环境出发，充分利用主导风风向与基地地形特点，选择既能遮蔽冬季寒风、在冬季获得充足光照，又能充分利用夏季主导风向进行通风降温的地点。

当地形无法实现有利风场时，可精心设计绿化来创造有利风场。

利用建筑手法组织通风示意（a）利用挡风板组织风压（b）利用建筑和附加导风板（c）利用绿化双层墙体通风降温3.1.2热压下的自然通风利用建筑内部的热气压“烟囱效应”来实现建筑的自然通风。

利用热空气上升的原理，在建筑上部设排风口可将室内热空气排除，而室外冷空气将从建筑底部吸入。

热压作用的明显程度与室内外温差、出风口高差有关。

在建筑设计中，可利用贯穿建筑的多层空腔如：楼梯间、电梯井、中庭等，在顶部设置可控制的开口、将建筑内部的热空气排出，他到通风降温效果。

位于日本横滨的煤气公司总部的中庭就是利用热压通风原理。

办公室空间的通风就是利用中庭热空气上升的拔风原理来取得。

中庭将外界空气吸入基座层，然后在流经更中庭相通的各层空间，最后有屋顶的风塔和高层气窗排出。

（见下图）日本横滨的煤气公司总部的中庭通风示意图3.1.3风压作用下的自然通风在具有良好的外部风环境地区，风压可作为实现自然通风的良好手段。

风压通风就是利用建筑迎风面和背风面之间的压力差来实现空气的流通的。

压力差的大小与建筑的形式、建筑与风的夹角、建筑周围的环境有关。

当垂直风吹向建筑的的正立面时，迎风面中心处于正压最大，在屋角和屋脊处负压最大。

特吉巴奥文化中心意大利建筑师伦左.皮亚诺设计的特吉巴奥文化中心（见上图）就是利用风压通风的代表。

当地气候炎热潮湿、多风。

皮亚诺通过建筑造型设计，形成下风处强大的风压，在用过调节百叶的开合合不同方向上百叶的配合来控制室内的气流，从而实现完全被动式的通风降温达到节约能源的目的。

在建筑设计中风压通风与热压通风往往是互为补充、密不可分的。

一般来说建筑进深小的部分可采用风压通风，进深大的部分采用热压通风。

英国莱切斯特的德蒙特福德大学女王馆是利用热压与风压同时作用的一个典型。

3.1.4机械辅助式通风对于一些大型建筑：体育馆、展览馆、商业设施由于通风路径较长，单纯通过风压通风不足以实现，所以常采用机械辅助式。

诺曼福斯设计的位于德国柏林的德国新会议大厦（见下图）采用的是机械辅助式通风方式。

德国新会议大厦3.2.1双层玻璃幕墙在一些太阳能建筑中可能会出现大面积玻璃幕墙，玻璃幕墙在提供通透效果时大大增加了建筑的能耗。

现在单层玻璃幕墙虽采用热反射镀膜玻璃、中空玻璃、断热型材等节能材料，但仍存在能耗较大问题。

且由于玻璃幕墙难开窗，给室内通风换气带来诸多不便。

双层玻璃幕墙有内外两层玻璃，中间的空气腔让空气通过，空气腔的通过风方式是自然通风、辅助风机通风、机械通风。

因为增加新的外层，形成热缓冲区所以能够在夏季减少得热，冬季实现被动式太阳能得热。

双层玻璃主要分为外循环体与内循环体系，实质都是在双层玻璃幕墙之间形成温室效应。

但夏季最好为防紫外线与热辐射设遮阳帘。

外循环双层玻璃幕墙的特点：（1）结构设计采用外层框架、单元或点驳式等几种结构形式，内层框架断热或中空玻璃断热形式。

（2）一般外层玻璃用单片或夹层钢化，内层选用中空或Low—E钢化玻璃。

（3）采用自然的“烟囱效应”通风，所有双层通道箱体是独立封闭的。

（4）内外层的玻璃空腔设计厚度较厚，不小于450，便于人员进行清洗。

（5）不需要增设专门设备，空气可自然进入通道和室内。

外层玻璃设计有出风口，内层设计有可开启的门窗，进风口要防止风沙的进入。

通道的上下部分别设计进风口和排风口。

（6）使用材料较多成本较高3.3.1太阳能烟囱太阳能烟囱能捕风并有效的把风送入室内，或利用风帽附近形成的负压带动室内空气流通。

太阳能烟囱在停风后主要理由烟囱效应加强自然通风。

太阳晒热太阳能上部结构，蓄存在上部的热量加热塔内的空气，空气受热上升形成虹吸。

在虹吸作用下热空气被抽到顶部排到室外。

为了阻止不必要的热损失烟囱通常还设有封闭的风门，在无需通风是能够关闭。

迈克尔.霍普金斯设计的英国诺丁汉税务部就是一个很好的烟囱通风实例。

该建筑为院落式布局，高度3~4层，周边风速较小。

为了更好的实现自然通风，建筑师首先控制建筑的进深为13.6m，以利于自然通风与采光。

然后设计一组顶帽可以自动升降的圆柱形通风塔作为建筑的入口和楼梯间。

玻璃通风塔可最大限度的吸收太阳能量，提高塔内气温加强自然通风，带动各层空气循环。

英国的贝丁顿零碳建筑采用了自然通风系统来最小化通风能耗。

经特殊设计的“风帽”（WindCowl）（见下图）可随风向的改变而转动，利用风压给建筑内部提供新鲜空气，同时排出室内的污浊空气。

而“风帽”中的热交换模块利用废气中的热量来预热室外寒冷的新鲜空气。

根据实验，最多有70％的通风热损失可以在此热交换过程中挽回。

贝丁顿零碳建筑“风帽”4地源热泵地源热泵是利用地球表面浅层水源（如地下水、河流和湖泊）和土壤源中吸收的太阳能和地热能，并采用热泵原理，既可供热又可制冷的高效节能空调系统。

目前，地源热泵已成功利用地下水、江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水等各类水资源以及土壤源作为水源热泵的冷热源。

水源/地源热泵有开式和闭式两种。

开式系统：是直接利用水源进行热量传递的热泵系统。

该系统需配备防砂堵，防结垢、水质净化等装置。

闭式系统：是在深埋于地下的封闭塑料管内，注入防冻液，通过换热器与水或土壤交换能量的封闭系统。

闭式系统不受地下水位、水质等因素影响。

1、垂直埋管--深层土壤垂直埋管可获取地下深层土壤的热量。

垂直埋管通常安装在地下50-150米深处，一组或多组管与热泵机组相连，封闭的塑料管内的防冻液将热能传送给热泵，然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水。

垂直埋管是地源热泵系统的主要方式，得到各个国家的政府部门大力支持。

2、水平埋管--大地表层在地下2米深处水平放置塑料管，塑料管内注满防冻的液体，并与热泵相连。

水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候变化的影响。

3、地表水江、河、湖、海的水以及深井水统称地表水。

地源热泵可以从地表水中提取热量或冷量，达到制热或制冷的目的。

利用地表水的热泵系统造价低，运行效率高，但受地理位置（如江河湖海）和国家政策（如取深井水）的限制。

地源热泵示意图参考文献1.王崇杰太阳能建筑设计北京：中国建工出版社2007.52.（英）盖尔威太阳能建筑设计手册北京：机械工业出版社2008.13.（日）彰国社外国建筑设计详图图集13 中国建工出版社2004.94.（西）Arian Mostaedi 低技术策略的住宅机械工业出版社2005.9。