太阳热能应用技术 情境六 太阳房 任务二 太阳房的设计.

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1 太阳热能应用技术 情境六 太阳房 任务二 太阳房的设计

2 目录 1 复习回顾 2 学习目标 3 学习内容 4 问题思考与讨论 2

3 复习回顾 1.太阳房可分为几类？ 2.主动式太阳房和被动式太阳房的区别是什么？ 3.被动式太阳房的类型有哪些？

4 学习目标 1.了解太阳房的设计方法； 2.掌握太阳房的设计原则； 3.太阳房的总体设计。

5 第五章 被动式太阳房 学习内容 一、 概述 自古以来，重要房屋都是坐北朝南布置，北东西三面以厚墙保温，南立面则满开棂花门窗，以增加采光和得热，这种布置可以认为是朴素的太阳房。 太阳房（太阳能建筑）：是不以昂贵费用为代价，与环境共生的节能建筑。不仅在冬季可以采暖，夏天可以降温和调节空气的作用。 太阳房（太阳能建筑） 被动式 主动式

6 二、主动式太阳房 主动式太阳房（或称主动式太阳能采暖系统）是以太阳能集热器代替煤、石油、天然气、电等常规能源的锅炉的采暖系统。
主要设备包括：太阳集热器、储热水箱、散热器、辅助热源以及管道、阀门、风机、水泵、控制系统等部件。

7 主动式太阳房的特点： （1）太阳集热器代替常规能源的锅炉。 （2）太阳能辐射受气候和时间的控制。 （3）太阳房采用的集热器要求构造简单、性能可靠、价格便宜。

8 主动式太阳房

9 主动式太阳房

10 主动式太阳房

11 三、被动式太阳房 被动式太阳房是指靠冬季太阳高度角低的自然特点，以房屋结构本身实现集热、储热和释热功能的采暖建筑。从本质上说，它是强调利用太阳能的节能建筑。 被动式太阳房类型：从建筑类型上看，有平房也有楼房；从用途上看，有住宅，也有校舍、办公室、招待所、医院、邮局等公共建筑，其中以农村住宅居多。 特点：系统简单、投资少、效果好。（被动式太阳房的造价一般仅比传统建筑高10%～20%。）

12 位於紐約州Oswego的被動式太陽能屋 -其中35%所需熱能由太陽能供應

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14 希腊当代被动式太阳房

15 冰岛美丽的被动式太阳能房子

16 第五章 被动式太阳房 被动式太阳能房子室内（法兰西岛地区）

17 被动式太阳能房子室内

18 四、被动式太阳房的几种主要形式 被动式太阳房的分类 直接受益式 集热蓄热墙式 附加温室式 屋顶集热蓄热式 热虹吸式 被动式太阳房集热形式

19 （a)直接受益式 (b)集热蓄热墙式 (c)附加温室式

20 1、直接受益式 （1）直接受益式太阳房分集热、储热和释热过程。 （2）为了减少窗的热损失，可设置保温窗板、棉窗帘等。 （3）挑出的屋檐可以阻止夏季阳光直接射入室内，还可 以采用遮帘等措施阻挡夏季阳光，避免夏季过热。

21 2、集热蓄热墙式 （1）在南向设有带玻璃外罩的集热墙，空气夹层的温升比 实现供暖目的，这种设计首先由法国人特朗勃提出
墙表面的温升快，通过对流，形成空气的自然循环， 实现供暖目的，这种设计首先由法国人特朗勃提出 的，因此，习惯上称为特朗勃墙。 （2）为了提高墙体的吸热率，墙体的表面通常涂成深色 或选择性涂层等。

22 （3）集热蓄热墙体可分为：实体式集热蓄热墙、花格式集热蓄热墙、水墙式集热蓄热墙、相变材料集热蓄热墙和快速集热墙等形式。
（4）优点：室内温度波动比较小； 缺点：室内采光差； （5）为了使室内既有自然采光，又能较好地利用太阳能，我国这类太阳房多采取直接受益式和集热蓄热墙组合式，称为槛墙式。

23 3、附加温室（阳光间）式 （1）在南墙外设一个阳光空间，南墙上开有通气孔或开设门窗，使阳光空间和采暖居室形 成气 流 循 环，同时，南墙本身也是集热蓄热墙体，这样太阳能可同时对附加阳光间和居室供热。 （2）优点：外型美观、保温、集热性能好。 （3）缺点：附加阳光间与蓄热墙式空气夹层相比，增大了散热面积，室温的波动较大，热空气循环相对减弱，对居室采暖有一定影响。

24 集热、储热和释热过程

25 五、被动式太阳房的设计 设计太阳房要考虑：建造地区纬度、位置、朝向、形状和保温等，目前已发展到利用计算机模拟计算阶段，以便形成各个参数的优化，达到最佳效果。 一、建筑设计的一般原则 位置 形状和方位 内部空间组合

26 1、位置 （1）场地应选择在冬至日（太阳高度角出于全年最 低点）上午9时至下午3时能接收到大部分阳光 的地方。 （2）太阳房与南面房屋之间应保持一定的距离， 以确保冬季不挡光为原则。

27 2、形状和方位（5个方面） （1）平面形状 采光性： 最好 次之 最差 （ 最省材料）

28 （2）立面形状 3）顶层设置天窗或侧窗 1）对面积不大，房间不多的太阳房，常采用平面屋顶或坡屋顶
厕所 楼梯间 储藏室 厨房 餐厅 卧室 起居室 2）对面积大，房间多的太阳房，若东西方向受到限制，则从平面组合和温度分区需要出发，来考虑布置房间：主要房间在南面，附属房间在北面。如图所示 南面 （侧窗是在房间外墙上开的采光口，其中窗底离地面2m以上的侧窗称为高侧窗。） 3）顶层设置天窗或侧窗

29 （3）方位和朝向 （坐北朝南冬暖夏凉） 以正南为标准，在南偏东15o和南偏西15o的范围之间都是较好的朝向。 （4）尽量增加太阳能集热量 ①加大南窗和集热墙的面积； ②避免南向遮挡阳光； ③房间进深不宜过深； ④采用含铁量低、透过率高的玻璃。

30 （5）太阳房北侧 ①做好北墙自身的围护保温； ②尽可能降低北侧房间的屋高； ③在庭院北侧修建挡风墙，种植常青树等，抵御冬季寒风的侵袭。
降低北侧房间的屋高优点： ①使北侧热损失减； ②缩短了冬季房屋投下的阴影。

31 3、太阳房内部空间组合 ①房间的容积小； ②室内的层高比较低（2.6m-2.8m为宜）； ③楼梯间封闭起来。

32 六、建筑构件设计（三个方面） 1、集热形式的选择
被动式太阳房集热形式的选择取决于建筑的性质、用途、气候条件和人们的生活习惯等，应结合经济条件综合考虑。 直接受益式建筑结构简单，热效率比较高，适合要求白天温升较快的房间和白天使用较多的房间，如起居室、教室、办公室等。 集热蓄热墙式和附加阳光间式相对温升比较平缓，且造价较高，因此常和直接受益式配合使用。

33 ① 南向受益窗的面积应足够大（越大越好），应能
2、南向窗（墙）设计要点 （1）直接受益式 ① 南向受益窗的面积应足够大（越大越好），应能 满足采暖期60%-80%的热量需求。 ② 南窗玻璃层数： 推荐使用双层玻璃设计，以降低夜间或 无日照时的热量损失。 ③ 为防止冬季热量散失或夏季过热，应设计保温帘、百 叶帘、竹板帘等。如图所示

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36 （2）集热蓄热墙式 ① 面积：集热蓄热墙面积取决于气候条件、地理纬度和南立面结构，设计的集热蓄热墙面积应能满足采暖期60%-80%的热能需求。 ② 集热墙体厚度

37 ③ 集热墙外表面处理 墙体外表面涂料颜色深色为宜，最好采用选择性吸收涂层。 有的做成百叶式，一面涂黑漆，一面涂白漆，可在不同季节调节使用。 ④ 上下通风口尺寸 设置上下通风口可以增加对流传热，提高系统的性能 防止夜间逆循环应制作风门，便于开启和关闭。

38 （3）附加温室式（外型和温室面积） ① 外型构造 （a）最差 （b）最好 （c）次之 注：顶部可以做成全玻璃透光的，可增大采光面积，也可以利用房屋挑出檐做顶。

39 ② 温室面积 附加温室设计应能满足采暖期60%-80%采暖热量需求，夜间也要采取保温措施，夏季应注意遮阳，避免室温过热。 （4）夏季遮阳 1)夏季遮阳方法：在南向窗上部设置水平遮阳装置 遮阳装置长度应满足两个要求： ①应使冬季入射光能够射入室内； ②夏季能遮挡住全部直射光。

40 阳光入射的两个特殊日期：夏至日（太阳高度角最大）和冬至日（太阳高度角最小）
L H h 冬至日 正南方向时檐长 偏离正南方向时 阳光入射的两个特殊日期：夏至日（太阳高度角最大）和冬至日（太阳高度角最小）

41 2)其他方法 南方：可以在建筑物的南面种植落叶树、藤蔓植物，夏天 北方高寒地区：由于只有严寒而无酷暑，设计太阳房时檐 口不需遮阳。
可以遮挡阳光，冬季叶落不影响窗的采光，可起到 自然调节阳光的作用； 北方高寒地区：由于只有严寒而无酷暑，设计太阳房时檐 口不需遮阳。

42 3、维护结构设计要点 内保温墙体 夹心墙体 外保温墙体（优点多，被广泛采用） ① 墙体 为了保温可直接做成保温复合墙体 注：墙体中的圈梁、门窗过梁以及外墙交角处，由于一般保温性能较差，易出现“冷桥”，应做局部处理。

43 ② 门和窗 一般建筑门窗散热量占到房屋总散热量的40%-50%，为降低散热量，注意以下几点： A 设计门的位置时，应尽量的避开冬季风的侵袭； B 注意门的 方向做到背风不迎风； C 有条件的设计门斗； D 非南向的窗是净失热构件，在满足必要的采光和通风 条件下，要尽量减小窗，并用双层玻璃。

44 门斗

45 门斗

46 ③ 屋面和地面 屋面是太阳能建筑失热面积最大的部位，设计时要加大其热阻。 地面可设计成保湿地面，做好防水、防潮，特别注意房屋
外墙基础两侧地下450mm-600mm深度范围内防潮、 隔热处理。

47 综上所述，被动式太阳房的建筑设计应满足以下四项基本原则：Pa119
① 太阳房应具有一个良好的绝热外壳； ② 太阳房的南向设有足够大的玻璃窗，以吸收较多的太 阳辐射能； ③ 室内应布置尽可能多的蓄热体，把收集到的热量“储 存、积蓄”起来； ④ 主要采暖房间应紧靠南墙，次要的非采暖房间布置在 北侧和东西两侧。 注：当收集、储存的热量不足以抵御寒冷时，还要有辅助热源（火炉、土暖气等）加以补充，从而实现冬季采暖目的。

48 七、太阳房的热工设计与计算 通过热工设计，可以明确以下几点： ①采暖期所需的热量； ② 太阳能采暖的保证率； ③南向集热窗（墙）的集热面积。
1、采暖期所需热负荷（热量） 热负荷：为了补偿房间失热需要向房间供应的热量称为 热负荷。

49 ② 因冷风渗透的热损失B可按下式计算： B=CpVnρ=空气的定压比热×加热空气质量 Cp——空气的定压比热容，kJ/(kg·K)； V——房间的内部容积，m3； n——房间的换气次数，次/h； ρ——室外空气密度，kg/m3。

50 ③采暖度日数是指一段时间（月、季或年）日平均气温低于某一设定值的累计度数，也是计算建筑热损失常用的一个主要参数。
设某一定值为14oC，则日平均温度低于14oC的每1摄氏度称为一个度日数，例如，某日平均温度为10oC，则该日的度日数为4。知道每天的度日数，累加可得每月或整年采暖的总度日数。 度日数乘以24可得度时数

51 ④为简化起见，采暖期间房屋需要的总热量负荷Q值也可以采用概算的方法求出：
采暖热负荷Q=F×qF F——建筑面积，m2； qF——面积热负荷指标值，W/m2。

52 2、太阳房南向窗（墙）获得的热量Q0 Q0=I0ηη0 Fw T Q0——采暖期单位面积南向窗（墙）所获得的太阳房辐射能，W·h； I0——采暖期平均太阳辐射强度，W/m2； η——集热窗（墙）的热效率，（%）； η0——集热窗（墙）的有效利用率，（%）； Fw——集热窗（墙）的有效面积，m2； T——光照时间。

53 3、太阳能采暖保证率 太阳能采暖所获得热量 f= =———————————— 采暖期间所需热负荷量 太阳能保证率一般要保证 ，不足部分利用采暖炉等辅助取热设备补充

54 4、南向集热窗（墙）有效面积Fw Fw=fQ/I 0ηη0 T 5、通风口面积F1 Ff=Fw/100

55 八、太阳房构件的制作 1. 外墙外保温复合墙体的制作 主体结构 保温板 保温材料设在承重墙外侧的称为外保温复合墙体，俗称外墙外保温墙体。

56 2、外墙外保温墙体的主要优点 ① 外保温材料对主体结构有保护作用； ② 有利于消除或减弱热桥的影响；
③ 对房间热稳定性有利，可避免室温出现较大波动； ④外保温有很高的经济效益。

57 3、外保温墙体的制作(工艺要求） ① 施工环境温度不低于5oC，雨天禁止施工； ② 墙体基层应平整、坚实、清洁、不得有油污或空鼓 现象； ③ 保温层施工中，保温隔热板的粘结应符合材料使用 要求，上下板材料之间要相互靠紧，错缝粘贴，粘贴 时必须保证牢固、无空鼓、表面平整； ④ 制作保护层要在保温隔热板表面抹抗裂砂浆，厚度 2～3mm，随即敷压网格布，再用1～2mm抗裂砂浆 抹压在网格布上。

58 4、保温门窗 为加强保温，应在门内部填以轻质高效保温材料，如聚苯板、岩棉板等做成保温门。

59 5、门斗设置 ①加设门斗时，应将门斗的入口转折90o朝东，以避开冬 天的北风和西北向风，减少寒风吹袭；如图5-16 ②考虑门斗的尺寸大小，门斗后面应至少有 m的空 间，以便出入； ③出门后有转折的门斗，其尺寸还应考虑大件家具出入的 需要； ④门斗应密封良好，以便起到避风防寒作用。

60 刷状的密封条密封门窗取得了很好的节能效果，如图所示
6、门底与窗边密封 针孔大的眼，斗大的风。 刷状的密封条密封门窗取得了很好的节能效果，如图所示 刷条（密封作用） 夹片 （起固定作用）

61 7、双层玻璃窗 为什么双层玻璃窗保温效果好？ 在两层玻璃之间形成了一个密封的空气间层，这个空气间层具有较大的热阻，因而使得窗户具有较好的保温性能。 注：20mm厚的空气间层的热阻相当于单层玻璃热阻的40多倍 在太阳房中均可采用双层玻璃窗或者单框双玻璃窗

62 8、保温窗板 作用：减少集热窗（墙）在夜间或无日照时向外散热。 注：保温窗板也可以制成反射板，白天放下时起反射阳光的作用，以使集热窗（墙）获得更多的太阳辐射热。 9、保温窗帘 白天卷曲在窗户的上沿，晚上或夏季过热时可以很方便地放下来。

63 10、百叶窗帘 优点：① 可以根据室内使用的需要以及阳光照射角度的变化，灵活调节叶片的角度； ② 可以根据需要，全部闭合或部分闭合，全部打开或部分打开，十分方便； ③ 可以把百叶窗叶片设计成吸热面和反射面两个不同的表面，冬季白天用吸热面向外以吸收热量提高室温，夏季可以用反射面向外以遮挡日照，起到节能作用。

64 八、 设计举例 1、侧翼式集热墙 c a 室内 集热墙 b d

65 冬季：当集热墙受阳光照射时，透明夹层内空气变热，热
气流自然上升，通过风道门a进入房屋，冷空气则 由活门b进入集热墙，形成热循环； 夏季：将上下活门a、b关闭，打开通向外部的c、d活门， 即可把热空气放掉，也可以将集热墙的玻璃拿掉一 部分通风。

66 优点： ① 供暖可靠，集热墙面积不受限制； ② 储热可靠，房屋只开普通稍大的窗户，避免了大玻璃 墙，因而散热少；
③ 房屋墙面和普通墙一样，美观不受影响； ④ 不存在夏季过热问题； ⑤ 造价低，施工简单； ⑥ 稍加改进，将这种集热墙做成倾斜，即可兼作农户的 烘干房，用来烘干农副产品。

67 2、辅助能源 农村有下列几种方案作为辅助能源： a. 土炕 优点： ①燃料是柴草、树叶等，容易获得； ②室内干净，热炕舒服。 缺点： ①构造复杂 ②维修不便 ③添加柴草以及掏灰比较麻烦 ④ 温度难掌握

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71 b. 火墙 优点： ① 可以使几个房间同时采暖； ② 取暖可靠； ③使用、维修方便； ④ 炉子可兼顾烧水做饭； 缺点： 室内灰尘较大

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73 C. 地炕 综合火炕和火墙的优点，将烟道置于地下，形成地炕，炉子可放在厨房，位置要低于地坪。 优点： ①不受门洞影响； ②可使整套房屋采暖； ③室内干净； ④ 维修方便。 缺点： 楼房不适用

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76 以上采暖方式都需注意的是： ① 烟道要光滑通畅，转弯处做成弧形，使烟气顺 利通过； ② 灰缝严密不漏气； ③ 烟囱要有适当高度，至少超过屋檐，最好超过 屋脊，防止冷气进入烟道。

77 3、北方农户住宅 集热方式：直接受益式 特点： ① 向阳面采用较大玻璃窗，双玻一纱； ② 为保温储热，外墙采用490砖墙（两砖厚）； ③ 辅助能源采用炉子-火墙式，一把火热三室。

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79 4、乡村小学教室 外墙就是外里面可以看到的墙 内墙是起到隔断或者沉重加隔断的墙。 特点： ① 两教室两端各设一个太阳能集热墙，室内升温快； ② 外墙用490mm厚（两砖）砖墙，内墙370mm厚（一砖半）； ③ 窗采用普通两玻一纱，面积适宜； ④ 天棚采用隔热板保温； ⑤ 辅助能源采用矮火墙式。

80 格栅

81 格栅

82 5、局部式太阳房的设计 太阳能利用与建筑一体化是世界潮流，把太阳能与建筑一体化或太阳能与建筑物结合称为局部式太阳房。 局部式太阳房的作用： ① 为住户生产热水，即做成永久性太阳能构造体； ② 为某些特殊用水户供水，做成永久性太阳能热水 系统； ③ 可以用来安装光伏电池，用于发电。

83 问题思考与讨论 1.太阳房和建筑的关系； 2.如何设计一个简易的被动式太阳房。

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