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1、被动式太阳能暖房模型的设计 1/30 武 威 职 业 学 院 专业（专科）毕业设计（论文）题 目 被动式太阳能暖房 模型的设计 姓 名 学 号 指 导 老 师 完 成 日 期 教 学 系 能源工程系 被动式太阳能暖房模型的设计 摘要 被动式太阳房是一种简单、经济、有效地利用太阳能采暖的建筑，具有效果好、造价低、易维护等特点，目前在我国应用较广。按照目前国际上的惯用名称，太阳能建筑分为主动式和被动式两大类；主动式太阳房是主动式太阳房一般由集热器、传热流体、蓄热器、控制系统与适当的辅助能源系统构成。它需要热交换器、水泵和风机等设备，电源也是不可缺少的。因此这种太阳房的造价较高，不适用于我国的国情，
2、所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求；同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景。关键词 被动式太阳房 模型 设计 建筑节能 导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式
3、太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 3/30 目 录 绪论.5 第一章 被动式太阳房基础知识.7 1.1 太阳能.7 1.1.1 太阳能资源的特点：.7 1.2 被动式太阳房概述.7 1.2.1 被动式太阳房：.7 1.2.2 被动式太阳房的工作原理.8 1.2.3 被动式太阳房的分类.8 1.3 被动式太阳房的特点.10 1.4 被动式太阳房设计要则：.11 1.4.1 设计总则.11 1.4.2 技术设计细则.12 1.5 被动式太阳房的基本构造.13
4、 1.6 被动式太阳房的热工设计与计算.14 1.7 被动式太阳房的应用.18 第 2 章被动式太阳房建筑.19 2.1 被动式太阳房的对当地的适应性设计：.19 2.1.1 对建筑的选址.19 2.1.2 对方位的要求：.19 2.1.3 建筑面积与体型的要求.19 2.1.4 平面布置的要求.20 导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以
5、本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 4/30 2.1.5 结构材料与构造的要求.21 2.1.6 墙面积比的要求.21 2.1.7 对坡度的影响.22 2.2 被动式太阳房建造中常用的材料.22 2.3 被动式太阳房的经济性分析：.23 2.4 被动式太阳房的维修.23 第 3 章 被动式太阳房的
6、模型设计.25 3.1 模型设计要求.25 3.2 被动式太阳房的模型的设计参数.25 3.3 被动式太阳房模型的制造.26 3.3.1 模型的制作流程;.26 3.4 被动式太阳房的性能分析：.27 结论.28 致谢.29 参考文献.30 导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存
7、在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 5/30 绪论 随着我国经济的发展，人民生活质量的提高，人们对能源的使用量逐渐增加。但是，传统能源储备量是有限的。据测算，地球上已探明的石油储量目前只可供开采 45 年左右，煤炭为 220 年左右，天然气约为 60 年，人类将面临着能源严重短缺的危机1，截止到 2004 年底，我国城乡建筑总面积约为 400 亿平方米，并以
8、每年约 20 亿平方米的速度增长，预计到 2020 年，我国新增的房屋面积将近 300 亿平方米2。建筑业如此巨大的发展规模，必然导致建筑能耗逐年上升。北方城镇采暖总能耗从 1996 年的 0.72 亿吨标准煤增长到了 2008 年的 1.53 亿吨标准煤。据统计，我国采暖能耗占到了能源消耗的 32%，且仍将继续增长。建筑能耗已达到全国能源总消耗量的 45%3。在城镇居住建筑中，能达到建筑节能标准的只有 5%，其它的 95%都是高能耗建筑。因此，采暖能耗不仅是建筑能耗的最主要部分，也是浪费最为严重的、节能潜力最大的部分，所以，如何降低采暖能耗有非常重要的意义。在面临这种能源危机以与建筑能耗过大
9、的情况下，我国政府十分重视太阳能、风能等可再生能源的发展。根据国家发改委的规划，到 2020 年，我国可再生能源在一次能源消费结构中的比重将由目前的 7%左右提高到 15%左右。因此，太阳能、风能等可再生能源，将为缓解能源短缺现象和减轻节能压力做出巨大贡献。被动式太阳房是一种经济地、有效地利用太阳能的被动式采暖建筑，是太阳能热利用的一个重要领域。我国太阳能建筑应用研究开始于 20 世纪 70 年代末，当时被动式和主动式太阳房的应用研究工作同时起步，由导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在
10、我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 6/30 于被动式太阳房建筑在利用太阳能方面的巨大优势，被动式太阳房被重点发展。从 1977 年在甘肃省民勤县建
11、造我国第一栋被动式太阳房开始，到 1993 年，据不完全统计，已推广到 500 万 m2，主要分布在青海、西藏、甘肃、内蒙古等地农村，每平方米已有建筑面积在采暖期可节约 20 40kg 标准煤，取得了显著的社会与经济效益。并在以后的许多城镇住宅和学校等建筑中得到了很好的应用。截止 2002 年累计建成的太阳房约有 1000 万 m2。导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房
12、的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 7/30 第一章 被动式太阳房基础知识 1.1 太阳能 太阳能是一种巨大、清洁、便宜的能源，是人类生存的地球上可再生能源的源泉，人人都能分享，是极具开发价值的能源。太阳能有着巨大的辐射能量，地球每年接收的太阳辐射能量估算有 60
13、亿 KW。研究和发展太阳能的利用是未来人类生存和发展之必要尤其是对住宅采暖有着广阔前景把太阳能作为替代矿物燃料是可持续发展的首要战略目标。1.1.1 太阳能资源的特点：(1)太阳能数量巨大，每年到达地球表面的太阳能是目前全球总能耗的两倍；(2)太阳能的持久性，是一种取之不尽用之不竭的能源；(3)太阳能的广泛性，它无处不在，只要技术适当，任何人任何地方都可利用；(4)太阳能清洁安全，不会造成任何污然；(5）太阳能的分散性；(6）太阳能的间歇性。1.2 被动式太阳房概述 1.2.1 被动式太阳房：被动式太阳房（简称太阳房）是通过建筑朝向和周围环境的合理布置、内部空间和外部形体的巧妙处理以与建筑材料
14、和结构的恰当选择，使其在冬季能集取、蓄存和分配太阳能的一种建筑。导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太
15、阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 8/30 它不仅能在不同程度上满足建筑物在冬季的采暖要求，而且也能在夏季遮蔽太阳辐射，散逸室内热量使之达到降温的目的。被动式太阳房系统一般不需要机械设备和动力，以区别于需要其它设备和动力的主动式太阳房。1.2.2 被动式太阳房的工作原理 温室效应是被动式太阳房的最基本工作原理。被动式太阳房是不用任何其他机械动力，依靠自然循环向室内供暖，多余的热量储存在墙壁、天花板和地基热体内夜间向室内放热，以保持一定温度。通过建筑朝向和周围环境的合理布置内部空间和外部形体的巧妙处理，以与建筑材料和结构、构造的恰当
16、选择，在冬季集取、保持、贮存、分布太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题。被动式太阳房的集热与贮热方式主要是利用建筑物的围护结构墙或窗，或是比较简单的平板装置作为集热器，能够由人随意控制，其构造可不用复杂机械设备与复杂的管道通风系统；造价较低，太阳房的工程造价仅比普通工程造价增加 12%左右，容易被人们接受；维护管理方便，不需要专业技术人员维护管理。1.2.3 被动式太阳房的分类 被动式太阳房的类型，目前从利用太阳能的方式来区分大致有四种；(1)直接受益式 这是被动式太阳能采暖中最简单而又最常用的一种，也是采用较早采用的一种太阳房。它通过较大的南向玻璃窗获取阳光，将阳光直接照射到室内的地面、墙壁和
17、家具上面使其吸收大部分太阳辐射热，使室温在冬季得以提高，并通过蓄热体将白天获得的太阳能在夜间释放出来，以保证减导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被
18、动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 9/30 少室内温度的波动。图 1-1 直接受益式太阳房(2)集热蓄热墙式 这种太阳房主要是利用南向垂直集热蓄热墙吸收穿过玻璃采光面的阳光，然后通过导热、辐射与对流，把热量送到室内。集热蓄热墙的形式较多，如实体式集热蓄热墙、花格式集热蓄热墙、水墙式集热蓄热墙、相变材料蓄热墙等等。导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯
19、用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 10/30 图 1-2 集热蓄热墙体的传热(3)附加阳光间式 这种太阳房是直接受益和集热墙技术的混合产物。其基本结构是将阳光间附建在房间的南侧
20、，中间用一堵墙把房子与阳光间隔开，通过阳光间获取太阳能，并将其传给邻室。图 1-3 阳光间和居室供热示意图(4)组合式 就是由上述两种或两种以上的被动式太阳房的基本类型组合而成的系统称为组合式系统，组合式被动太阳房由于具有全天供热比较均匀的优点而显示出强大的生命力，成为当今被动式太阳能建筑的发展趋势。1.3 被动式太阳房的特点 根据多年的测试与统计分析，被动式太阳房具有以下特点：(1)程造价低。据统计，太阳房的工程造价比普通房仅增加 10到 15。(2)冬暖夏凉。冬季，在无辅助热源的情况下，太阳房比普通房室内温导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经
21、济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 11/30 度高 58左右，室内外温差达到 15；
22、夏季，太阳房比普通房室内温度低 35。(3)节能效果好。据测算，1 栋 100 平方米的太阳房和普通房，在保证室内温度相同的情况下，每年可节约薪柴或秸秆 1.5 吨左右；在烧柴量相等的情况下，太阳房比普通房室内温度高 58。(4)需要辅助热源。当室外温度很低或连续阴天时，应当有辅助热源提供热量来维持室内温度。辅助热源可采用土炕等形式。1.4 被动式太阳房设计要则：1.4.1 设计总则 被动式太阳房的建设地点、朝向和房间距的确定正确确定太阳房的建设地点、朝向和房间距，是能否充分利用太阳能、达到冬暖夏凉的关键，建房前一定要在村镇建设规划允许的情况下，合理选择建设地点、朝向和房间距，同样也要做好太阳
23、能的采集，储存，和太阳房的保温；(1)地点。太阳房的建设地点最好选在背风向阳的地方，在冬至日从上午 9 时至下午 3 时的 6 个小时内，阳光不被遮挡，直接照射进室内或集热器上。(2)朝向。根据多年经验，太阳房的朝向在南偏东或偏西 15 度以内，能保证整个采暖期内南向房间里有充足的日照，夏季避免过多的日晒。(3)房间距。太阳房与前面建筑物之间的距离，以大于前面建筑物高度的两倍为宜。(4)太阳房应具有一个良好的绝热外壳。(5)太阳房的南向设有做够大的玻璃窗，以吸收较多的太阳辐射。导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效
24、果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 12/30(6)室内布置尽可能多的蓄热体，把收集到的热量“储存、积蓄”起来。(7)主
25、要采暖房间应紧靠南墙，次要的非 房间布置在北侧和东西两侧。必须注意，当收集、储存的热量不足以抵御寒冷时，还要辅助热源（如炊事余热、火炉、土暖气等）加以补充，从而实现冬季采暖的目的。1.4.2 技术设计细则(1)墙体采用砖、石、混凝土或土坯等重质材料建造，外侧敷设保温层。敷设平整，不留空漏。材质不发霉和变质，不发散你物质。(2)地面铺设保温、蓄热和防潮层。墙体基础外缘加保温层，深度不小于 0.45m,热阻大于 0.86 m20C/W。(3)集热蓄热墙厚度通常是 240mm的砖墙或 300mm的混凝土墙。集热面倾角以 900C为佳。(4)集热蓄热墙的透明盖板通常采用 3mm厚的平板玻璃，阳光通过率
26、大于 0.76.(5)墙与透明盖板之间的夹层宽度为 6080mm。墙体上下端通风口的尺寸，按夹层通流假面的 70%100%设计。(6)阳光间的东西两侧和顶部，不宜开窗或作为透光面。在寒冷地区，冬季东西透光面的热损失大于从太阳辐射的得热。其中西向透光面，在夏季因西晒容易造成房间过热。屋顶的透光面不易清扫，容易积尘和老化，冬季逐渐变成主要散热面。门很外窗，必须敷设密封条。(7)单一用途的阳光间进深应尽量减小，通常取 0.6m 左右。若兼做活动空间，其进深也不宜超过 1.2m,进深增大，阳光间的热损失也随之增大。导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有
27、效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 13/30(8)阳光间与邻房间的公共墙如砖砌，其厚度可
28、在 1237cm之间，公共墙的门窗面积不宜小于其总面积的 12%，一般为 25%50%。(9)为了调节阳光间过大的温度变化，其地面和公共墙部分面积宜采用重质材料。重质层的面积与面积之比不小于 3:1。(10)防止太阳光间式房夏季过热，通常设置外遮阳装置。阳光间前屋檐突出尺寸，应在当地冬至中午，玻璃透光面不受屋檐阴影遮挡。1.5 被动式太阳房的基本构造 被动式太阳房的结构主要由以下五部分组成：(1)东西北墙 采用一砖半或两砖厚砖墙，内墙面在两层 1:3 水泥砂浆面之间加一层5mm厚的 1:6 水泥珍珠岩隔热层。在严寒地区，北墙则可在双层砖墙之间加一层 120mm厚的锯末夹心作隔热层，也可加砌一层
29、沥青矿渣棉保温砖，东西墙通常为一砖半砖墙，内加水泥珍珠岩隔热层。(2)地面 地面采用蓄放热地面和普通地面两种，对于自然采暖的被动式太阳房，这种蓄放热地面的蓄热体，是铺在混凝土地面下的一层 300mm厚的黄沙。而普通地面主要考虑地面的防水和隔热，使得在冬季供暖期间，地面干燥，具有良好的保温性能。(3)屋顶 分平顶和尖顶两种，平顶结构，即预制板加保温层，最外层是两层沥青胶粘的油毡防水层。尖顶结构，一般在向阳的人字屋面上装设玻璃窗或集热器，既是屋顶，又是集热体，一举二用。屋顶的内侧面，放一层石棉导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖
30、的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 14/30 或玻璃棉保温层，室内用纤维板吊顶。(4)门窗 太阳房的门窗，
31、一般采用双层结构，即窗户为双层玻璃，门户为双层套门。温暖地区，也可以铝框和拉门并用。(5)南墙集热、蓄热墙：南墙集热、蓄热墙是被动式太阳房的主要供暖热源，墙体可以是混凝土、也可以是砖砌。南墙外侧砌有大玻璃框，玻璃框与南墙之间形成空气夹层、空气夹层的厚度为 140mm。墙的外壁面涂有黑色吸收涂层，上下有通风孔，在热虹吸的作用下，墙的外表黑色涂层受到太阳辐射后，其温度升高，空气夹层中的空气被加热，室内的冷空气从下通风口进入空气夹层，热空气便从上通风口进人室内不断循环，使室温逐渐升高，达到供暖的效果。夜间，墙体贮存的能量以导热、自然对流和辐射等方式向室内缓慢释放，上通风口还装有单向挡风板，以阻止室内
32、热空气的倒流散热。此外，空气夹层的上方还设有排气口。夏季打开排气口，关闭墙体的上通风口挡板，较凉的空气从北窗口进人室内南墙的下通风口，驱使空气夹层中的热空气从排气口排出，以达到室内通风降温的效果。1.6 被动式太阳房的热工设计与计算 被动式太阳房是主要依靠太阳能采暖的房屋，为使太阳房达到预期的设计要求必须对太阳房进行必要的设计和计算。通过热工设计，可以明确房屋在采暖期所需热量、太阳能采暖的保证率，并确定南向集热墙的集热面积，从而达到较好的采暖效果。导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我
33、国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 15/30（1）采暖期所需热负荷 房屋采暖期间所需要的总热负荷量 Q 可由下式计算：Q=(UwFw+UdFd+B)
34、DT 公式中 Q采暖期间需要的总热负荷，W.h；Uw 围护结构（不含地面）的热损失系数，W/（m2.K）；Fw 围护结构的面积，m2 Ud 地板的热损失系数，W/（m2.K）；Fd 地板的面积，m2；B 冷风渗透引起的热损失，W/K；T 每天采暖时数，h/日。wU可根据传热学原理按下式计算：A式中na维护结构内表面传热系数，W/(2m.K)；wa维护结构外表面传热系数，W/(2m.K)；L1.Ln 维护材料各层材料的厚度，2m；1.n维护结构各层材料的各导热系数，W/(2m.K)注：结构内表面传热系数，维护结构的热损失系数可查表得到，地板的热损失系数可按 0.16 0.36 W/(2m.K)选
35、取。冷风渗透的热损失 B可按下式计算：PnBC V 式中PC空气的定压比热容，/(.)kJKg k；V房间的内部容积，2m；导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式
36、太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 16/30 n房间的换气次数，次/h;室外空气密度，3/Kgm 房间的换气次数可按下表计算：表 11 房间的换气次数 房间外窗门的暴露数目 1 面 2 面 3 面 房间换气次数(次/h)0.250.5 0.5-1 1 1.5 为简化其见，采暖期间防区需要的总热量负荷 Q 值也可采用概算发求出。建设部门给出的采暖设计热负荷面积指标值为：80100W/2m,住宅楼为 4680 W/2m，学校或办公楼为 5885 W/2m，商店、医院为 801
37、00 W/2m。上述指标如果建筑面积较大，外围结构热工性能较好，可采用低指标，反之则采用高指标。据此刻计算采暖负荷：QFqF 式中 F建筑面积，2m；qF面积热负荷指标值，W/2m。采用窗墙面积比热负荷指标法的计算公式如下：式中qF采暖热负荷指标，W/2m；a窗墙面积比；W 外墙总面积（包括窗），2m；导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以
38、本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 17/30 F房屋建筑面积，2m；tn室内采暖设计温度，0C；tw室外坏境温度，0C。（2）太阳房南向墙获得的热量 Q0 太阳房的集热面积是指太阳房南向墙的面积，它是接收太阳辐射能的主要构件。不管何种类型的太阳房都应该确定集热面积。采暖期间太阳房南向墙所获得的太
39、阳辐射能可用下公式计算;000wQIF 式中 0Q采暖期单位面积南向窗（墙）所获得的太阳辐射能，.W h；0I采暖期平均太阳辐射强度，W/2m；集热墙（窗）的热效率，（00）；0集热墙（窗）的有效利用率，（00）；WF集热窗（墙）的有效面积，2m；光照时间，h.注：太阳辐射取值可查表获得；集热窗（墙）相当于太阳能空间集热器，其热效率一般为 20005000；集热窗（墙）有效利用率一般为 9000。（3）太阳能采暖保证率 太阳能采暖保证率是指利用太阳能采暖所获得的热量0Q与采暖期间所需热负荷量的Q的比值，以f表示：注：太阳能保证率f一般取 0.6 0.8，不足部分利用采暖炉补充。导老师完成日期能
40、源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳
41、能暖房模型的设计 18/30（4）南向集热窗（墙）有效面积wF 00/wFfQI(5)通风口面积fF 被动式太阳房上下通风口的面积fF，可按下式求出：/100fwFF 1.7 被动式太阳房的应用 国外由于技术的发展较为成熟，于是建筑类型也开始丰富起来，包括一些公共建筑如办公楼，展示建筑等。我国正处于被动式太阳房探索应用的起步阶段，通常都是在太阳能资源丰富的地区的农村太阳房开始试验，而农村太阳房的种类形式必然有限，大多为 13 层的住宅建筑或乡镇卫生院、农村中小学校舍、村镇办公室、敬老院等。辽宁省太阳房试验示范工作始于 21 世纪 80 年代初期，发展势头强劲，每年以 10 万平方米的速度发展，
42、到 2000 年底，全省共推广太阳房 250.7 万平方米，居全国首位。导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则
43、被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 19/30 第 2 章被动式太阳房建筑 2.1 被动式太阳房的对当地的适应性设计：2.1.1 对建筑的选址 如果建筑处于山地地区，应避免在山坡的北面布置建筑，可布置在南向山坡的中部，以避免山顶为冷风和山脚的冷空气的“冷池”效应。避免在多风地区布置建筑，如山顶。2.1.2 对方位的要求：方位是住宅设计中关系到景观、采光、通风以与太阳能利用最关键的因素。方位不同时，建筑表面收到的地面反射量也不同，方位的变化对建筑接受地面反射的影响为 32%。太阳能建筑对方位的要求是为了使尽量多和快的得到太阳能
44、辐射热，在冬季，太阳能辐射热在 9:00-15:00 是全天辐射热的 90%左右，因此，在这段时间内要保证足够的日照时间是非常重要的，为了充分发挥太阳能辐射热的效能，可根据太阳能建筑的特征进行方位调整。例如：学校的教室上午希望室温 尽快上升，而夜间室内无人，可将方位角南偏东 5-15 度；居住建筑由于夜间住人，下午尽量使太阳能辐射热进入室内，可将方位角南偏西 5-15 度。建筑布置在南向、东南向和西南向，要绝对避免植被和人造构筑物遮挡南向窗，避免在南向近距离种植常青树木，在西南向和东南向可种植落叶树。2.1.3 建筑面积与体型的要求 从利用太阳能的角度考虑，应使南墙面吸收较多的太阳能辐射热，且
45、尽可能的大于其它向外散失的热量，以将这部分热量用于补偿建筑的净负导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太
46、阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 20/30 荷。如果使除南墙面之外的其它墙面的热工质量是相同的，则不难看出，建筑的净负荷是与面积的大小成正比的。因此，从节能建筑的角度考虑，对建筑节能的效果以外围护结构总面积越小越好这一标准来评价是不够的，而应以南墙面足够大，其他外表面尽可能小为标准来评价，即表面面积系数（建筑物其它外表面面积之和与南墙面积之比），这就是被动式太阳能建筑对围护结构面积的要求。建筑外界面与其体积之比，即体型系数:K=A/V，是表征建筑热工性能的重要参数。建筑的体型系数是围护的手段(外界面)与围护的结果(空间)之间的数
47、量比值，因此它不仅仅是一个热工性能参数，而且还体现了作为手段的外界面对空间的建构围护效率，因而体型系数也是一个界面围护效率系数。由于热工能耗与建筑的外表面积成线性正比，而对于正多面体而言，表面积与体积呈几何基数关系，此时建筑的体积，即空间的量与维持室内气候的能耗之间不是线性关系，而是几何关系，因此建筑在体积扩大时可以只投入较小的能耗增量而获得较多的舒适空间增量，这意味着减小体型系数可以降低舒适空间的平均成本。通常可以通过加大建筑进深，规整建筑体型，集中建筑体量等途径来减小建筑的体型系数。除此之外，还要用建筑物的表面面积系数来研究建筑体型对节能的影响，从获得更多的太阳能辐射热，降低能耗的观点来看
48、，长轴朝向东西的长方体体型最好，正方形次之，长轴朝向南北的长体体型的建筑节能效果 2.1.4 平面布置的要求 由于人们对各种房间的使用要求不同，对房间热环境的需要也各异，应当根据实际需要合理分区，推行建筑平面的“温度分区法”。热环境质量导老师完成日期能源工程系教学系被动式太阳能暖房模型的设计摘要被动式太阳房是一种简单经济有效地利用太阳能采暖的建筑具有效果好造价低易维护等特点目前在我国应用较广按照目前国际上的惯用名称太阳能建筑分为主动式它需要热交换器水泵和风机等设备电源也是不可缺少的因此这种太阳房的造价较高不适用于我国的国情所以本文以被动式被动式太阳房的设计和建造要求同时指出被动式太阳房存在的缺
49、陷并提出将来的发展前景关键词被动式太阳房动式太阳房概述被动式太阳房被动式太阳房的工作原理被动式太阳房的分类被动式太阳房的特点被动式太阳房设计要则设计总则技术设计细则被动式太阳房的基本构造被动式太阳房的热工设计与计算被动式太阳房的应用第章被动式被动式太阳能暖房模型的设计 21/30 要求较低的房间，如住宅中的附属用房(厨房、厕所、走道等)布置于冬季温度相对较低的区域内，而将环境质量好的向阳区域布置居室和起居室，使其具有较高的室内温度。并利用附属用房减少居室等主要房间的散热损失，以最大限度地利用能源，做到“能尽其用”，通过室内的温度分区，满足热能的梯级应用，运用建筑设计方法，使住宅空间成为热流失的
50、阻隔体，达到节能目的。2.1.5 结构材料与构造的要求 我国第一栋被动式太阳房建成于 1977 年，地点在甘肃省民勤县，是一栋南窗直接受益结合实体集热蓄热墙组合式太阳房。截至 1977 年底，全国已经建成 740 万 6 平方米的太阳房，主要分布在山东、青海和西藏等地的农村地区，总面积达 50 万平方米。这些太阳房的建筑类型，大部分为农村和城市住宅等。在“六五”、“七五”、“八五”期间，国家科技攻关计划中都列入了太阳能建筑项目，这些科研项目的攻关内容，涉与到被动式太阳房各个领域，既有基础理论研究、太阳能建筑一体化设计模拟试验、热工参数分析等，又有材料、构件开发和示范房屋与工程建设。使用外保温做