节能建筑与太阳能应用

2023/1/10节能建筑与太阳能应用同济大学宋德萱教授2一、阳光规律

夏至日（6.22）冬至日（12.22）2.北回归线、太阳辐射指数3.太阳能辐射与建筑界面关系（量次序：屋面、西、南、东、北）1.极端气候条件(最冷热时间：冬夏至后延迟一个月)3不同地区观察太阳运行路线太阳轨迹投影图上海太阳轨迹图上海气象数据周围建筑对光电板直接阳光辐射可达性的影响Periodformaximumdirectsolarradiation5二、建筑利用途径1.光-热水装换2.光-电转换3.光-热空气转换建筑一体化（太阳能热水：上海冬天不用，夏天应用为主，和使用习惯有关）6太阳能采集器的形式、朝向、角度、材料、面积大小，是决定收集太阳能效率的关键因素。7三、建筑太阳能利用设计技术1.量化指标2.建筑要求3.建筑平面平面朝向：东西±15°斜面倾角：纬度＋（10~15）°（冬寒夏热综合考虑)开敞无遮挡落叶乔木平直避风8四、太阳能热水系统与建筑一体化中国太阳能资源分布太阳能热水系统类型系统图自然循环直接系统自然循环间接系统强制循环直接系统强制循环间接系统集中供热水系统集热器位置坡屋面集热器布置平屋面集热器布置墙面集热器布置阳台集热器布置凸窗间集热器布置9中国太阳能资源分布10太阳能热水系统类型11自然循环直接系统12自然循环直接系统（附加回水系统）13自然循环间接系统14强制循环直接系统15强制循环间接系统16集中供热水系统原理17坡屋面集热器布置（上嵌入式）18坡屋面集热器布置（下嵌入式）19坡屋面集热器布置（镶贴式）20坡屋面集热器布置（重檐式）21坡屋面集热器布置（重檐式二）2223平屋面（分体式）24平屋面（整体式）25平屋面（构架式）26高层建筑屋面集热面积不够，可设于外墙、重檐、屋面、地面；太阳能集热器的清洗，清洁水回路等问题；27墙面（类型一）集热器南侧而厨房、卫生间北面，管道路线长——对设计提出改变，厨房可置于南面，缩短管道路径。28墙面（类型二）1平米集热器——3.5人

29墙面集热器剖面3031阳台（外挂式）32阳台（外挂内嵌直立式）33阳台（外挂倾斜式）34阳台（阳台一体化式1）35阳台（阳台一体化式2）3637凸窗间（直立式）38凸窗间（倾斜式）39404142五、被动式太阳能建筑1.直接受益式太阳能建筑（Directgain）a.设计标准时间准确：太阳热能的获得与居住者舒适需要相一致数量适宜：太阳得热量与住者舒适条件习惯相一致玻璃恰当：各种玻璃的热性能要掌握热损失少：窗的构造和玻璃性能对热损失的影响避免眩光：入射阳光应与居住生活方式协调b.太阳能的捕获玻璃窗尽量朝向正南，如果有良好的保温扇做夜间保证，朝东或西的玻璃窗也能获得太阳能窗户与屋面和墙体结合，使阳光尽量多地分布于室内各个部分窗的位置应以增加阳光对贮热体的直接照射为佳431.直接受益式太阳能建筑（Directgain）c.太阳能的贮存厚重外墙贮热体须用保温层与室外隔开越多越好，贮热体受阳光照射越多，室温波动越小混凝土和水都有较好的贮热性能贮热效率不应以被其他材料覆盖而降低直接照射的贮热体比非直接照射贮热体其贮热效率要高4倍d.太阳能的保持减少通过玻璃的热损失——多层玻璃活动保温装置——手动硬质保温板、保温卷帘（铝箔）折叠式保温板、活动百叶保温装置的相对位置——玻璃窗的内侧、玻璃窗的外侧44直接受益式图例：窗墙比、进深和不同季节高度角的关系——直接受益面积，左图>右图452.对流环路式太阳能建筑（Convectiveloops）a.设计原理热虹吸现象——“烟囱效应”气流畅通最佳贮热石块的尺寸b.热空气的性质保证一定的上升速度管道的转弯要少保证集热面的垂直高度462.对流环路式太阳能建筑（Convectiveloops）c.对流环路的控制自动防止反向对流——集热面布置于建筑及贮热体下部薄膜逆向风门复合“U”形集热墙可控风门系统——

解决冬夏两季的不同工况472.对流环路式太阳能建筑（Convectiveloops）d.与建筑的关系能与建筑外形结合得更好较低造价良好的热工性能e.太阳能的贮存墙体块石床地面48对流环路式实例

493.蓄热墙式太阳能建筑（Thermalstoragewalls）a.设计基础直接受益式与对流环路式的结合操作简便改善通风效果室内温度稳定对防火与结构稳定有益503.蓄热墙式太阳能建筑（Thermalstoragewalls）b.“特隆贝”墙系统（Trombewall）材料：外部玻璃——透明玻璃空气间层贮热墙体——

砖或混凝土、粗糙的和深色表面逆止风门原则：任意长的墙体洞口面积/墙体面积1%

上下风口垂直距离6ft

空气间层宽度=3~4in

玻璃有良好的气密性和防水性能设计：带有保温窗帘设多层玻璃与建筑立面结合特隆布墙设计513.蓄热墙式太阳能建筑（Thermalstoragewalls）c.“水墙”墙系统特点：造价低效率高多样化设计：与“特隆贝”墙结合设带手动的保温板透明式竖管水墙室内52清华设计院例——利用蓄热墙拔风，强化夜间通风534.附加日光间太阳能建筑（Attachedsunspaces）a.概念直接受益式的异化有较大的温度波动可以增加使用空间温度的缓冲区（室内-室外）提供绿化空间b.热量的控制调整玻璃层数改善窗的气密性设计活动保温装置c.通风方式保证可开启的吸风面的面积满足一定的换气次数组织好通风流过的路径直接受益式蓄热墙式附加日光间544.附加日光间太阳能建筑（Attachedsunspaces）d.贮热问题贮热体的部位：地板、台度、水容器