曾芃富綜合利用太陽(yáng)能的新型住宅方案

1、 未來(lái)節(jié)能耗太陽(yáng)能住宅方案設(shè)計(jì)摘 要 ：此方案分析了中國(guó)傳統(tǒng)民居建筑的生態(tài)設(shè)計(jì)理念在現(xiàn)代節(jié)能耗低成本住宅中的應(yīng)用及其與其他技術(shù)的集成。探討了中國(guó)節(jié)能耗太陽(yáng)能住宅建筑的發(fā)展趨勢(shì)，提出了依托傳統(tǒng)建筑“天人合一”的理念，設(shè)計(jì)結(jié)合能源的集成設(shè)計(jì)方法，低成本、適宜技術(shù)為主要技術(shù)支撐手段的基于中國(guó)國(guó)情的低能耗太陽(yáng)能建筑。關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)民居；太陽(yáng)能住宅；太陽(yáng)能利用中國(guó)自古以來(lái)，秉承尊崇自然、天人合一的環(huán)境觀，以風(fēng)水理論作為理論依托，各地方的民居尤為反應(yīng)這一特點(diǎn)，傳統(tǒng)建筑形式和居住模式是自然進(jìn)程和人文進(jìn)程對(duì)話的產(chǎn)物。針對(duì)現(xiàn)今建筑節(jié)能遇到的問(wèn)題，為此進(jìn)行了廣泛而深入研究。傳統(tǒng)民居的生態(tài)氣候設(shè)計(jì)策略通過(guò)數(shù)代人的積累

2、、傳承，如庭院的微氣候調(diào)節(jié)，天井的采光、通風(fēng)及雨水收集利用等技術(shù)在現(xiàn)代建筑，尤其是現(xiàn)代民居和新農(nóng)村建設(shè)中得到了很好的應(yīng)用和體現(xiàn)，如黃土高原住居模式在現(xiàn)代的轉(zhuǎn)型。1.傳統(tǒng)民居與新民居的低能耗設(shè)計(jì)理念 中國(guó)的傳統(tǒng)民居建筑均具有鮮明的傳統(tǒng)文化與地域性特點(diǎn)，有著較強(qiáng)的生態(tài)氣候?qū)傩?。而隨著新農(nóng)村建設(shè)及傳統(tǒng)民居的保護(hù)，中國(guó)的部分新民居傳承了傳統(tǒng)民居的內(nèi)涵與風(fēng)格，符合地域的氣候特點(diǎn)。然而，也有部分新民居建筑呈現(xiàn)出不顧地域，照搬照抄形式，導(dǎo)致傳統(tǒng)建筑文化精髓的流失，同時(shí)也造成了較大的建筑能耗，不良的社會(huì)影響。此外，農(nóng)村地區(qū)建筑城市化，也在一定程度上破壞了中國(guó)鄉(xiāng)土的生態(tài)格局。1.1傳統(tǒng)民居的生態(tài)設(shè)計(jì)理念 傳統(tǒng)民

3、居建筑是立足于地域性氣候，有著良好的場(chǎng)地設(shè)計(jì)、被動(dòng)式技術(shù)，融合人們的生活習(xí)慣，形成了的獨(dú)特民居文化。典型的民居建筑，訴說(shuō)著它們的歷史，如陜西窯洞、北京四合院、福建土樓、徽州民居，可謂數(shù)不勝數(shù)。對(duì)傳統(tǒng)民居的生態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，可以得到如下的原則：）設(shè)計(jì)結(jié)合自然。無(wú)論是從選址、朝向、風(fēng)環(huán)境的營(yíng)造，水環(huán)境的塑造、綠化的布置，無(wú)處不顯露出設(shè)計(jì)與自然結(jié)合的宗旨，充分利用自然冷熱源，最大限度的親近自然。）當(dāng)?shù)夭牧吓c適應(yīng)性技術(shù)融合。立足地域性氣候條件及材料，如夯土墻、架空底層及夾層瓦屋面，都是當(dāng)?shù)夭牧吓c適應(yīng)性技術(shù)的融合。）復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)及空間。大多數(shù)的民居，冬季和夏季，都呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，人們根據(jù)氣候變化，對(duì)圍

4、護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改變，如冬季增加門(mén)窗的密封性等，此外，利用不同的空間，如夏季更多利用北向空間，冬季更多利用南向空間等。）以人為本。根據(jù)住戶的自身需求搭建，符合人們的生活習(xí)慣，同時(shí)與當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土融為一體。1.2新民居的多元低能耗模式隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，傳統(tǒng)民居面臨著更新，新民居應(yīng)運(yùn)而生，其呈現(xiàn)出多元復(fù)雜的局面。多種能源形式共存，是現(xiàn)今公認(rèn)的能源局勢(shì)。然而，在針對(duì)農(nóng)村建筑用能這個(gè)問(wèn)題上，如今很多地區(qū)在盲目的走城市模式，忽視傳統(tǒng)民居的低能耗建筑能源系統(tǒng)，造成了較高能耗和較低的舒適度，又導(dǎo)致了較嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。只有立足于傳統(tǒng)民居文化的精髓，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)今的適宜技術(shù)手段，貼近人們的生活，才能創(chuàng)造出適宜于地域特點(diǎn)的

5、新民居。合理地利用地域特點(diǎn)，綜合利用可再生能源，可大量減少化石能源的使用，形成新的適用于現(xiàn)今生活的建筑形式及供能模式，適宜于中國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展，最大程度的保護(hù)農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境。針對(duì)各地獨(dú)特的氣候條件，地域資源特點(diǎn)，筆者提出下述新民居低能耗的模式：）建筑本體節(jié)能，降低建筑能耗需求。通過(guò)提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，如外墻外保溫，雙層窗，減少建筑的熱負(fù)荷需求。）被動(dòng)式設(shè)計(jì)，最大化的通過(guò)被動(dòng)的方式，利用自然能源。如結(jié)合地域氣候特點(diǎn)，形成獨(dú)特的建筑形式，如南方地區(qū)的被動(dòng)式下向通風(fēng)技術(shù)、可開(kāi)合的遮陽(yáng)等；北方地區(qū)則更強(qiáng)調(diào)被動(dòng)式太陽(yáng)房的利用，典型的如被動(dòng)式太陽(yáng)房及陽(yáng)光間等。）可再生能源的綜合利用技術(shù)。如太陽(yáng)

6、能熱水系統(tǒng)，從最簡(jiǎn)便的悶曬式熱水袋，到真空管及平板集熱器，將其融入建筑，提高安全性及全年利用率，同時(shí)與建筑的設(shè)計(jì)結(jié)合，形成舒適的洗浴空間，同時(shí)在一定條件下，可以將熱水與采暖結(jié)合，與北方傳統(tǒng)的火炕等生物質(zhì)利用形式結(jié)合，提高系統(tǒng)綜合效率。此外，如光伏發(fā)電等技術(shù)，盡可能地采用集成技術(shù)，如光伏電熱聯(lián)用（）技術(shù)，提高光伏發(fā)電的效率，同時(shí)利用熱能，降低成本。）高效的建筑主動(dòng)供能系統(tǒng)，采用高效的采暖鍋爐，考慮到農(nóng)村或新民居建筑的特點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備的選取，同時(shí)考慮可再生能源利用技術(shù)的融入，提高生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、淺層地?zé)岬鹊氖褂谩?新民居建筑不應(yīng)單純依靠燃煤解決采暖，住戶也不能單純通過(guò)安裝分體式空調(diào)制

7、冷。應(yīng)基于良好的建筑本體節(jié)能設(shè)計(jì)，通過(guò)被動(dòng)式為主，主動(dòng)技術(shù)為輔，采取適宜的自然能源（可再生能源）綜合利用技術(shù)，解決新民居的用能需求，保護(hù)好農(nóng)村的優(yōu)美環(huán)境。 綜合上述，建筑的能源需求，將不以犧牲周邊環(huán)境為代價(jià)，同時(shí)其他工業(yè)等發(fā)展，也禁止損壞良好的自然環(huán)境，這些也將形成獨(dú)特的新民居及新農(nóng)村形象，在一定程度上，形成城市與農(nóng)村互補(bǔ)共榮的格局，一種多層級(jí)的共贏模式，而非城市占領(lǐng)農(nóng)村或農(nóng)村包圍城市。1.3老百姓用得起的低能耗甚至零能耗住宅在低能耗住宅建設(shè)過(guò)程中，尋找使建筑物的建造費(fèi)用和使用費(fèi)用之和最小、同時(shí)又具有明顯節(jié)能效益的設(shè)計(jì)與建造技術(shù)非常重要。低能耗建筑應(yīng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)行管理，充分遵循地域的自

8、然氣候規(guī)律和人們的地域氣候適應(yīng)性特征，采用適宜的建筑技術(shù)和材料，最大限度地利用自然能源，采用低成本高效的設(shè)備，對(duì)建筑進(jìn)行全面系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，最大限度地降低建筑能耗，使室內(nèi)自然溫度接近或保持在人體舒適的溫度內(nèi)。 如何建立低能耗住宅，首先建筑本體的圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的保溫隔熱性能，以降低建筑的用能需求；其次，應(yīng)采用被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)，如陽(yáng)光間、太陽(yáng)能墻、自然通風(fēng)等方式，實(shí)現(xiàn)無(wú)能源供給的相對(duì)舒適性；再是采用低成本高效的主動(dòng)節(jié)能技術(shù)，如生物質(zhì)能耦合地源熱泵低溫差輻射末端（火炕、火墻等）供暖，同時(shí)提供生活熱水技術(shù)，生物質(zhì)能耦合太陽(yáng)能集熱供暖和提供熱水技術(shù)等。 未來(lái)的零能耗建筑，其是基于良好的建筑本體節(jié)能，依托太

9、陽(yáng)能光伏輻射板電熱冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的建筑供用能系統(tǒng)，通過(guò)光伏輻射板綜合利用太陽(yáng)能、太空輻射、地?zé)崮艿茸匀荒茉矗c地板輻射采暖等低溫差換熱技術(shù)結(jié)合，蓄能、多源熱泵等技術(shù)輔助下，在小幅增加造價(jià)的情況下，可大幅提高室內(nèi)的舒適度，對(duì)建筑室內(nèi)進(jìn)行采暖制冷同時(shí)提供生活熱水，實(shí)現(xiàn)老百姓用得起的零能耗建筑。2.1徽州民居被動(dòng)式設(shè)計(jì) 節(jié)能耗的住宅設(shè)計(jì)理念融合了傳統(tǒng)建筑的空間形式及生物氣候策略，經(jīng)查資料，如圖所示。采用了徽州民居的形式，將四合院微縮為中庭構(gòu)造的空間體系，同時(shí)中庭與南向窗戶，共同起到太陽(yáng)房的作用。其門(mén)頂上側(cè)的被動(dòng)式通風(fēng)器與屋頂及北向窗，共同構(gòu)成了良好的自然通風(fēng)回路。 圖3通過(guò)建筑設(shè)計(jì)中融合被動(dòng)式設(shè)計(jì)的方法

10、，獲得品質(zhì)較高的自然采光、具有較大調(diào)節(jié)性的自然通風(fēng)、采用熱質(zhì)墻體蓄能，緩沖室內(nèi)外的溫差等，以最低的代價(jià)，獲得最高的效益，如圖所示。 圖開(kāi)源節(jié)流主動(dòng)式能源利用系統(tǒng)開(kāi)源是指最大限度地利用自然冷熱源，優(yōu)化能源利用的層次及渠道，實(shí)現(xiàn)低成本、高效益、與環(huán)境友好的供能。節(jié)流是指基于被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)，良好的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能，最大程度地降低對(duì)主動(dòng)式能源的需求?；陂_(kāi)源節(jié)流思想，構(gòu)建了多功能能源系統(tǒng)，其能源流向如圖所示。通過(guò)開(kāi)源節(jié)流，主動(dòng)式能源利用系統(tǒng)將起到事半功倍的作用。這其中較為關(guān)鍵的是品位對(duì)口、梯級(jí)利用。集成設(shè)計(jì)整合式能源系統(tǒng)在建筑與能源一體化的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要遵循整體最優(yōu)的原則，最大限度地提高能源構(gòu)件的能

11、源效率，保證建筑能源系統(tǒng)的整體高效。整合式能源系統(tǒng)，是指基于被動(dòng)式設(shè)計(jì)、主動(dòng)式輔助，以最少的能耗，實(shí)現(xiàn)最大的效能。被動(dòng)式設(shè)計(jì)是指?jìng)鳠嵯禂?shù)較低的墻體、窗戶及南向被動(dòng)式太陽(yáng)利用設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自然采光、遮陽(yáng)及自然通風(fēng)；主動(dòng)式能源系統(tǒng)是指利用光伏輻射板組件，發(fā)電的同時(shí)，回收利用余熱，同時(shí)夜間通過(guò)輻射制冷方式，實(shí)現(xiàn)電熱冷聯(lián)產(chǎn)，與室內(nèi)低溫差輻射末端、蓄能水袋、新風(fēng)換氣機(jī)、高效多源熱泵等構(gòu)成的多功能建筑供能系統(tǒng)，如圖所示。圖 新型建筑能源流向示意圖圖 新型住宅的多功能建筑能源系統(tǒng)通過(guò)利用太陽(yáng)能、空氣源、太空輻射等自然能源，此外，耦合蓄能技術(shù)，還可以緩和峰谷差，優(yōu)化系統(tǒng)配置，如競(jìng)賽的微網(wǎng)系統(tǒng)，既可以并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤島運(yùn)行。如夜間通過(guò)輻射制冷，收集的冷量可用于晝間電池的降溫及建筑的制冷；晝間收集的太陽(yáng)輻射能，既可用于夜間的采暖，還可以用于預(yù)熱生活熱水。在工程應(yīng)用中，其還可耦合跨季節(jié)蓄能，平衡不同季節(jié)的能量需求，充分利用自然能源。結(jié)語(yǔ)：此設(shè)計(jì)方案，充分體現(xiàn)了傳統(tǒng)文