本科毕业论文---被动式太阳房设计Word文件下载.docx
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到上世纪20年代，著名建筑师LeCorbusier（1887～1965）设计建造了第一批玻璃幕墙作非承重外围护结构的被动式太阳房。
被动式太阳房或玻璃房（下简称玻璃房）也有很多缺点，主要是：
夏季室内会产生高温，强烈日光也使人无法忍受；
住宅楼中位于透光外墙边的人体有“不被拦护”的不安全感和心理上被窥视隐私等不舒服感。
近年来由于全球能源紧张和对节能的重视，研制出很多具有很高隔热保温性能的透明和半透明外围护结构和材料，全世界对建造玻璃房的热情又高涨起来。
例如：
芬兰特别看好这种楼房，在首都赫尔辛基建造了一批这种玻璃房。
有代表性的是位于赫尔辛基大学区，即节能与生态保护示范区的（VIIKKI）信息中心大楼（KORONA，见题头照片）。
楼内有赫尔辛基市图书馆分馆、赫尔辛基大学图书馆、大学的一些办公室和教室。
该玻璃房有双层外墙，外层非承重，由透明玻璃制成。
两层外墙之间布置了花圃，空调系统的空气由这一空间的各个不同区域采集，它取决于各个季节每天不同时间送风空气的参数要求。
沿双层外墙周边有三个冬季花园，称为埃及竹园、罗马竹园和日本竹园，这些花园为信息中心大楼中全部人员和采访者开放，是观赏和休憩的好去处。
丹麦有一栋实验用的住宅类玻璃房，位于首都哥本哈根西部的Egebierggerd，业主是丹麦非盈利性建筑协会（BallerupEjendomsselskab），建于1996年，由建筑师Boye Lundgaard和Lene Trandberg采用了丹麦建筑科研院研究成果而设计的。
该玻璃住宅小楼从1996年5月24日到6月23日在题为“未来之窗——节能围护结构”展览月上展出，然后由一个家庭居住、使用了一年，现在用作该地新住宅建筑群公共活动中心。
该玻璃住宅楼设计建造目的是为了实验性评价高隔热保温性能的透光和半透光外围护结构，对能耗量、自然采光和房间微气候的影响，既有客观测试评价，又有住户主观感觉评价。
其结果对我国在适宜气候区建造类似被动式太阳房有借鉴意义，本文着重介绍。
第2章 被动式太阳房设计原理
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及建筑材料和结构的恰当选择，使其在冬季能集取、蓄存和分配太阳能的一种建筑。
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。
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，以及建筑材料和结构、构造的恰当选择，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及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及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。
第3章 被动式太阳房的分类及设计要点
3.1被动式太阳房的分类
现今我国的太阳房建筑，主要是被动式太阳房。
被动式太阳房的类型很多，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，以保证减少室内温度的波动。
（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，然后通过导热辐射及对流，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。
（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，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。
（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发展的趋势。
3.2被动式太阳房的设计要点
（一）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。
1.太阳房的建设地点
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.太阳房的朝向
根据多年来的经验，太阳房的朝向在南偏东或偏西15°
以内，这样能保证在整个采暖期内，南向房间里有充足的日照，夏季避免过多的日晒。
3.太阳房的房间距
太阳房与前面的建筑物之间的距离应大于前面建筑物高度的两倍为宜。
（二）太阳房外部形状和内部各房间的安排
太阳房的南墙是太阳房的主要集热部件，南墙面积越大，所获得的太阳能越多。
因此，太阳房的形状最好采用东西延长的长方形，墙面上不要出现过多的凸凹变化。
太阳房内部房间的安排应根据房间的用途确定，应将主要房间如住宅的卧室、起居室和学校的教室等安排在南向，而将辅助房间如住宅的厨房、卫生间和教室的走廊等放在北向。
（三）太阳房的墙体
太阳房的墙体除具有一般普通房屋墙体的功能外，还具有集热、贮热和保温功能，是太阳房的重要组成部分。
辽宁省太阳房的墙体主要采用复合墙体。
其做法是将普通370毫米的外墙拆分成两部分，一部分为240毫米（一砖），放在内侧，做为承重墙，中间放保温材料（如苯板、袋装散状珍珠岩等），其厚度根据设计室温而定，一般苯板为8—10毫米，珍珠岩为130毫米以上。
外侧为120毫米的保护墙（半砖）。
承重墙与保护墙之间必须用钢筋拉结使它们形成一个整体。
拉结方法为用直径为6毫米的钢筋拉结，钢筋两端设有弯钩，长度比复合墙厚少40毫米。
水平间距两砖到两砖半（500—750毫米），垂直距离为8—10皮砖（500—600毫米）。
拉结钢筋要上下交错布置。
（四）门窗
太阳房的门窗是太阳房获取太阳能的主要集热部件，也是重要
的失热部件。
由于门经常开启，保温困难，最好设门斗或双层门。
窗的功能在太阳房设计中，除了具有采光\通风和观察作用外，还具有集取太阳能的功能，对于直接受益式太阳房来说，窗户起着决定性作用。
因此，在设计太阳房集热窗时，在满足抗震要求的情况下，应尽量加大南窗面积，减小北窗面积，取消东西窗，采用双层窗，有条件的用户最好采用塑钢窗。
（五）空气集热器
空气集热器是设在太阳房南窗下或南窗间墙上获取太阳能的装置。
它是由透明盖板（玻璃或其它透光材料）、空气通道、上下通风口、夏季排气口、吸热板、保温板等几部分构成。
空气集热器的做法：
在南墙窗下或窗间（也可以都做），根据设计尺寸要求，砌出深为120毫米的凹槽，上、下各留一个风口，尺寸为200×
200毫米。
然后将凹槽及风口内用砂浆抹平，安装40毫米厚的保温苯板，苯板外覆盖一层涂成深色的金属吸热板，保温板和吸热板上留出与上下风口相应的孔洞，使它们彼此相通。
在最外层安装透明玻璃盖板，玻璃盖板可用木框、铝合金框或塑钢框，分格要少，尽可能减少框扇所产生的遮光现象。
框四周要用砂浆抹严，防止灰尘进入。
玻璃盖板上边要有活动排风口，以便夏季排风降温。
室内风口要有开启活门。
（六）屋面
屋面是房子热损失最大的地方，占整个房屋热损失的30%—40%，因此，屋面保温尤为重要。
房屋面基本上有两种类型，一种是坡屋面，另一种是平屋面，虽然大多都有不同程度的保温层，但保温效果远远不够。
被动式太阳房平屋顶一般采用在预制板上铺100毫米厚苯板或180毫米厚的袋装珍珠岩；
坡屋顶是在室内吊顶上放80毫米厚苯板或100毫米厚的岩棉板。
（七）地面
被动式太阳房地面除了具有普通房屋地面的功能以外，还具有贮热和保温功能，由于地面散失热量较少，仅占房屋总散热量的5%左右，因此，太阳房的地面与普通房屋的地面稍有不同。
其做法有两种：
1.保温地面法
（1）素土夯实，铺一层油毡或塑料薄膜用来防潮。
（2）铺150—200毫米厚干炉渣用来保温。
（3）铺300—400毫米厚毛石、碎砖或砂石用来贮热。
（4）按正常方法做地面。
2.防寒沟法
在房屋基础四周挖600毫米深，400—500毫米宽的沟，内填干炉渣保温。
第4章 新余基本气象及地理情况
新余位于江西中部，地处南昌、长沙两座省会城市之间，新余位于北纬27°
33’～28°
05’，东经114°
29’～115°
24’,属亚热带湿润性气候，具有四季分明、气候温和、日照充足、雨量充沛、无霜期长、严冬较短的特征。
以下是该地区气象的基本信息（部分信息是参照南昌地区）
（1）太阳辐射：
1986～2003年平均总辐射量为4279.02兆焦
耳/平方米，1992～2003年平均净辐射量为2078.67兆焦耳/平方米。
（2）日照：
南昌光照充足，历年平均日照时数1772～1845小时，7、8月最多，2、3月最少。
（3）气温：
南昌地区（下同）气候温和，历年平均气温在
17.1～17.8℃之间，≥0℃积温6256～6530℃。
气温变幅大，盛夏极端最高气温达40℃以上，隆冬极端最低气温低于-10℃。
（4）降水：
南昌雨水充沛，历年平均降雨量1567.7～1654.7毫米。
降水分布不均匀，汛期4～6月雨量约占全年降水量的一半；
年际间降水量差异较大，最大的可达1倍以上，雨量最多的是1954年达2356毫米，最少的1963年仅1046毫米。
（5）雹灾冰雹属强对流天气，虽然发生机率小，持续时间短，但破坏性很大，对人们生命财产和农作物危害严重。
根据气象观测资料统计，南昌地区年平均出现冰雹日数只有0.2～0.3天，约
3～5年出现1次，多发生在3、4月份。
（6）雷击：
南昌地区是雷电多发区，年平均雷暴日数50～60
天，全年各月均会发生雷暴，但最多出现时段是3～9月份。
据省防
雷中心不完全统计，1998～2002年，南昌地区共发生雷击灾害50起，其中1998年最多达15起，均造成了不同程度的财产损失，有的还造成了人员伤亡。
（7）风：
风力达8级（相当风速17.2～20.7米/秒）以上称大风。
大风不仅影响交通安全，也会对人们生产、生活造成不同程度的灾害。
南昌地区有冷空气大风和雷雨大风两种，年平均大风日数为2.6～12.4天，
第5章 太阳房方向角的选取
5.1太阳房的朝向
从日照辐射量的角度来看，对于以解决通风为主的纬度不是很高的地区，建筑的方位在50°
以内是适合，35°
以内是较好的；
从日照时间来看，太阳房的方位以朝南及略偏东或偏西是比较适合的；
从要使室温波动小的角度来看，太阳房的方位以略偏东15°
为宜。
总之，太阳房的方位以朝南及南偏东20°
、南偏西10°
比较合适。
5.2太阳房的日照间距及环境优化
以新余地区某正南朝向太阳房为例，若其前栋建筑的计算高度为H0=3m，求冬至正午前、后两小时内整个南墙面均有阳光照射及仅有阳光照射的日照间距S。
地理纬度ø
=27°
33′～28°
05′取28°
冬至日赤纬度 &
=-23°
27′取-23°
.30′
计算时角w正午前后2小时 w=±
2×
15°
=±
30°
正午w=0°
计算太阳高度角：
sinh=sinø
*sin&
+cosø
*cos&
*cosw代入则有：
正午前后两小时 h=53°
正午h=50°
计算太阳的方位角：
a
代入则有：
sina=cos&
×
sinw÷
cosh正午前后两小时a=30°
正午 a=0°
日照间距S S=H0×
ctgh×
cosa
在正午前后2小时有日照和正午有日照分别为6.33米和5052米日照间距一般不成问题，只是需要注意偏房的影响。
故经过太阳房设计的院落最好不要盖偏房，院墙不要超过2米。
为了使环境绿化在冬季不遮挡太阳房的阳光，在太阳房的前方以种植花草及灌木为主。
第6章 材料的选择
6.1太阳房的图纸选取
①平面图：
②立面图：
6.2太阳房围护材料的选取
要建一个成功的太阳房，除了要精心设计和认真施工以外，还要选用优良的建筑材料，选的优劣，直接影响到太阳房的性能。
按照被动式太阳房的基本原理是：
“开源节流”。
开源就是尽量增加太阳光的吸收量，节流就是尽量减少太阳房的热损失。
要增加阳光的吸收量，就要选择透光好的透光材料，要减少热损失，就是选择的保温材料。
要想把白天多吸收的阳光贮存到晚上，无阳光时再散放出来，就要选择优良的蓄热材料。
太阳能建筑的构件，按其功能可分为三类：
（1）集热构件，需用透光材料。
（2）蓄热构件，需要蓄热材料。
（3）保温构件，需要保温材料或绝热材料。
按照太阳房的结构可以分为：
1）太阳房围护材料的选取2）太阳房遮阳材料的选取3）太阳房地面材料的选取4）太阳房密封材料的选取
①材料性能参数：
材质
聚苯乙烯
产地
河北
产品类别
防火板
产品种类
保温板
导热系数
（常温）
0.03
等级
B
低温弯折
国标
断裂伸长率
≤
规格
600*6000
抗弯强度
抗压强度
100
品牌
祥诚
使用温度
200
芯材
形态
微孔状
形状
长方形
应用范围
EPS外墙保温系统
②平均使用寿命：
15－20年
③使用方法：
基层处理→测量放线→粘贴EPS聚苯板→EPS聚苯板打磨→涂抹面胶浆→铺压耐碱玻纤网格布→涂抹面胶浆→填嵌缝膏
→涂面层腻子和涂料→验收。
④价格：
订货量（立方米）
价格（不含运费）
≥1
10.00元/立方米
6.3太阳房遮阳材料的选取
标准宽度（mm）
2100mm
最小冷弯半径（mm）
360mm
重量（Kg/m2）
1.2Kg/m2
比重（g/cm3）
1.2g/cm3
透光率（%）
透明90%
K值（W/m2.℃）
0.21W/m2.℃
热膨胀系数（mm/m.℃
） 0.065mm/m℃
可耐温度（℃）
-40～+120℃
抗拉强度（N/mm）
≥60N/mm
弯曲强度（N/mm2）
100N/mm2
弹性模量（Mpa）
2400N/mm2
断裂拉伸应力（Mpa）
≥65
断裂拉伸率（%）
＞100
热变形温度（℃）
120℃
耐用年限
十年
防火：
难燃B1级（GB8624-1997）
②使用方法：
（1）用普通圆锯、带据、线据、弓形钢锯以及手提式电锯都可以切割各种PC阳光板。
使用圆锯最好采用硬质合金碳化钨锯片，锯片两面交错的铁齿倾斜角采取45°
时，压力最小，锯切质最好。
（2）锯切时不要揭掉保护膜，不要扭伤锯齿以外的膜和板。
须将板材夹紧在据床的活动平台上，板材紧贴台面，避免振颤和由此产生的粗糙加工面。
（3）据片启动后，再推进板材，开始锯切。
进锯速度保持自然，不可强行加速，避免锯片发热、物料粘结和锯齿阻塞。
接近终点时，进据速度要放慢，以免板材截角。
（4）锯屑应随时用压缩空气吹出多层板的槽隙。
注惫:
应及时放出空气压缩机气水分离器中的积水，千万不可将水气带入板材槽隙中。
锯切完毕，要再次用铝箱防尘胶带封边。
（5）使用自攻螺钉或螺栓连接铝型材，在紧固时要注意调整好各连接部位密封性的同时，还要注意不使PC阳光板、连接型材及紧固件本身产生变形或破坏。
（6）阳光板安装完毕，立即揭掉保护膜。
如必须继续保护板面，则应先揭掉，再重新反盖，以避免阳光长时间直射下产生胶转移现象，污损阳光板表面。
（7）安装前，施工组织者一定要将保护膜印上的文宇说明和注意事项理解清楚，并向操作人员说明。
特别要注意“此面朝外“的标志。
有该标志的一面有防紫外线涂层，必须朝向室外。
订货量（平方米）
价格（含运费）
100-199
75.00元/平方米
≥200
74.00元/平方米
③价格及品牌：
价格：
品牌：
历新Lixin
6.4太阳房地面材料的选取
mdf
片状
3000*204*10mm
木塑
佛山
B1
1
康哲
30年
1、安装使用与实木基本一致。
2、 钉孔的修补方法与实木相同，修补后不需打磨，用干净布轻擦即可。
3.可选择上漆或免漆。
需上漆时，请使用环保并适合PVC性能的油漆。
4、表面切勿砂磨。
5、可选择直接用胶水粘固.
50-500
150.00元/平方米
501-2000
140.00元/平方米
≥2001
130.00元/平方米
6.5太阳房密封材料的选取
①门窗玻璃材质：
镀膜钢化玻璃
②开启方式：
推拉
③面积比例：
卧室、起居室、明卫生间的通风开口面积不应小于该房间地板面积的1/20;
厨房的通风开口面积小于该房间地板面积的
1/10,并不得小于0.60㎡
④通风情况：
尽量减少空气流通。
⑤密封条件：
门、窗及墙体之间保持高度的密闭性，减少内外空气交换的速度，与外界空气交换量越少，空气调节系统越少，而且损失的能量很快的补偿。
⑥平均使用寿命：
25年
⑦价格：
45.00元/平方米
6.6太阳房的总预算（安装费用）
（一）按照该市的建筑市场的交易习惯，房屋的造价分为材料费和人工费两大部分，现分别计算如下。
1）材料费用包括以下几个方面：
维护结构（水泥、中砂、碎石、生石灰、红青砖、白水泥、钢筋等）
综合施工图纸预计共需要成本：
37859元2）地面结构（聚苯乙烯泡沫塑料板、地砖、防石材墙面面砖、棕红色墙面面砖、改性沥青防水卷材、玻璃瓦片、钢筋空心板、预制钢筋等）
综合施工图纸预计共需要成本：
15320元
3）遮阳结构（钢丝网片、焦渣、外墙涂料、TG胶、保温砂浆、各类模板等）
114664）密封结构（门窗、塑钢门、带亮木门、普通木门、铝合金门、塑钢窗、铝合金窗、玻璃幕窗等）
11891
可得出共需要预算——81517元
（二）人工费的计算：
农村常用的方法为按建筑面积收取，市场价为90元平方米，另外没跟构造柱加15元，每道圈梁完毕请吃顿饭，约300元，该平房建筑面积141.1平方米，41.58平方米为内院厨房、门洞和车库的建筑面积，院墙早厕的人工费按砖（元块）计算，硬化地面14元米，人工总费：
（141.1+41.58）×
90+12×
15＋0.20×
9209＋14×
3.3=18509.2元
（3）太阳房运行费用预算
按照在太阳房寿命以内，根据各类材料的使用寿命以及运行特点可以粗略得出其运行费用：
11000
（4）太阳房后期维护费用预算
21123
综上所述，可知该太阳房的总预算是：
81517＋18509.2＋21123＋11000=13.2149万元
参考文献（References）
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[2]太阳光电发电协会太阳能光伏发电系统的设计与施工[M]刘树民宏伟，译.北京：
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[3]杨洪兴周伟编著.太阳能建筑一体化技术与应用[M].北京：
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[4]硕士学位论文.夏热冬冷地区多层住宅被动式太阳房设计策略研究.2005
[5]李元哲.《被动式太阳房热工设计手册》.清华大学出版社.1993
[6][日]太阳光发电协会编太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].北京：
科学出版社，2006.
心得体会
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