未來建筑發(fā)展趨勢——被動式建筑

　　被動式建筑是指不通過傳統(tǒng)的采暖或制冷方式來實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境冬暖夏涼的建筑。比起能耗低但室內(nèi)舒適度較差的傳統(tǒng)建筑和室內(nèi)足夠舒適但能耗非常高的高端建筑，被動式建筑的最大特點在于實現(xiàn)高品質(zhì)居住環(huán)境下的低能耗。被動式建筑基本不需要主動式供熱或制冷系統(tǒng)，而其核心部分是在保證空氣清新的基礎(chǔ)上，最大程度減小建筑運行能量損失。為了實現(xiàn)以上目的，被動式建筑需要通過以下方面來實現(xiàn)：

　?、?良好的保溫性能。被動式建筑基本不需要暖氣設(shè)備，為了保持室內(nèi)溫度，建筑圍護結(jié)構(gòu)的所有材料必須具有非常好的保溫性能;邊沿、轉(zhuǎn)角、連接處以及滲透處均需做特別的考慮和處理，來避免熱橋的產(chǎn)生;同時還需要高性能的節(jié)能門窗來降低門窗等重點部位的能量損失。

　?、?良好的建筑氣密性。密封不好的建筑會產(chǎn)生冷熱氣體對流，從而造成熱量損失。

　　③ 良好的新風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在房間的氣密性比較好的條件下，將屋外的空氣通過過濾、加濕或者除濕輸入房間，改善房間空氣;同時通過熱循環(huán)交換器，使新風(fēng)和舊風(fēng)進行能量交換，盡可能減少通風(fēng)的能量損失，上海世博館的“漢堡之家”采用了一臺具有熱回收、制冷和除濕功能的通風(fēng)裝置，其熱回收功率和制冷在80%到90%，最大限度減少了能量損失;另外，新風(fēng)還可以通過地下?lián)Q熱器進行預(yù)熱或冷卻，提高新風(fēng)的舒適性。

　?、?合適的建筑朝向以及遮陽。通過優(yōu)化建筑朝向和遮陽，充分利用自然通風(fēng)和自然采光。

　　⑤ 合理的利用太陽能和地?zé)嵩O(shè)備。使用太陽能熱水或者地源熱泵來產(chǎn)生熱水?！皾h堡之家”的屋頂裝有450平米的光伏發(fā)電設(shè)備，可以提供建筑運行和使用所需電能的80%左右。

　　⑥ 節(jié)能的家用電器。高效節(jié)能的冰箱、爐灶、燈、洗衣機等家用電器是被動式建筑的必要組成部分。

　　建筑節(jié)能與氣候保護的緊密關(guān)系確立了被動式建筑在能源戰(zhàn)略中重要地位，被動式建筑概念也隨之開始走紅，并在歐美等發(fā)達大面積推廣。比如：在歐洲，超低能耗的被動式建筑正以每年8%的速度遞增。歐盟最新規(guī)定，2020年歐盟27個國家將全部采用被動式建筑標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，所有新建房屋如不能達到被動式建筑標(biāo)準(zhǔn)，將不予發(fā)放開工建設(shè)許可證，由此可見歐盟對被動式建筑的重視程度。

　　我國作為全球建筑能耗大國，大力推廣被動式建筑，可減少煤炭和石油的消耗，降低二氧化碳排放，提高環(huán)境質(zhì)量。2014年全國住房城鄉(xiāng)建設(shè)工作會議提出，新一輪的城市化改造將力推被動式建筑，十年內(nèi)達到50%覆蓋率的目標(biāo)。在住建部的積極推動下，北京市、山東省等省市已先后出臺詳細的財政補貼，引導(dǎo)鼓勵更多的建設(shè)單位參與被動式建筑的建設(shè)。雖然我國被動式建筑起步較晚，目前仍面臨諸多挑戰(zhàn)，被動式建筑是未來建筑發(fā)展方向的主流趨勢不可逆轉(zhuǎn)。

太陽能建筑的工作原理和特點

　　1、被動式太陽房

　　被動式太陽房最基本的工作機理是所謂“溫室效應(yīng)”。被動式太陽房的外圍護結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較大的熱阻，室內(nèi)要有足夠的重質(zhì)材料，如磚石、混凝土，以保持房屋有良好的蓄熱性能。按采集太陽能的方式區(qū)分，被動太陽房可以分為以下幾類：

　　(1)直接受益式

　　冬天陽光通過較大面積的南向玻璃窗，直接照射至室內(nèi)的地面墻壁和家具上，使其吸收大部分熱量，因而溫度升高。其示意圖見圖3-39所吸收的太陽能，一部分以輻射、對流方式在室內(nèi)空間傳遞，一部分導(dǎo)入蓄熱體內(nèi)，然后逐漸釋放出熱量，使房間在晚上和陰天也能保持一定溫度。采用這種方式的太陽房，由于南窗面積較大，應(yīng)配置保溫窗簾，并要求窗扇的密封性能良好，以減少通過窗的熱損失。窗應(yīng)設(shè)置遮陽板，以遮擋夏季陽光進入室內(nèi)。

　　(2)集熱蓄熱墻式

　　這種太陽房主要是利用南向垂直集熱蓄熱墻吸收穿過玻璃采光面的陽光，通過傳導(dǎo)、輻射及對流，把熱量送至室內(nèi)。椅的外表面涂成黑色或某種深色，以便有效地吸收陽光。集熱蓄熱堵的形式有：實體式集熱蓄熱墻，花格式集熱蓄熱墻，水墻式集熱蓄熱墻，相變材料集熱蓄熱墻，快速集熱墻等。

　　(3)附加陽光間式

　　陽光間附建在房屋南側(cè)，其圍護結(jié)構(gòu)全部或部分由玻璃等透光材料構(gòu)成。與房間之間的公共墻上開有門、窗等孔洞。陽光間得到陽光照射被加熱，其內(nèi)部溫度始終高于外環(huán)境溫度。所以既可以在白天通過對流經(jīng)曲’刁、窗供給房間以太陽熱能，夏季采暖過程的工作原理如圖3-40(a)-(b)又可在夜間作為緩沖區(qū)，減少房間熱損失。冬季采暖過程的工作原理如圖3-40(c)-(d)

　　(4)屋頂池式

　　屋頂池式太陽房兼有冬季采暖和夏季降溫兩種功能，適合冬季不屬寒冷，而夏季較熱的地區(qū)。用裝滿水的密封塑料袋作為儲熱體，置于屋頂頂棚之上，其上設(shè)置可水平推拉開閉的保溫蓋板。冬季白天晴天時，將保溫板敞開，讓水袋充分吸收太陽輻射熱，水袋所儲熱量，通過輻射和對流傳至下面房間。夜間則關(guān)閉保溫板，阻止向外的熱損失。夏季保溫蓋板啟閉情況則與冬季相反。白天關(guān)閉保溫蓋板，隔絕陽光及室外熱空氣，同時用較涼的水袋吸收下面房間的熱量，使室溫下降;夜晚則打開保溫蓋板，讓水袋冷卻。保溫蓋板還可根據(jù)房間溫度、水袋內(nèi)水溫和太陽輻照度，進行自動調(diào)節(jié)啟閉。

　　2、主動式太陽房

　　主動式太陽房與被動式太陽房一樣，它的圍護結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的保溫隔熱性能。

　　對于太陽能供暖系統(tǒng)來說，首先應(yīng)考慮采用熱媒溫度盡可能低的采暖方式，所以地板輻射采暖最適宜于太陽能供暖。太陽能供熱系統(tǒng)可以用空氣，也可以用水作為熱媒，兩者各有利弊。熱風(fēng)式集熱器較便宜，熱交換次數(shù)少，但集熱用循環(huán)動力大，是熱水式的10倍，風(fēng)道和蓄熱裝置占據(jù)的空間也大;太陽熱水集熱器技術(shù)較復(fù)雜，價格較高，但綜合考慮優(yōu)點較多，特別是近年來真空管集熱器的性能、質(zhì)量有很大提高，價格不斷下降，所以今后太陽能供熱系統(tǒng)將以熱水集熱式為主。

　　(1)熱風(fēng)集熱式供熱系統(tǒng)：在屋面上朝南布置太陽空氣集熱器，被加熱的空氣通過碎石貯熱層后由風(fēng)機送入房間，輔助熱源為煤氣熱風(fēng)爐，并設(shè)置控制調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)送風(fēng)溫度確定輔助熱源的投入比例。

　　(2)熱水集熱式地板輻射采暖兼生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)：①在屋頂設(shè)置的太陽能集熱器，系統(tǒng)有集熱循環(huán)水泵，輔助蓄熱水箱，供熱水箱，采暖循環(huán)水泵，輔助熱源一燃氣鍋爐，輔助熱源熱水循環(huán)泵，輔助加熱換熱器，地板輻射采暖盤管。地板輻射采暖盤管的做法是，在地面上先鋪設(shè)保溫層，再鋪設(shè)聚乙烯塑料盤管，然后再做地面面層。熱媒水通過盤管向房間散出熱量后溫度降低，再返回蓄熱水箱，由集熱泵送到太陽集熱器重新加熱：夜間或陰天太陽熱能不足時，則由輔助熱源加熱系統(tǒng)保證供暖。

　　(3)太陽能空調(diào)系統(tǒng)：兼有供暖、供冷功能，也可以只有供冷功能。夏季供冷的太陽能空調(diào)系統(tǒng)，制冷機為小型澳化鉀吸收式制冷機，空調(diào)機為風(fēng)機盤管j口需增加供暖功能，可以有兩種方法：一種仍使用風(fēng)機盤管作末端設(shè)備，由蓄熱水箱提供熱媒水給風(fēng)機盤管，但水溫要求較高，一般要60°C另一種是風(fēng)機盤管只在夏季工作，冬季則增設(shè)地板輻射采暖系統(tǒng)，對水溫的要求可降低，30°C一40°C即可。兩種方法各有利弊，前者初投資少，但太陽能供暖率較低，運行費用高;后者初投資高，但太陽能供暖率高，運行費低。

　　除了上面介紹的三類系統(tǒng)外，還有太陽能熱泵供冷、暖系統(tǒng)以及把土壤作為熱源或排熱源的地下蓄熱式供冷暖系統(tǒng)，即在夏季把能利用于供暖的高溫?zé)嵝罘e起來，供冬季使用;在冬季則把能利用于供冷的低溫?zé)嵝罘e起來，供夏季使用。

　　3、零能房屋

玻璃房的設(shè)計