太阳能在建筑自然通风设计中的应用

陈代京

太阳能在建筑自然通风设计中的应用

陈代京

摘 要：本文首先分析研究了自然通风在建筑物节能方面的影响以及在建筑设计中如何合理应用自然通风，太阳能不仅可以用来增加房内空气的温度，而且还可用于自然通风，最后系统分析了利用太阳能减少建筑的能耗，使设计节能的建筑通风成为现实。

关键词：通风；太阳能；自然通风

随着城镇化的发展，在建筑设计时，建筑师不仅要考虑建筑物的美观实用，还要考虑如何使建筑更节能环保，而太阳能无疑是最佳的选择。据统计，我国同气候条件下建筑物单位能耗明显高于发达国家，大约是发达国家的2～5倍，而多层住宅的空调能耗比普通住宅的能耗高出5～6倍。所以，开发利用自然能源，减少不可再生能源的使用量，加强建筑节能的宣传和认识，同样在建筑行业内响应国家可持续发展战略，建立绿色建筑理念。建筑中的通风换气以及提高屋内空气温度，都可以使用太阳能，这将大大地减少建筑的能耗，避免使用空调引起的各种空调疾病。尤其是在我国的北方，冬季干燥少雨，日照充足，充分地利用太阳能来实现建筑中的通风换气以及提高屋内空气温度会节约大量的能源。为了实践使用太阳能这种清洁能源来实现建筑中的通风换气以及提高屋内空气温度，本文通过精心设计，提出可以让太阳能透过建筑的窗户，进而强制提高室内的温度，迫使屋内空气与室外进行交换，节能环保。

1 建筑自然通风成因和作用

众所周知空气的流动会产生风，而造成空气流动的原因是压力差，压力差包括风压和热压，风压和热压分别来自空气压力梯度和温度梯度。建筑的通风对居民的居住舒适和健康有着重要的关系，通风环境好的建筑居住更加适宜、舒服。自然通风不仅可以降低室内空气的温度，增加人居住的舒适度，而且还可以增加建筑与室外的热交换。自然通风还能够把屋内污浊的空气与室外新鲜的空气流动交换，保持屋内空气清新，保证居民的健康。

2 结构设计

建筑的窗户一般包括窗口和窗扇两部分，用于建筑物室内与室外通风换气以及采光。可是一般的窗户是不能强制增加室内空气的温度及迫使屋内空气和室外空气进行交换的，这是因为透过普通窗户的太阳辐射能大部分都会白白浪费掉，得不到充分的利用，还要就是因为窗户使用有色玻璃。而本次设计通过对传统窗户的总结研究，以及结合物理学上空气动力学与能量辐射原理，在此基础上提出了一种别具一格的窗户形式，即采用双层窗户形式。采用这种窗户，通过提高双层窗户之间的空气温度，空气就会发生对流，迫使屋内空气质量增加，进而达到换气通风的目的。这种设计在冬季时可以利用充足的光照，吸收太阳辐射的热量迫使屋内空气温度增加；夏季时又可以与室外空气交换。

双层窗户的物理设计形式大致如下：双层窗户安置在建筑物的窗口处，需密封性良好，使用无色透明的玻璃，两层玻璃之间大约相距15cm，靠里一层窗户的两角各留一个能够打开或关闭的小窗口，两角在窗户的对角线上，分别是左上角与右下角，而外层窗户只在左上角留一个能够开关自如的小窗口。

设计这种结构非常巧妙，建筑既要有充足的采光率，又可以轻易地增加室内空气的温度以及实现与室外空气的流动交换，充分利用光照，使太阳透过无色玻璃，双层窗户吸收太阳能，增加温度，通过不同的组合来打开或关闭里外两个窗户上留有的三个小窗户，从而实现增加屋内空气温度和屋内空气与外面的通风流动。

3 空气温度增加和通风流动原理

双层窗户的工作原理：

（1）增加室内空气的温度

外层窗户上的小窗户关闭，同时打开里层窗户上的两个小窗户。双层窗户玻璃间的空气在太阳的照射下，不断吸收太阳辐射能，温度增加，体积增大，密度减小，根据流体力学知识可知，此时空气因密度较小会向上流动，进而从里层窗户的左上角流向屋内，而室内的空气温度低于双层窗户间空气的温度，将从里层窗户的右下角进入双层玻璃，补充向上流走的空气，这种空气流动周而复始，不断循环，进而达到屋内空气吸收太阳辐射能增加室内空气的温度的作用。

（2）屋内空气与室外的流动交换

里层窗户左上角的小窗户关闭，同时打开里层窗户的右下角小窗户与外层窗户上的小窗户。此时双层窗户玻璃间的空气在太阳的照射下，吸收太阳辐射能，温度增加，体积增大，密度减小，向上流动，从外面一层玻璃左上角的小窗口流到屋外，而屋内的空气低于双层窗户间空气的温度，从里层窗户的右下角进入双层玻璃中，补充向上流走的空气，进而又吸收太阳能，温度增加上升流到室外，这样不断循环，屋内的浊气会排到外面，从而迫使了屋内空气与外面的空气流动交换。

这种设计的独到之处是在保证建筑足量的采光率的同时，可以充分的利用光照，使太阳透过无色玻璃，双层窗户间空气吸收太阳能，温度增加，通过里外两个窗户上留有的三个小窗户打开或关闭的各种组合，实现增加屋内空气温度和屋内空气与外面通风流动。

结语

结合以上的介绍，可以知道通过对建筑物的某部分进行独特的设计，能够实现在建筑自然通风中应用太阳能，双层窗户的设计，结构简单且操作性强，价格便宜，其中里外两个窗户上的三个小窗户通过各种巧妙的配合，增加了屋内空气温度，屋内空气也能够与外面进行通风换气，建筑的采光率也可以得到满足，光照充分得到利用。这种利用太阳能强化建筑的自然通风，节能环保，可以减少夏季居民的空调使用时间，节约大量的电能。在北方，特别是冬季，通过使用这种窗户构造来增加屋内空气的温度，可以推迟冬季的开始使用暖气时间，大大减少煤炭的使用量，不仅节约了资源，而且减少了二氧化碳的排放量和污染气体的排放。

参考文献

[1]王如竹.关于建筑物节能及复合能量系统的几点思考[J].太阳能学，2002，23 （03）：522-335.

[2]李华东.高技术生态建筑[M].天津：天津大学出版社，2002.

[3]王如竹.太阳能强化自然通风理论分析及其在生态建筑中的应用[J].工热物理学报，2004.

中图分类号：TU24

文献标识码：A

作者简介：陈代京，女，1986年03月07日出生，毕业于内蒙古科技大学，建筑环境与设备工程专业，现从事暖通设计工作。