论文题目
硕 士 学 位 论 文
(同等学力)
建筑太阳能利用的适应性与湖州地区的应用探讨 作者姓名 诸亚珺 指导教师 罗卿平 学科(专业) 建筑设计及其理论 所在学院 建筑工程学院
提交日期 2008年9月
ZHEJIANG UNIVERSITY
Dissertation Submitted for the Degree of M.Arch
Compatibility Study of the Solar Energy Application in Building Construction and the Discussion of the Projects in Huzhou City
Zhu Yajun Adviser: Luo Qingping
College of Civil Engineering and Architecture
Zhejiang University
2008.08 独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 浙江大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
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工作单位： 电话：
摘 要
随着能源形势和生态环境的日益恶化，节能已成为全球性的焦点。而建筑太阳能应用也将成为当前我国缓解能源压力，实现可持续性发展的重要途径。全文结合当前形势，立足本国国情，从建筑太阳能利用的地域性,传统性,现代技术性三方面综合分析,并着重以湖州地区为例,通过理论结合实践进行建筑太阳能利用的适应性研究,试图建立一套具有中国地域特色的现代建筑太阳能设计思路和策略，以期能够作为今后相关设计的参考。
本文共分五章，其中第二~四章为本文的重点。第一章通过对当前能源形势，我国建筑耗能及国内外节能策略等背景情况的阐述，探讨了我国建筑太阳能利用的历史，现状及存在的问题；第二章通过对地域气候性，经济性等方面深入探讨，并以湖州地区为例阐述了建筑太阳能利用的地域适应性分析思路；第三章通过对传统建筑太阳能利用在建筑选址，规划布局，空间设计，建筑构件等方面的技术分析和适应性分析，深入挖掘其可继承再利用的太阳能利用理念，并以湖州地区工程实践为例重点阐述了建筑太阳能利用的传统适应性设计思路；第四章通过对现代建筑太阳能主动式利用和被动式利用的技术及适应性分析,结合湖州地区工程实践,阐述了建筑太阳能利用的现代技术适应性设计思路；第五章总结全文，并指出今后我国建筑太阳能利用适应性探索方向。 关键词:节能，太阳能建筑,被动式,主动式,
Abstract
With the deterioration of energy and environmental problems, saving energy becomes a global focus. The solar energy application in building construction has already become an important way to release the nation’s tension on energy and realize the sustainable development. This thesis is based on the nation’s basic condition and the current situation. The analysis integrates the regional compatibility, heritage from tradition and modern technology of solar energy application in building construction. Finally it try to establish a new approach of modern solar energy applications in building construction with regional features. It can be a reference for future related design work.
There are five chapters in the thesis and chapter two, three and four are the main contents. There is a literature review in the first chapter. It contains the current energy situation, the nation’s energy consuming in buildings and global energy saving strategies. It also explores the history, current situation and existing problems of solar energy in building construction. In second chapter, through a detailed discussion in regional compatibility, economics and technology, the author provides a thread for the solar energy application in building construction with regional features. Hu Zhou city is illustrated as an example. In third chapter, through the technology and compatibility analysis of traditional solar energy application in address, layout, space design and construction components, the author digs out the heritable and reusable thoughts of solar energy application. A design thread of modern application of solar energy has been carried out based on the traditional compatibility technology and Hu Zhou city is illustrated as an example. In chapter four, through the technology and compatibility analysis of the active-mode and passive-mode usage of modern solar energy application, also integrating the construction project in Huzhou City, it provides the thread and strategy of the modern solar energy technology application. In the chapter five, there is a summary and the future direction of solar energy application in building construction has been pointed out. Keywords: Energy conservation，Solar-powered structure， Passive-mode，
Active-mode
目 次
1 绪论
1.1 研究缘由…………………………………………………………………………1 1.1.1 世界能源状况………………………………………………………………1 1.1.2 我国能源状况………………………………………………………………1 1.1.3 我国建筑业的发展及能耗问题……………………………………………2 1.1.4 建筑节能理念………………………………………………………………2 1.2.建筑节能与太阳能利用 ………………………………………………………3 1.2.1 建筑节能与太阳能利用的兴起……………………………………………3 1.2.2 建筑太阳能利用……………………………………………………………4 1.2.3 国外建筑太阳能利用的发展概况 ……………………………………6 1.3 我国建筑太阳能利用的发展概述 ……………………………………………7 1.3.1 我国的太阳能资源概况……………………………………………………7 1.3.2 我国建筑太阳能利用的发展概况…………………………………………7 1.3.3 我国建筑太阳能利用存在的问题…………………………………………8 2 建筑太阳能利用的地域适应性探讨
2.1 地域气候性与建筑太阳能利用 ………………………………………………10 2.1.1 地域气候性分析 …………………………………………………………10 2.1.2 地域气候适应性 …………………………………………………………11 2.1.3 地域气候适应性与建筑太阳能利用策略 ………………………………12 2.2 地域经济性与建筑太阳能利用 ………………………………………………12 2.2.1 我国建筑太阳能利用的重点仍以光热为主 ……………………………12 2.2.2 深入研究比较各种现代建筑太阳能技术的成本及效益 ………………13 2.2.3 现代建筑太阳能利用应注重太阳能利用率的提高 ……………………14 2.3.湖州地区太阳能利用的地域适应性探讨 ……………………………………14 2.3.1 气候性分析… ……………………………………………………………14 2.3.2 经济性分析 ………………………………………………………………15 2.3.3 太阳能利用的地域适应性策略 …………………………………………15 3 建筑太阳能利用的传统适应性探讨
3.1 建筑太阳能利用的传统适应性 ………………………………………………16
3.2 建筑太阳能利用的传统技术性及适应性分析 ………………………………16 3.2.1 传统建筑太阳能利用的建筑选址 ………………………………………16 3.2.2 传统建筑太阳能利用的规划布局 ………………………………………18 3.2.3 传统建筑太阳能利用的空间设计 ………………………………………19 3.2.4 传统建筑太阳能利用的建筑构件 ………………………………………22 3.3 湖州地区建筑太阳能利用的传统适应性探讨 ………………………………25 3.3.1 湖州地区建筑太阳能利用的传统适应性策略 …………………………25 3.3.2 浙江省湖州市传染病医院规划设计 ……………………………………25 4 建筑太阳能利用的现代技术适应性探讨
4.1 被动式建筑太阳能利用的技术性及适应性分析 ……………………………27 4.1.1 被动式建筑太阳能技术 …………………………………………………27 4.1.2 被动式建筑太阳能技术的适应性分析 …………………………………31 4.2 主动式建筑太阳能利用的技术性及适应性分析 ……………………………36 4.2.1 主动式建筑太阳能技术 …………………………………………………36 4.2.2 主动式建筑太阳能技术的适应性分析………………………………… 38 4.3 湖州地区建筑太阳能利用的现代技术适应性探讨 …………………………46 4.3.1 湖州地区建筑太阳能利用的现代技术适应性策略 ……………………46 4.3.2 湖州市“在水一方家园” 住宅小区设计 ………………………………47 4.3.3 湖州市某区经济适用住宅小区方案 ……………………………………49 5 结束语 ……………………………………………………………………………54 6 参考书目及论文 …………………………………………………………………56 7 索引 ………………………………………………………………………………58 8 后记 ………………………………………………………………………………60
建筑太阳能利用的适应性与湖州地区的应用探讨
1 绪论
1.1研究缘由
1.1.1 世界能源状况
能源是指自然界中能为人类提供某种形式能量的资源。当今世界，能源的作用在社会发展中已无可替代，它是发展工农业、科学技术以及提高人民生活水平的重要物质基础，其开发利用的深度和广度，是衡量一个国家综合国力的主要标志之一。第二次世界大战以后，随着世界经济规模的不断扩大，世界能源消耗速度急剧增加。根据《BP世界能源统计2006》显示，1973年世界一次能源消费量仅为57.3亿吨油当量，到2005年己达到105.37亿吨油当量。在过去30多年中，世界能源消费量年均增长率为1.8%左右。美国能源部能源情报署《国际能源展望2004》基准状态预测，全球能源消费总量将从2001年的102.4亿吨油当量增加到2025年162亿吨油当量，世界能源消费将增加54%。由此可见,世界能源消费不论其发展速度还是消费总量都已经到了一个令人担忧的程度(表1.1)。
表1.1 2004- 2005年各种燃料的消费增长率单位:%（表格来源: 王立敏.高油价影响下的2005
年世界能源市场一BP世界能源统计2006总览.国际石油经济，P35）
种类 2004年 2005年 石油 36 13 天然气 33 23
50 煤炭 62
42 06 核能
56 42 水电
一次能源总量
GDP 碳排放
44 40 48 27 36 29
一方面是世界能源消费总量的不断增长，另一方面，世界化石燃料资源已十分有限。《BP世界能源统计2006》的数据表明，2005年全球石油剩余探明储量为12007亿桶(1636亿吨)，天然气179.83万亿立方米，煤炭9090.64亿吨，以目前的开采速度计算，全球石油储量可开采40年，天然气和煤炭则分别可开采65年和162年，而对于水力资源，大多数发达国家能源形势不容乐观。 1.1.2 我国能源状况
我国能源储量十分丰富，而且种类繁多，到目前为止，我国已经建成了相当完备的能源工业体系，能源的生产逐年递增，为我国国民经济的发展和人民生活水平的提高提
供了有力保证。由中国科学院地理科学与资源研究所做的我国常规能源资源储量调查显示:我国自然资源总量排世界第七位，能源资源总量约4万吨标准煤，居世界第三位；另一方面，由于我国人口众多，虽然资源较丰富，但人均占有量不到世界平均水平的一半，严重制约了我国社会经济的可持续发展，因此，从这个意义上来说我国常规能源并不丰富。
我国是能源生产大国，同时也是能源消费大国。尤其是近年来，我国国民经济每年以10%左右的速度迅猛发展，迫使能源的消耗急剧增加。2005年我国一次能源消费量为21.4亿吨标准煤，原油3.0亿吨，天然气500亿立方米，水电4010亿千瓦时，能源消费总量为22.25亿吨标准煤，比上年提高9.5%，在世界能源消费总量中约占14%，仅次于美国，居世界第二位【1】。能源消耗的急剧增加的代价，严重制约了我国社会经济生态环境的和谐发展。
1.1.3 我国建筑业的发展及能耗问题
近10年来，以住宅为代表的中国建筑业实现了持续的高速发展。全国住宅年平均竣工面积达2.66亿平方米，到2003年底全国城镇人均住宅建筑面积已达22.8亿平方米。中国建筑业的发展，不仅承担了解决城市居住问题的职责，而且对推动国民经济的发展和增长做出了重要贡献。但我们也必须看到建筑业的建造活动对我国生态环境的严重破坏。
建筑能耗包括建材生产，建筑施工，建筑日常运转及建筑拆除等项目的能耗，这是广义上的建筑能耗，狭义的建筑能耗是指建筑在运作使用过程中的能耗，约占广义能耗的80%以上。我们常说的建筑能耗一般指狭义建筑能耗，包括建筑物(主要指住宅和公共建筑)采暖，空调，热水供应，炊事，照明及建筑电器能耗。据统计，我国建筑能耗占总能耗的比例大约为27% ，并且呈现出逐年上升的趋势。从目前我国建筑耗能看，在400多亿平方米城乡建筑中99%为高能耗建筑，新建的房屋中95%以上仍然是高耗能建筑，单位建筑面积采暖能耗和地理气候条件相近的发达国家比，大约高出3倍左右，能源消耗相当大，浪费严重。 1.1.4 建筑节能理念
对能源危机和环境恶化的追根溯源发现，人类建筑活动所消耗的能源资源和排放的污染物占到社会总量的三成，故建筑节能成为了当今世界建筑物必须具备的一大功能，其核心问题是充分合理地根据自然气候条件，对建筑物的规划和形体设计综合考虑;根据建筑热工的要求，优选具有良好隔热性能和水蒸气透过性能的建筑材料，合理设计围护结构的构造;综合利用煤、电、气等能源，使建筑物逐渐走上可持续发展的良性轨道。
建筑节能的研究方向细化为:太阳能与建筑一体化;通风、空调、蓄能及自动控制;自然采光等。具体表现为以下三方面:
1.建筑节能不单要依靠提高建筑物采暖和通风设备的能源综合使用效率，更重要的是降低建筑物自身围护结构的传热系数，通过保温隔热材料和传统承重材料之间的相互配合得以实现。
2.一栋节能建筑与建造相同面积的传统建筑相比，前者材料成本稍大，两者在建设过程中所需消耗的能源相当，但是在使用和维护过程中，为达到相同质量的室内热环境，单纯考虑建筑围护结构的能耗，节能型围护结构消耗的能量仅为传统型围护结构的一半;而且随着材料科学和材料制造工艺的不断进步，节能型围护结构的能耗还有进一步降低的潜力。
3.建筑节能必须在建筑设计阶段综合考虑如何利用太阳能取暖，利用自然光采光，利用自然风通风降温等等，最大限度地减少室内环境对人工采暖通风设备的依赖，从而达到建筑与自然的统一。
1.2 建筑节能与太阳能利用
1.2.1 建筑节能与太阳能利用的兴起
能源形势的严峻性使建筑节能和在建筑中应用新型能源的工作在世界范围内引起了高度重视，当前国际上流行的采用低温技术，利用可再生能源，设置蓄热装置平衡使用峰谷电等建筑节能措施,有效提高能源的利用率，降低建筑物的能源损失，尤其是太阳能在建筑中的利用成为其中的重要课题。自上世纪70年代，国外工业发达国家和一些发展中国家都充分认识到利用太阳能是减少建筑常规能源消耗的最有效途径，纷纷投入大量的人力物力来研究。
1961年联合国在罗马召开国际新能源会议，其中最重要的议题就是太阳能的利用问题。此次会议也标志着太阳能在世界范围开始了有组织的利用和大规模的研究。1992年在里约热内卢召开的世界环境发展会议，提出了发展可持续建筑是今后建筑的发展方向，标志着太阳能建筑的发展进入了一个崭新的时代。许多国家开始以极大的热情投入大量人力、财力、物力到太阳能利用技术的研究之中，并且取得了丰硕的成果。太阳能利用经历了从自发到自觉、从被动到主动的阶段，其相关技术和生产已经发展成为成熟、多样化的具有规模效益的产业.
建筑太阳能技术的应用被业界认为是未来建筑的发展趋势。节能:有望实现建筑的零能耗，环保:能耗将不再污染我们的家园，人类未来的主要能源绝对离不开太阳能，太阳
能建筑是节约能源进行到底的妙策良方。不仅关注光热、光伏等现代科技与住宅建筑的和谐应用，而且更加关注生态设计理念的传播和传统被动太阳能建筑理念的提升。
把太阳能技术广泛应用到建筑节能中，使太阳能作为住宅建筑运行的动力，这是人类社会进步和科学技术发展的必然，其必然性体现在以下三个方面: 1.巨大的经济效益
首先，太阳能应用于住宅中可以节约常规能源，减少住宅建筑的能耗，产生较大的经济效益。虽然在建设初期一次性投入较大，但从长远来看，建筑造价增加值远远小于能源节约所带来的效益，如现在普通家用的太阳能热水器一般在三到五年就能收回成本。另外，太阳能技术在住宅建筑中的应用有利于推动住宅产业现代化，促进太阳能等其它产业的发展，其间接的经济效益不可估量。 2.巨大的社会效益
目前，人们生活舒适度与能源紧缺的矛盾日益严重，随着人们对室内热环境的要求越来越高，建筑用于室内热环境的能源需求量也就越来越大，导致能源供应紧张。而太阳能应用于住宅建筑中，可以大大节约能源，缓解能源紧缺的压力，解除能源问题对社会构成的严重威胁，促进社会经济的可持续发展，带来巨大的社会效益。 3.巨大的环境效益
太阳能是清洁卫生的绿色能源，应用于住宅建筑之中，不但可以缓解不可再生能源的过度开采和可再生能源所遭受的破坏，而且还可以减小化石燃料燃烧所产生的有害气体对环境的破坏，具有巨大的环境效益。 1.2.2 建筑太阳能利用 ▲ 太阳能的资源特点
太阳能指太阳光的辐射能量，作为一种绿色的可再生能源，它与常规能源相比有以下几个优点:
1.它是人类最丰富的能源，取之不尽，用之不竭。只要存在太阳，就有太阳辐射，它每秒钟辐射到地球陆地表面的能量大约170000亿千瓦，相当于目前全世界一年内各种能源所消耗总量的3.5万多倍【2】 。
2.非常普遍，地球上任何太阳普照到的地方，都可以就地开发利用，不需要用运输工具运输。
3.太阳能是一种清洁的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，不会破坏生态平衡，也不会危及人类的身体健康属于绿色能源之一。
另外，它也有自身的缺陷:
1.能量密度低。晴朗的上午，在垂直于太阳光方向的地面上，1M²面积所接受的太阳能，平均只有1KW左右【3】，因此，实际利用中往往需要一面积非常大的专业收集设备。 2.日照的不稳定性和间歇循环性。受气候、季节等因素影响，太阳到达某一地面的辐射能量不能保持稳定不变，另外，太阳的直接辐射能也随昼夜的交替而不断变化。
虽然太阳能有一些自身的缺陷，但其作为能源无以伦比的优越性还是得到了各国的认可，人们充分认识到太阳能将是未来新能源的主导力量，这是社会发展的必然趋势。太阳能技术的开发和利用也是现阶段各国极力发展的课题之一，太阳能的主要利用方式有:太阳能的光热利用、太阳能发电、太阳能光化利用、太阳能光生物利用等。 ▲ 建筑太阳能利用的理念概述:
为了寻求舒适的生活环境，人类根据阳光改变着他们的整个生存方式。比如冬天捕捉阳光为房屋取暖，夏天避开阳光使房屋凉爽，……所有这一切，不能不说是由自然界的某些现象，启发了人们利用太阳热的思想。我们的祖先早已体会到了利用太阳光和热的必要性，无论宫殿、庙宇、官邸或民宅，大都砌向朝阳，自然而然地将太阳热引入室内用于采暖。 这种传统的建筑太阳能利用理念即为不采用特殊的机械设备，而是利用辐射、对流和传导等方法，使热能自然流经建筑物，并通过建筑设计方法控制热能流向，从而获得采暖或制冷的效果。
现代建筑太阳能利用所涵盖内容很多，主要是围绕建筑在使用功能和环境功能中的用能问题展开。现代建筑太阳能利用的理念主要是通过对太阳能的光热利用使建筑物达到节能的效果。一般分为主动式和被动式两大类，其显著特征是建筑物本身就是能源系统的关键部件。建筑能量系统由建筑被动供能系统和主动供能系统组成。随着太阳能利用科技水平的不断提高，太阳能建筑已经从太阳能采暖建筑发展到可以集成太阳能光电、太阳能热水、太阳能吸收式制冷、太阳能通风降温、可控自然采光等新技术的建筑。
1.2.3 国外建筑太阳能利用的发展概况
在发达国家，建筑用能已占全国总能耗的30% ~40%，对经济发展形成了一定的制约作用。美国是世界上能量消耗最大的国家，国会先后通过了“太阳能供暖降温房屋的建筑条例”和“节约能源房屋建筑法规”等鼓励新能源利用的法律文件;在经济上也采取有效措施，不仅在太阳能利用研究方面投入大量经费，而且由国会通过一项对太阳能系统买土减税的优惠办法。因此，美国太阳能建筑的发展极为迅速。无论是对太阳能建筑的研究、设计优化，还是材料、房屋部件结构的产品开发、应用，以及真正形成商业运作的房地产开发，美国均处于世界领先地位，并在国内形成了完整的太阳能建筑产业化体系。在被动式太阳房研究领域，美国于20世80年代初就由新墨西哥洲的洛斯阿拉莫斯科
学实验室编制出版了被动式太阳房设计手册。此外，美国还出版了许多实用的被动式太阳房建筑图集，既介绍成功的设计范例，又有对太阳房原理、构造的详细说明；而对于主动式太阳房的研究，则早在上个世纪40年代，美国麻省理工学院就开始了利用太阳能的集热器作为热源的供暖、空调研究，并先后建成了许多实验太阳房。70年代以后，又在科罗拉多州建成了洛夫太阳房。但由于初投资较大，在推广和普及上不及被动式太阳房。直到进入90年代，开发出更加高效的太阳能集热器和吸收式制冷机及热泵机组，应用范围才得以扩大。
日本在主动式太阳房的研究应用领域也处于世界前列，1974年日本通产省就制定了“阳光计划”，并按此计划建造了多幢典型太阳能采暖空调试验建筑。近年来日本的太阳能采暖、空调建筑一直稳步发展，并已应用于大型建筑物上。
此外，法国、德国、澳大利亚、英国等发达国家也拥有相当先进的太阳能建筑应用技术。近年来，德国正研究将夏季太阳能储存起来，到冬季作为暖气的热源的项目，利用这套设备可以满足一座能耗百分之九十的建筑供暖需要。英国正在开发一种太阳能建筑，当阳光充足时，将足够的电能送入高压电网，而在阴天再从高压电网中取出电能提供该建筑的能源需要，而此建筑的设计与制造据悉仅需六周。
1.3我国建筑太阳能利用的发展概述
1.3.1 我国的太阳能资源概况
我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量在3340～8400MJ/( M².a) 之间，从全国的总体情况来看，我国属于太阳能资源相当丰富的国家之一，具有利用太阳能的先天条件。为了更好地利用太阳能，我国曾在20世纪80年代根据各地接受太阳总辐射量的多少，将全国划分为五个区域(图1.2)。其中一、二、三类地区全年日照时数分别为3200～3300h,3000～3200h, 2200～3000h，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，其面积约占全国总面积的2/3，具有良好的利用条件;四、五类地区全年日照时数分别为1400～2200h, 1000～1400h，属于我国太阳能资源较差的地区，但仍有一定的利用价值。丰富的太阳能资源为我国进行太阳能的开发和利用提供了得天独厚的条件，同时各个区域的差异性也向我们提出了挑战。
图1.2 我国主要地区的太阳能资源分布图
(图片来源: 罗运俊等著.太阳能利用技术.北京:化学工业出版社，2005，P28)
1.3.2 我国建筑太阳能利用的发展概况
当国外如火如荼地开发和利用太阳能资源的时候，我国的太阳能事业也开始起步并迅猛发展。1975年国家有关部门在河南安阳举行的“全国第一次太阳能利用经验交流会”，标志着我国的太阳能利用开始获得国家支持并纳入到正常的发展轨道。当时对被动式和主动式太阳能建筑的应用研究工作同时起步，但因被动式太阳能建筑更适合国情，所以80年代重点发展被动式太阳房。自1977年甘肃省民勤县建造了第一栋土坯太阳房开始，到目前为止，全国已经推广普及太阳能建筑近两千万平方米，这些太阳能建筑包括农村住宅、学校、办公楼、商店、宾馆、医院等多种建筑物，且大多数分布在常规能源相对缺乏、经济相对落后的农村地区。而在经济较发达、人口众多的大中城市却很少见。1992年，国务院批准了《中国环境发展十大对策》，明确提出要因地制宜地发展太阳能等可再生资源，从此，我国的太阳能利用进入了快速发展的新阶段。
近20年来被动式太阳房的研究工作己取得了很大成绩。在基础理论方面，通过对太阳房传热机理的分析，建立了太阳房热过程的动态物理、数学模型，根据模型编制了模拟计算软件:在材料、构件的开发方面，我国的科技工作者除创造了花格蓄热墙、快速储热墙等新型的采暖方式外，对墙体、屋顶、地面的保温措施也因地制宜地创造了多种多样具有中国特色的形式;另外通过攻关还形成了适合我国太阳能建筑特点的热性能试验、测试方法以及对太阳房舒适性和经济性的评价方法。当前，我国被动式太阳房已进入规模普及阶段。主要表现在以提高室内舒适度为目标，由群体太阳能建筑向太阳能住宅小区、太阳村、太阳城发展。
1.3.3 我国建筑太阳能利用存在的问题
太阳能作为一种可再生的洁净能源，在建筑上是很有利用潜力的新能源之一。但在我国建筑太阳能利用仍未得到普遍的应用,主要还是在具体实践中缺乏适应性的分析,具体表现为以下三方面:
1.建筑太阳能利用技术不能简单复制
我国幅员辽阔，跨越若干气候带，根据气候特点的不同共分为五个气候区域，各个区域有着不同的气候特点，而且各地区经济实力都不同，建筑太阳能的利用应具有各自地域适应性的特点。因此在进行建筑节能的太阳能利用上就要求对当地的气候特点有清晰的认识，并选择适合当地地域特性的太阳能利用策略，从而达到最大化利用区域气候的潜在优势；另一方面，每个建筑所处的区域，朝向，功能造型也不尽相同，因此设计时应从地形地貌，植被，水资源，场地，建筑性质，形式，朝向，形状等方面来考虑，而不能依照其他建筑“照猫画虎\"，应采用具有该地区特点的太阳能利用技术。 2.建筑太阳能利用缺乏传统性继承
在太阳能利用中应用中应深度了解和继承当地传统建筑太阳能技术原理，不求形似但求神似，融汇现代建筑语言将其发扬光大。 3.建筑太阳能利用缺乏与建筑的融合性
在太阳能利用的现代化技术应和建筑艺术相融合，而不是生硬的添加，力求与建筑一体化的设计。
2 建筑太阳能利用的地域适应性探讨
建筑太阳能利用的地域性因素体现在关注地域特点，利用自然气候资源，选择适合该地区的最佳太阳能利用技术上，达到自然环境，技术环境，经济环境协调统一。
2.1.地域气候性与建筑太阳能利用
2.1.1 地域气候性分析
对于不同地区而言，由于各地所处的纬度位置不同，所接受的太阳辐射的多少不同，受海陆影响的程度和大气环流系统的配置不同，各地的气候就有各自不同的特点。一定区域的气候，取决于若干种气候要素的变化特征以及它们的组合情况。 ▲ 气候的组成要素
长久以来，人们择地而居，选择并适应着不同的气候环境。一般情况下,气候要素是指影响某地区气候状况的主要因素，比较重要的室内环境因素可以概括为以下三项：日照、温度和湿度。 1.日照
日照是考虑住居气候条件的首要因素。太阳辐射是自然气候形成的主要因素，也是建筑外部热条件的保障和自然采光的前提。适宜的日照是生产和生活的必需条件，但是，过度辐射也会引起不良的影响。 2.温度
良好的居住环境应保持适宜的温度。高温、强辐射的气候环境不仅使人感觉不适，严重时还会带来生命危险。研究表明，舒适的气候温度环境应适当低于人体温度，以24-26℃范围最佳，不宜超出17-33℃【4】。建筑基址的选择应尽量避开高温高寒地区，当然，由于季节变化和客观存在的地区差异，适宜的温度环境往往还需要通过合理的规划、设
计和一定技术措施来实现。 3.湿度
适当的湿度环境也很重要。对人体来说，相对湿度一般在30--70%之间为宜。在高温或低温的环境中，人体对气温的感觉受湿度的影响比较明显，因为此时从体表丧失的热量与大气中的水汽含量有关。在沙漠地区，绿洲往往是城镇的聚居地所在，植被和饮水等因素固然重要，微气候环境中一定的湿度也是干热地区人们追求舒适度的必要条件。 ▲ 我国的气候分区
我国幅员辽阔，从南到北，从东到西各地气候的差异非常大。按照《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）51规定的热工设计分区是从建筑热工设计角度，主要针对建筑保温和防热设计问题的气候分区。采用累年一月和七月的平均温度作为分区的主要指标，累年日气温≤5℃ 和≥25℃ 的天数作为辅助指标，将我国分为五个区，即严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和气候区。同一气候区内的气候为同一地区性大气候。在每个气候分区内都给出针对气候特征的建筑热工设计方法，各区的分区指标及设计要求见表2.1【5】。
表2.1 我国的气候分区
(图片来源:王薇.走可持续发展道路——从多层次技术角度看待地域文化的发展.工业建筑，2003年第33卷第7期)
大致说来：华北、西北、东北是严寒和寒冷地区，长江中下游是夏热冬冷地区，华南是夏热冬暖地区，云南贵州一带是温和地区。 2.1.2 地域气候适应性
气候适应性是指建筑的建造和使用都是以适应当地的气候特征为原则的一种建筑方式。是减少建筑能耗，提高建筑内部环境品质的有效途径。
在一个指定地点上的气候条件总体上分为两类：不利条件（如：破坏性的大风，沙
尘暴等）——我们要来对抗它，有利条件（如：日照，正常通风）——利用它来减少不可再生能源的使用，从而达到个体舒适的标准。这也就是所说的“气候能源”的观点，即适度范围内的气候条件可用于建筑的能源来源，而超出适度范围为防灾研究范围。我们应有一个积极的眼光看待环境，哪些可以作为创造舒适环境的资源，比如风，雨我们都可以拿来利用的部分尽可以利用，而太大的风雨则会成为灾难。针对这一点，《应变建筑》【6】中有着更为直观的论述：“‘用’与‘防’的结合，建筑的产生是从对不利起后的‘防’开始的，对气候的‘用’体现了建筑的进化。” 2.1.3 地域气候适应性与建筑太阳能利用策略
建筑太阳能设计应遵循建筑所处地区的具体环境特点，结合气候的设计是使得建筑处于低成本最高效率的利用太阳能资源，达到节能的效果，具体设计应遵循的原则是： 1.调研设计地段的各种气候条件，例如温度、相对湿度、日照强度、风力和向等构成地域年平均气候特点的因素；
2.结合人体舒适图中标识的舒适区域，评价每个气候条件对人体生物舒适感的影响； 3.采取建筑太阳能技术手段解决气候与人体舒适之间的矛盾，应该在环境气候条件最不利时，能提供一定的补偿。例如建筑的选址和定位、建筑阴影范围评价、建筑形式设计、引导空气流动和保持室内温度近似恒定等；
4.结合特定地段，区分各条件的重要程度，采取相应的建筑太阳能技术手段进行建筑设计，寻求最优设计方案。
2.2 地域经济性与建筑太阳能利用
传统建筑太阳能利用是基于地域特点以一种自给自足的能源供应与建筑形式的结合，具体表现为人们对自身需要和自身价值的直接回应。更多的体现了对现存的无论是自然的或是人工的环境的尊重，尽可能利用当地的材料和技术，具有经济性的特点。
而相对于传统建筑太阳能利用技术，现代太阳能技术存在初期投入成本及维护费用等一系列的问题，基于不同地域所处的经济环境不同，应综合考虑建筑太阳能利用的成本及效益，对太阳能技术进行有选择性的应用。 2.2.1 我国建筑太阳能利用的重点仍以光热为主
许多发达国家太阳能利用的发展方向是太阳能光伏发电，这是因为发达国家的经济水平高，家用电器多，如美国一个家庭一年就用电几千度，相比之下中国平均每个家庭才几百度。另外，光伏联网发电成本较高，一度电约四、五元，独立光伏发电成本更高，每度电约十元。像德、美等国经济发展水平高，人均收入高，人们愿意花高价买太阳能
绿电，但我国的经济发展水平有限，人均收入不高，这么高的成本是目前我们的经济实力难以承受的。最后，发达国家都是通过推广光伏屋顶计划来推动太阳能发电，但在我国推广光伏屋顶计划有很多困难，主要因为城市住宅建筑中多层、高层居多，不像国外多是低层独立住宅，屋顶不好安装光伏发电系统。相对于太阳能光电利用，光热利用在我国已有很长时间的发展，技术方面己经比较成熟，尤其太阳能热水系统，运行安全可靠，经济方面也能为人们所接收，并取得了良好的经济和社会效益，因此，我国建筑中太阳能应用的重点在很长时间内仍将以光热利用为主。 2.2.2 深入研究比较各种现代建筑太阳能技术的成本及效益
表 2.2 较为客观的比较了太阳能热水器、电热水器、燃气热水器的经济性，由于实际应用中集热器和运行方式的不同，各个太阳能厂家产品的定价、性能略有差异，该表格基于具有相同的供热水条件，各类产品均选用本行业内质、性能相近的产品，而且忽略三种产品维护费用的前提下来作比较。
表格2.2太阳能热水器和电热水器，燃气热水器经济性比较
(图片来源:太阳能专题学习网站.http:www.15lsun.com/Article_Index.asp) 项目类别 燃气热水器 电热水器 太阳能热水器120升（2.0m²）
（6升/min） （60升） 无电加热 有电加热 装置初投资 装置寿命 每年使用天数 洗浴人数 年耗燃料 燃料价格 年费用 每人每次洗浴费用 15年装置总投资 15年总费用 安全性 占用空间 环境污染 国家政策 1980元 2130元 15年 3000小时 300 365 冬3夏5 冬3夏5 0 260度 0 0.5元/度 0 130元 0.15 0.25 1980 2280 1980 4230 绝对安全 安全 屋顶 屋顶 无 无 大力扶持
800元 7年 365 3 220KG 3.3元/KG 726元 0.73 1600 12490 较差 室内 直接污染 限制性发展 1000元 7年 365 3 1642度 0.5元/度 821元 0.84 2000 14315 一般 室内 间接污染 计划性发展 表 2.2 表明，太阳能热水器与电热水器相比有明显的经济优势，与天然气相比也有一定的经济优势。在其工作寿命周期内，可以通过节约天然气、电等常规能源的费用来补偿安装太阳能热水器所增加的投资。而且，随着能源紧缺的加剧，各类常规能源的费用必然越来越高，因此，使用太阳能热水的经济性会日益明显。 2.2.3 现代建筑太阳能利用应注重太阳能利用率的提高
针对地域气候性特点，建筑太阳能设计应重视提高太阳能利用率，尽可能增加太阳能集热器的面积，扩大太阳能利用范围。尤其是集热器面积应综合集热效率，水箱容量，
水的初始温度，不同地区纬度高低等因素来确定。为了得到最大的集热效果，集热器的最佳朝向是正南方，最大允许偏差正南面30度【7】，与地面的倾角近似于当地纬度，如果要在冬季获得最佳日照量，倾角应该为当地纬度+10度；如果要在夏季获得最佳日照量，倾角应该为当地纬度-10度。在设计方案阶段可以根据建筑地区的太阳能资源状况，按每100L热水量进行估算(表 2.3)【8】。
表格2.3 每100L热水量的系统太阳能集热器总面积推荐表
(图片来源:江亿等著.住宅节能.北京:中国建筑工业出版社，2006，P28)
等级 太阳能条件 水平面上年太阳辐照量集热面积（m²）
[MJ/(m².a)]
一 资源丰富去 〉6700 1.2 二 资源较富区 5400~6700 1.4 三 资源一般区 5000~5400 1.6 4200~5000 四 资源贫乏区 <4200 1.8 2.0 2.3 湖州地区建筑太阳能利用的地域适应性探讨
2.3.1 气候性分析
浙江省湖州市位于浙江省北部，市区中心地理坐标为北纬30°23′-31°11′，东经119°14′-120°29′,隶属长江中下游平原。
该地区年平均气温16.2摄氏度，夏季平均气温28.6摄氏度，冬季平均气温3.8摄氏度,属于夏热冬冷地区。
该地区平均太阳辐射总量4252MJ/㎡,年日照时数1819.9h，属于资源可利用区。结合湖州地区的气候分析显示：湖州地区冬季12月~2月仍然有大约一半的时间不能完全依赖被动式太阳能解决采暖问题，约占全年的13%,而冬季其余时间，采用被动式太阳能设计是理想的获得热舒适的手段，一年中约有13%的时间可以利用被动式太阳能设计方式解决室内热舒适问题;夏季出现热、湿问题的时间有四个月，为6~9月。可以利用自然通风解决夏季2/3时间的过热问题，总共占一年中的23%的时间,仍然有10%的时间必须依靠空调降温;一年中有40%的时间处于舒适区。该地区冬季充分利用太阳能是解决室内热舒适问题和节约能源的关键；夏季由于高温、高湿同时存在，充分考虑建筑自然通风设计，可以减少空调的使用时间。
综上所述,该地区建筑的地域气候适应性应该表现为太阳能技术与保温隔热、遮阳、通风并重考虑，其设计原则为：
1.夏季通过遮阳措施将过量的太阳辐射隔绝在室外，并利用建筑物自身组织通风，进行被动式降温和除湿。
2.冬季利用珍贵的太阳辐射资源对建筑进行被动式采暖，防止室内温度剧烈波动，通过阳光的照射降低室内温度，并加强保温隔热设计减少热量的散失。 2.3.2 经济性分析
该地区的城乡人口约257万人，面积5794平方千米 ，属于地级市，2007年湖州市市区城镇居民人均可支配收入20046元，素有鱼米之乡丝绸之府之称，属于我国长江三角洲经济文化发达地区。由于在目前的技术发展水平下，太阳能利用仍具有一次性投入成本较高，而上述该地区的整体经济水平表明其具有承受和使用的能力。
浙江省自2008年1月1日起实行12层（含）以下建筑及有生活热水系统的公共建筑设计使用太阳能热水系统的规定,大力推广太阳能技术。根据该地区的经济水平及政策支持,可见湖州地区发展建筑太阳能技术是必然趋势。 2.3.3 湖州地区太阳能利用的地域适应性策略
基于湖州地区建筑太阳能利用的地域适应性策略,目前该地区建筑太阳能设计在充分考虑传统太阳能技术的同时，结合现代太阳能技术的应用，主要致力于解决： 1.太阳能利用率的提高，在建筑中尽可能多的增加太阳能集热器的面积。 2.太阳能集热器与建筑一体化方面设计的问题。 3.冬季利用太阳能采暖、夏季室内防热等问题。
3 建筑太阳能利用的传统适应性探讨
3.1 建筑太阳能利用的传统适应性
自古以来，我们的祖先在修建住房时，都尽可能坐北朝南布置，北方民居以东西向作为建筑的长轴，北东西三面以厚墙保温，南立面则满开棂花门窗，墙体颜色多为青色等深色调，而南方民居则进深大、墙体颜色多为白色。这些做法反映了南北民居对太阳光热利用的不同态度，北方气候寒冷，在建筑设计中力求获得更多的太阳光热，南方炎热，避免接收太多的太阳照射则是其目标。又比如南方和北方的合院设计，北方的四合院大多比较宽敞，方便建筑的阳光采集，采用房屋围合院子的布局，周围的垂直边界对空气的水平运动进行限制，减少了冷空气的侵入，控制合院内的温度波动幅度。南方合院围合的面积则比较小，这是因为在该类气候条件下，凉爽成了主要的目标，这个时候
深井型庭院可以通过烟囱效应有效的组织通风和控制太阳辐射热。黄土高原的窑洞，在零下20℃左右的气候下，其室内被大地安定的地热包围着，仍保持着15℃上下舒适的室温【9】。蒙古包则通过减少散热面积来适应当地的严寒。
传统的建筑太阳能利用理念是指不采用特殊的机械设备，而是利用辐射、对流和传导等方法，使热能自然流经建筑物，并通过建筑设计方法控制热能流向，从而获得采暖或制冷的效果。基于不同地域气候的传统建筑，对不利的气候因素，以防为主，主要体现在传统建筑的采光保温防晒技术，被动式的利用太阳能能源，以解决日照，通风，保温，防晒的功能。
我国建筑太阳能的传统适应性主要体现在不求形似，但求神似，也就是分析这些技术的科学原理，再用现代的建筑语言实现到现代建筑中来，将这些传统建筑技术发扬光大。对于传统建筑太阳能技术的应用要解决两方面的问题：一、“形”的问题：就是形式问题，即建筑运用的技术是传统的，形式却是现代的。二、“神”的问题：传统建筑技术运用到现代建筑中时，建筑的规模，空间形式都发生了变化，这些技术的效果如何保证是我们建筑太阳能利用的传统适应性研究中必须面对的。
3.2 建筑太阳能利用的传统技术性及适用性分析
3.2.1 传统建筑太阳能利用建筑选址 ▲ 技术性分析:
从宏观层面来看，传统太阳能建筑的选址和布局往往是一个综合考虑多种气候要素，充分利用有利条件，阻挡不利因素的驱利逼害的过程。
如皖南徽州地处山地丘陵地区(见图3.1)，在规划布局上充分的利用了水陆风的特性，并通过合理的建筑布局，将水面吹来的凉风通过街道引入，使建筑群达到了良好的通风效果，促使了夏季的通风降温【10】。
图3.1气候要素和建筑选址 图3.2某区域气候环境分析
(图片来源:欧颖清.夏热冬冷地区的生态建筑 (图片来源:尼宁.生态建筑设计原理及设计 设计初步研究.武汉大学硕士学位论文,2001) 方法研究.北京工业大学硕士论文)
在实用功能上，处于坡地南面的村落可以获得充足的自然日照和开阔的视野，又可避免洪涝侵扰并有利于自然排泄。这种格局形成较为封闭的区域聚居环境，既可使村落避开强烈山风的侵扰、寒冷潮湿气流的侵蚀，又能夏季可吸纳临水而过的凉风。
综上所述，传统建筑太阳能利用建筑选址观念认为一般来说建筑的选址不宜选在风力、风速强劲的山顶、山脊和隘口等处，避免建筑物处于猛烈的风口；同时也不宜选在山谷和河谷低洼处，这种地形容易产生静风，或者微风频率较高，风速也较小，上部覆盖的空气层不易流通而造成空气污染，对人体的健康不利。较好的选择是在冬季主导风向影响较小而且顺应夏季主导风向，向阳，背山，面水的地方。综合考虑太阳辐射和自然通风情况，改善建筑周围的微环境来规划建筑布局，设计室外场地。 ▲ 适用性分析:
传统建筑太阳能利用建筑选址是依据地域性的太阳能辐射和自然通风，选择有利微气候环境，该理念体现在利用现代科技对建设用地的气候条件进行定量分析，在分析的基础上选择建设用地的方法。(见图3.2)显示了对美国奥立根一建设基地的区域气候环境分析【11】。该分析综合考虑了地区太阳辐射、冬夏主导风向以及地形、植被情况确定了四种气候条件组合情况。根据基地气候分析图，结合该地区季节气候状况，最冷月一月份的有利地块即接受日照阻挡寒风的地块只存在于图中南侧，标识A的地块应考虑防风，标识B和D的地块则不可建造太阳能建筑。由于该地区最热月7月份建筑处理需综合采用通风和遮阳措施，而该基地不存在B状态地块，所以只能选择A地段，并在建筑处理中采取一定遮阳措施。综合冬夏不同要求可知，基地东北角地段最宜布置主要使用空间。这种定量分析的方法优势在于广泛的可操作性和准确性，同时吻合我国传统太阳能建筑的相地术的整体观念和“天人合一”的勘测方法。 3.2.2 传统建筑太阳能利用的规划布局 ▲ 技术性分析:
传统太阳能建筑在确定建筑的布局时，要考虑到建筑与建筑的位置关系和距离，这是因为建筑本身也会产生阴影，也有遮阳的作用。尤其是在我国南方炎热地区，建筑常常采用密集式布局，缩小建筑物之间的间距，利用建筑物的排列、间距和高低来遮挡阳光，实现遮阳的目的。
如武汉(见3.3)，采用长街窄巷总体布局，巷道的间距很小，住宅采用联排式布局，减少外墙的暴露面积，同时增加了巷道内的阴影。减少住宅间距的同时，提高了建筑密度和利用率。
主巷处的日照比次巷处的日照充足。天井处的外墙不高，使得天井处的室外空间（主巷）日照最多。在夏季，主巷两侧的墙体可以挡住早上和下午的阳光，仅中午时间接受直接日照，保证早上和下午有带阴影的室外空间【12】。
图3.3 武汉里弄住宅室外空间的日照分析图
(图片来源:杨丹.形式遵循气候——武汉传统城市住区的气候适应性及其在现代住区中的运用初探.华中科技大学硕士论文，2003.p29)
▲ 适用性分析:
传统太阳能建筑在规划布局中常使用增加建筑的密度，利用建筑之间相互的遮挡的方法来达到遮阳的目的，但是从另一种角度来看，这样的方式的实现是牺牲了建筑内的日照时间为代价的，甚至有些房间常年得不到阳光照射，这在现代建筑中是不提倡的，但可以巧妙的利用建筑物高低差来实现相互的遮挡以达到遮阳的目的。
3.2.3 传统建筑太阳能利用的空间设计 ▲ 技术性分析:
传统太阳能建筑认为建筑是一个有机的整体，整个建筑应从空间设置，到整体形态都应该为满足气候的要求服务。这样的观念具体的体现就是全国各地不同地域气候之下的建筑形态差别很大，尤其是气候特征差别明显的地区的建筑之间的差异可以明显地显现出来。
1 .院落与天井的组织：
天井作为传统建筑明确定位的中心，是一个能够感知自然界风雨阴晴及寒暑冷暖的塔状空间，是建筑的气候调节装置。
以夏热冬冷地区的传统建筑为例多是以天井和院落来组织，调节整个住宅的微气候环境，有着气候缓冲层的作用。天井的处理手法有四种：前天井、中庭院、后天井、侧天井。前天井是利用荫廊，通风围墙以取得进风口；后天井则解决出风口；中天井、侧天井尺度都不是很大，基本上是南北进深短，东西狭长，利于遮挡夏季的阳光。同时各天井之间相互联系，综合作用，使气流通畅，并与巷道相连，共同组成一个完整的通风防热系统。
在上海的里弄式建筑中也往往有前天井与后天井两类。前后天井的组织对于穿堂风的形成有促进作用【10】。（见图3.4）
图3.4 上海里弄形成的穿堂风图示
(图片来源:欧颖清.夏热冬冷地区的生态建筑设计初步研究.武汉大学硕士学位论文，2001)
在武汉的里弄住宅中也有类似的组织采光、通风功能的前后天井，根据实测【12】，武汉里弄住宅利用天井组织通风的作用较小，因为武汉夏天一般为静风条件，难以形成穿堂风，拔风的作用也很小。（见图3.5）
图3.5 武汉昌年里9#1-1日照分析
(图片来源：杨丹.形式遵循气候——武汉传统城市住区的气候适应性及其在现代住区中的运用初探.华中科技大学硕士论文，2003.p29)
2.新疆民居的组织
新疆地区是我国日照资源最丰富的地区，因此，也是最需要建筑遮阳的地区，这一点从当地的民居“阿以旺”就可以明显看出来。“阿以旺”是新疆维吾尔族住宅常见的一种，主要分布在新疆南部地区。这里是我国并且也是新疆日照最强烈的地区。它采用土木结构，平屋顶，并带有廊。“阿以旺”的外墙很厚，足以抵挡日照带来的墙体升温，所有的房间的窗都是一个井孔，最大限度地避免了阳光照入室内。（见图3.6）其实所谓的“阿以旺”指的一种带天窗的大厅，这个大厅是整个建筑的核心空间，大厅屋顶靠天窗采光，窗高出屋面40-50厘米，即满足采光，又可以抵挡强烈的阳光【13】。
图3.6 新疆民居中的阿以旺厅 （图片来源：王绍周等主编．中国民族建筑（一、二卷）．江苏科学技术出版社，1998）
所以，整个建筑从外面看就像是用厚厚的土围墙围起来的土堡，只是留有孔采光，就连室外的小院往往也会设置葡萄架，日常的室外活动也可以在葡萄下躲避阳光。另外，新疆传统建筑有很多富有地方特色的空间，这些空间都是体现建筑阳的意义的。如围廊、
敞厅等（见图3.7，3.8）
图3.7 新疆传统民居中的遮阳 图3.8 新疆传统民居中的遮阳
（图片来源：王绍周等主编．中国民族建筑（一、二卷）．江苏科学技术出版社，1998）
3.我国北方地区四合院的组织
我国北京地区传统的四合院就是利用院落来组织空间，而且在建筑的设计上大多数也在院落的周围配合设计了回廊，这种“院落+回廊”的空间组合方式本身在采光遮阳方面就有很大的优势（见图3.9）。在阳光照射的时候，大部分的院子和南向房间的墙体与窗户都处在建筑或屋檐的阴影之中，这样效果十分明显。即使是在炎热的夏季，室内的气温也不会过高。
图3.9 新疆传统民居中的遮阳 图3.10 广东传统建筑中的骑楼 （图片来源：王绍周等主编．中国民族建筑 图片来源：网络图库，网址不详。 （一、二卷）．江苏科学技术出版社，1998）
4.岭南地区骑楼组织
骑楼是我国南方地区小城镇中沿街建筑常用的一种特殊的建筑形式，它集遮阳、避雨和延伸街道空间等功能于一体。通常骑楼都是沿街的商业建筑，一层内侧作为商店，外侧为人行道，上面是住家。这种建筑形式是近代城镇中出现商业和楼房后的产物，是在这种功能要求下，结合南方地区炎热多雨的气候的产物，使得建筑的一层得到良好的遮阳效果，炎热的夏季保持凉爽，又通过天井等其他通风技术的辅助进而帮助整个建筑降温，所以得到了很好的普及和继承。在我国岭南地区目前保留的骑楼中可以见到传统式骑楼和后来受到外来建筑形式影响后的综合形式的骑楼（见图3.10）。
▲ 适用性分析:
传统太阳能建筑的空间设计解决自然通风及遮阳设计，不仅仅是在建筑内部，热压通风和风压通风这两种通风形式在大环境中同样适用，要利用好建筑本身及建筑周围的各个要素，解决微气候环境问题。这一点在传统建筑和现代建筑之间是没有差别的。我们在现代建筑中设置这种空间时，也可以将其理念与空间的实用性紧密联系起来。 3.2.4 传统建筑太阳能利用的建筑构件
装饰构件的复杂巧妙是我国传统建筑给人的普遍感觉，尤其是我国南方地区的传统建筑，不像北方建筑那样局限与封建等级制度的形制要求，创造了很多形式飘逸，奇特的建筑装饰构件。而这些构件绝大多数都不仅仅是美观的需要，而是源自于实用功能特别是建筑遮阳的要求。 ▲ 技术性分析: 1.屋顶
“大屋顶”是我国传统建筑的一大特色，在传统建筑中单屋顶的形式就有十几种之多，但是所有的这些种类的屋顶都有一个相同的特点，即出檐深远，不仅可以防雨，保护房屋结构，遮阳也是屋檐的一个重要作用。我国传统建筑对大屋顶的应用十分广泛，技术也十分成熟，在不同的地域、不同的建筑形式上也有不同的做法。
①干栏式住宅的大屋顶（见图3.11）
干栏式住宅广泛的分布在我国西南地区，该地区纬度低，夏季日照强度大，气温高。干栏式住宅的屋顶很大,可以把整个房子笼罩在自己的阴影之中，遮阳效果非常明显。
图3.11 干栏式住宅的大屋顶 图3.12 干栏式住宅的大屋顶
（图片来源：王绍周等主编．中国民族建筑（一、二卷）．江苏科学技术出版社，1998）
②佛塔建筑的多层屋檐（见图3.12）
佛塔是我国传统建筑中为数不多的“高层建筑”，它通常在十层上下，每层都有窗户，或每层有两层窗户，为了达到窗户的遮阳，匠人们设计了多层的屋檐，层层的屋檐不仅可以保护佛塔的结构不受雨水侵蚀，也使所有的窗户都处于层层屋檐的阴影之中，从而达到遮阳的目的。
2.传统建筑的门窗遮阳构件
在整个建筑的外围护结构中，门窗是热稳定性比较差的部位，所以在建筑的遮阳中，对门窗遮阳的处理手法最多，往往也最复杂。
①凹门、凹窗
在岭南建筑中，常常将门窗深深的凹进墙体内，利用墙体的厚度产生的阴影达到遮阳的目的。同时也显示门第的意义。
②小阳台式遮阳
利用小阳台的遮阳方式在小城镇中比较常用，二楼飘出的阳台可以做为一楼窗户或墙体天然的遮阳板，从而不再采用其它遮阳构件。
③门窗遮阳板
门窗的遮阳是建筑遮阳的重点，岭南建筑创造了各式各样的遮阳构件【14】，常见的有：砖挑波纹檐、 砖挑人字檐、砖挑折线檐和砖砌叠涩出檐等等（见图3.13）。这些挑檐都是在建造的过程中用墙体的砌筑材料砌造而成，形式美观，与建筑的整体感强，常常和门上的牌匾一同制作，有很高的艺术价值。除了砖砌的遮阳飘板之外，也有做工较简单的的木质遮阳板，且有固定式和活动式之分。
图3.13 我国传统建筑的遮阳构件
（图片来源：陆元鼎著．岭南人文·性格·建筑．中国建筑工业出版社，2005：21）
④窗的构造形式与遮阳
我国传统建筑的窗的做法多种多样，窗框的花式也很多，这些复杂的窗框形式除了有很好的装饰作用以外，也可以明显地改善阳光射入强度。 ▲ 适用性分析:
传统太阳能建筑在建筑构件的处理上体现了传统建筑关于遮阳的理念和对建筑遮阳的重视，达到隔绝太阳辐射热量的目的，解决建筑遮阳的灵活性以及遮阳构件与整体建筑艺术的统一性、整体性。现代建筑的许多部位，诸如侧窗、屋顶、天窗、中庭玻璃顶
均需要针对不同的遮阳要求进行适当的遮阳设计。 1.侧窗遮阳
建筑的侧窗部分按照特点和类别，利用人工构件来实现遮阳的方式就分为水平遮阳、垂直遮阳和格栅式遮阳3种。除遮阳构件之外，利用绿化、植被等自然因素也有相当理想的遮阳效果。 2.建筑顶部遮阳
屋顶、天窗、中庭玻璃顶遮阳都是建筑顶部的遮阳。这些部位的遮阳可以灵活借鉴侧窗遮阳的各种方式
①隔栅式遮阳
它兼有水平遮阳和垂直遮阳的优点，对于各种朝向和高度角的阳光都比较有效。对于屋顶天窗和玻璃顶来说，平板式遮阳如布幔和格栅能够充分发挥遮阳作用。
②帘幕式遮阳
顶棚常采用帘幕式遮阳的方式。 ③百叶式遮阳
指将百叶构件安装于玻璃内侧，也是玻璃屋顶常用的遮阳方式。 ④玻璃片经特殊处理产生的遮阳效果
经过特殊处理的玻璃片，可部分减少进入室内的阳光数量和强度，达到与遮阳相同的效果，同时不影响采光效果。
3.3 湖州地区建筑太阳能利用的传统适应性探讨
3.3.1 湖州地区建筑太阳能利用的传统适应性策略
湖州地区的传统民居，具有江南水乡的特点，基于传统太阳能技术形式及原理的继承性，我们应该在设计的初期就明确地把建筑的地域适应性作为设计的基础,从整体布局和空间设计角度结合我国建筑太阳能的传统适应性。具体措施为：
1.减小建筑的东西向间距，通过相互的影子来减低外墙所吸收的热能或者可适当利用传统的院落空间布局模式解决建筑通风采光。 2.尽量选择低层建筑，可以减少阳光的直射。
3.利用伸出的屋檐来避免阳光直射到垂直的墙壁及窗口上。 4.采用整体遮阳，利用巨大的遮阳构件对建筑进行整体遮阳。 3.3.2 浙江省湖州市传染病医院规划设计
本工程位于湖州市郊区，总用地37438m²，总建筑面积25895 m²。
1.设计难点：基地地形起伏变化较大;根据医院特点，单体较多且要求相互独立，交通流线需紧密联系。 2.设计特点：
①传统院落空间的组织
本工程依照地形坡度差异，利用原有基地的地形地貌,在考虑建筑物防护间距的同时结合江南水乡的外部环境，充分利用传统建筑太阳能技术的空间组织原理，布局形态各异的建筑单体和绿化空间，形成多个错落有致的院落空间，在解决了建筑通风的同时使室内外空间融为一体。(见图3.19,图3.20)
图3.19 湖州市传染病医院总布图 图3.20 湖州市传染病医院立面效果图 (图片来源：浙江天和建筑设计有限公司) (图片来源：浙江天和建筑设计有限公司)
②传统中庭空间的组织
本工程在门诊楼一层设置中庭，并在中庭上空加装玻璃顶，使冬季变成阳光房，夏季加上动力式系统以解决隔热问题。(见图3.21,图3.22)
图3.21 湖
州市传染病医院门诊楼中庭-冬季 图3.22 湖州市传染病医院门诊楼中庭-夏季(图片来源：浙江天和建筑设计有限公司) (图片来源：浙江天和建筑设计有限公司)
③现代太阳能技术的利用
本工程采用建筑与现代太阳能技术一体化的设计，在普通病房楼坡屋面设置太阳能集热器，利用太阳能制备热水，经管网向病房楼供应热水，符合节能设计要求。(见图3.23,
图3.24)
图3.23 湖州市传染病医院太阳能集热器 图3.24 湖州市传染病医院建筑太阳能一体化 (图片来源：浙江天和建筑设计有限公司) (图片来源：浙江天和建筑设计有限公司)
4 建筑太阳能利用的现代技术适应性探讨
建筑太阳能利用的现代化技术应用主要有两种形式，即主动式应用和被动式应用。被动式应用不采用任何机械动力，而是通过充分结合周边环境因素、合理设置内部功能、巧妙处理外部形体、恰当选择建筑材料使建筑物在冬季能够采集、蓄存和分配太阳能，而且也能在夏季遮蔽太阳辐射、调节空气状况使之降温，其工作原理是“温室效应”。太阳能的主动式应用则需要利用机械设备和消耗常规能源。相对于主动式太阳能系统，被动式太能阳系统构造简单、投资少、日常维护方便，因而容易得到人们的接受。
建筑太阳能现代技术适应性研究就是将新型太阳能技术融入到建筑设计中，同时继续保持建筑的文化特性，从结构和美学两方面入手，使建筑设计与太阳能技术有机结合。在建筑规划设计之初，就将太阳能利用纳入设计内容，统一设计、施工、调试、验收后交由用户使用。这种建筑太阳能的现代技术适应性是以比所有组成元素总和更低的成本，取得更好的性能和多方面的利益。
4.1 被动式建筑太阳能利用的技术性及适应性分析
4.1.1 被动式建筑太阳能技术 1.被动式太阳能采暖技术
由于每个地区的自然环境都各有不同的特点，故在设计中对环境控制方法也是多种多样，但归根结底主要有两个方向:冬季采暖控制和夏季制冷控制。冬季采暖控制可以通过直接得热、集热-蓄热墙式间接得热、附加阳光间式间接得热、综合得热等几种方式来实现，每种方式对太阳能的利用也不相同，下面就每种方式进行探讨。 ⑴直接得热
直接得热是被动式太阳房中最简单也是最普遍的一种形式。其做法就是将南向窗户
扩大，以提高建筑的集热面积，太阳辐射透过窗户直接射到室内地面、墙壁以及家具上，使其表面温度升高，从而使热量得以储存，当室外和室内温度都下降时，这些被储存的热量再通过自然对流换热释放出来，加热室内空气，使室内温度维持到一定水平（见图
4.1）。
图4.1 直接得热原理
(图片来源:王君一等著.农村太阳能实用技术.北京:金盾出版社，2001，P128)
直接得热式太阳房的优点是热效率高，一旦得到充足的阳光，室内温度上升很快，因此尤其适用于对于需要白天采暖的建筑。另外，南窗洞口在有太阳辐射时起到集取太阳辐射能的作用，但在无太阳辐射的时候则成为保温的最薄弱环节，因此在直接得热的太阳房中，南窗一方面要加大，另一方面也要设置有效的保温隔热措施，如做双层窗、加保温窗帘等。
⑵集热-蓄热墙式间接得热
集热-蓄热墙是间接利用太阳能的采暖方式。太阳光首先照射到南向、外面有一道玻璃外罩内的深黑色储热墙体上，该墙体吸收太阳辐射热后，通过传导将热量传到墙体的另外一侧，然后通过对流和热辐射方式向室内供热。同时在集热墙体的上下部位均做通气孔，冬天集热墙和玻璃间的热空气上升通过上部孔洞传入室内，而室内较冷的空气下降并通过下部孔洞传出，这样形成内外层空气的对流循环（见图4.2）。
图4.2 集热-蓄热墙式间接得热工作原理
(图片来源:王君一等著.农村太阳能实用技术.北京:金盾出版社，2001，P129)
采用集热-蓄热墙式间接得热的太阳房由于室内和室外有过渡空间,故使室内温度波动小，居住舒适，缺点在于热效率较低，而且黑色集热墙使建筑立面难以处理，此外玻璃与集热墙之间容易落灰，也不便打扫。 ⑶附加阳光间式间接得热
附加阳光间也是间接利用太阳能得热的方式，它是集热一蓄热墙式与直接得热式的结合形式。其做法就是在房屋的南面附加玻璃温室，即可应用于新建房屋，也可用于旧房改造（见图4.3）。这种南部阳光间系统的工作原理和直接得热式系统相同，后部房间的集热方式则跟集热一蓄热墙式系统相似，因而兼有两种系统的优点，即热效率高、室内温度波动小，同时方便打扫。温室则可以根据房屋自身需要做成花草房，外廊或者入户门斗等形式。
图4.3附加阳光间式间接得热工作原理
(图片来源:罗运俊等著.太阳能利用技术.北京:化学工业出版社，2005，P131)
⑷综合得热
在被动式太阳房的设计与建造中，通常是直接得热式、集热一蓄热墙式、附加阳光间式三种形式结合使用，发挥各自特点，综合得热。其通常的做法是加大南向开窗，用于直接得热，南墙为蓄热墙，并设置封闭阳台等间接得热。 2.被动式太阳能制冷技术
对于夏热冬冷地区的建筑，被动式太阳房的设计不仅要考虑冬季采暖，还要充分重视夏季的制冷效果。被动式太阳房的制冷设计主要是利用热的对流，辐射和传导的原理，采取积极有效措施来阻止外部热量的侵入和疏散内部热量，从而使建筑内部的热量最低化。这里包含两方面的内容，即降低室内得热和提高散热，二者结合，才能达到最佳的制冷效果。
⑴减少室内得热
来自太阳的热辐射作用主要是从两个途径进入室内影响室内的热舒适度:一是通过窗户进入室内并被室内表面所吸收，产生了加热的效果;二是被建筑的外围护结构表面所吸收，其中又有一部分热量通过建筑围护结构的热传导逐渐进入室内。即建筑外墙、屋顶和门窗的隔热和蓄热作用在一定程度上起到了稳定室内温度变化的作用;另外，通过窗户进入室内的日照也对室温有直接而且重要的影响。因此减少室内得热，最重要的是应做好屋顶与外墙的隔热设计以及外窗的遮阳设计。
⑵提高散热
提高散热的主要策略就是进行合理的通风设计，通风可以加速热量的散逸和水蒸汽蒸发，在同样温度下能给人凉爽之感，增加室内的舒适度。被动式太阳能建筑的通风设计，可以通过风压通风和热压通风来实现。
①风压通风
风压通风的原理就是在迎风面和背风面形成压力差，室内外空气在压力差的作用下由压力高的一侧向压力低的一侧流动。在传统建筑中，我们常说的穿堂风就是明显的风压通风，即室外空气在风压作用下，从建筑迎风面的窗洞或门洞吹进，穿过建筑室内从背风面洞口吹出。被动式太阳能制冷设计也应重视穿堂风的利用，良好的穿堂风可以在短时间内使室内温度得到明显下降。
在建筑的平面设计方面，由于两个开口位置的关系，会使风的通道发生变化（见图4.4），影响通风效果，因此在设计中要协调好开口部位之间的相对位置。
图4.4 洞口位置和通风示意(图片来源:(日)彰国社.国
建筑设计详图图集13被动式太阳能建筑设计.北京:中国建筑工业出版社，2004，P80)
②热压通风
由于建筑物内外空气的气温差产生了空气密度的差别，便形成压力差，驱使室内外的空气流动。室内温度高的空气比重小而上升，并从建筑物上部风口排出，这时会在低密度空气处形成负压区，于是，室外温度比较低而比重大的新鲜空气从建筑物底部的开口被吸入，从而室内外的空气源源不断的进行流动。这种由热压而引起的自然通风又被称为“烟囱效应”。
在被动式太阳能建筑的设计中，可以利用上下空间的贯通来形成热压通风。即在上下贯通的空间里面，分别在上部和下部设置换气窗，利用温差进行换气通风（见图4.4），也可以直接设置通风竖井来带走室内热量。
图4.5 空间上下贯通形成通道
(图片来源:(日)彰国社.国外建筑设计详图图集13被动式太阳能建筑设计,北京:中国建筑工业出版社，2004，P82)
4.1.2 被动式建筑太阳能技术的适应性分析
在被动式建筑太阳能的适应性分析中，有许多因素与太阳能的利用及规划目标有关。它们可被分为两类:一类与场地的地理和自然情况有关，如:纬度、地形和气候条件，这些都会对建筑群体和单体产生影响;另一类与设计有关，包括建筑的间距、高度、构造及朝向等。对于建筑师来讲，被动式建筑太阳能的适应性分析就是要在建筑设计的同时，考虑以下两个方面的问题：一是，太阳能在建筑上的应用对建筑物的影响，包括建筑物的使用功能，围护结构的特性，建筑体型和立面的改变；二是，考虑太阳能利用的系统选择，太阳能产品与建筑形体的有机结合。 ▲ 被动式建筑太阳能适应性设计步骤
被动式建筑太阳能利用的适应性设计目的就是以建筑为主体，以当地的自然环境为对象，最大限度地利用自然环境的潜能，营造出适宜的居住环境。因此在设计过程中，需要全面分析当地的气候自然条件，寻找适当的控制策略，并采取相应的控制措施，同时综合协调冬季采暖和夏季制冷的矛盾。通常而言，被动式太阳能建筑的设计由以下三个步骤组成:
1.掌握当地的自然气候特点，明确其积极因素和消极因素。
2.研究控制每种气候因素的技术方法，对积极因素加以利用，对消极因素则极力避免。 3.结合建筑设计，调节各种技术方法之间的矛盾，提出太阳能被动式利用方案（见图4.6）
图4.6被动式图太阳能利用技术（图片来源：网络）
▲ 被动式建筑太阳能适应性设计要点及原则
被动式建筑太阳能的适应性设计思想是:冬季要尽可能多的把阳光热量引入建筑内，而从建筑内向外部环境散失的热量要尽可能少，同时还要防止夏季过热。在确定被动式太阳能建筑的采暖和制冷策略后，还要在建筑的建造位置与朝向选择、形体设计、建筑内部空间及平面布局、围护体的保温隔热、遮阳设计等几个方面进行精心研究，这些方面贯穿被动式采暖和制冷的各个环节，是被动式太阳能建筑设计成功与否的关键。 1.建造位置及朝向选择
在设计之初，首先对建筑的建造位置及朝向要有宏观把握。被动式太阳能建筑是以太阳辐射能作为主要能源的建筑，因此，建造场地应首先保证建筑物有充足的阳光照射。在冬季，大约90%的太阳能量是在上午9点到下午3点这段时间内得到的【17】，所以要确保建筑在这段时间内不被周边的建筑、树木等遮挡，阳光能够直接照射进室内，并且避免在低温区或自然通风口上。
朝向直接影响着建筑的热性能，因不同季节的太阳高度角不同，所以不同的朝向所引入的太阳辐射也不同。以一座北纬35°的建筑为例，在冬季和夏季的一天中各个方位上全天所得的太阳辐射能的大小，若水平面的太阳辐射能为1，则冬季南立面所吸收的辐射能为1.58，夏季仅0.12【18】。因此，我国被动式太阳能建筑的最佳朝向为正南方向，在这个方向，建筑的南墙及南窗才可获得最多的太阳能。
在实际规划设计中，往往建筑朝向难以保证正南方向，可以根据情况适当偏转，但偏转的角度不宜超过15°。从表4.1可以看出，在正南偏东、偏西50°以内，太阳辐射没有明显下降。另外，住宅的朝向还应考虑住户的生活工作规律，如住户每天早出早归，就应让下午的日照时间长一些，从而使室温高一点，可以使朝向南偏西15º。
表4.1偏离南向不同角度时太阳能辐射状况
(表格来源:喜文华主编.被动式太阳房的设计与建造.北京:化学工业出版社，2007，P23)
被动式太阳能建筑朝向的选择还和主导风向有关。主导风向影响冬季室内热损失及夏季室内的通风制冷。在北方寒冷地区，主导风向的背风面是冬季防寒的适宜朝向，在南方炎热地区，以制冷为目的建筑应以争取良好朝向的自然通风为选择朝向的主要条件。
当然，这种设计是基于足够间距、周围有较大空间的理想模式下进行，在现实情况下建筑的位置及朝向往往可以选择的余地比较小，但尽管如此，我们在规划设计时应把它作为一个重要的考虑因素，在提高土地利用率的前提下，最大限度地满足被动式太阳能建筑的位置及朝向要求。 2.形体设计
体形系数即外围护结构表面积S与建筑物的体积V的比值，对建筑的保温隔热有非常明显得影响，体形系数越小，通过表面散失的热量也越少，正方形建筑在这方面就有很强的优势，但正方形建筑南立面面积小于矩形建筑物，所以矩形建筑物接受的太阳能辐射又多于正方形建筑。另外，当面积和体积相同时，不同的平面形状所显示的耗热量也不同（见表4.2），所以，被动式太阳能建筑的形体应根据集热和耗热的综合效果考虑，平面形式宜采用沿东西方向展开的矩形平面，建筑形体设计也应在满足使用功能的前提下力求简洁，墙面上不要出现过多的凸凹变化。
表4.2不同平面形式建筑物耗能情况
(表格来源:喜文华主编.被动式太阳房的设计与建造.北京:化学工业出版社,2007，P24)
3.建筑内部空间及平面布局
在房间高度内，由于热空气密度小而分布在房间上部，故房间内温度自下而上逐渐升高。从这个角度来看，对于冬季采暖，建筑房间的容积越小，越有利于采暖。容积小
意味着房间的层高低，故层高小的房间的采暖效果优于层高大的房间。因此，冬季采暖为主的建筑层高确定应在满足人体工程学的前提下尽量减小，而以夏季制冷为主的建筑则应适当增大层高。
被动式太阳能建筑平面组合设计的工作在于如何既能满足使用的要求，又使太阳能利用率高，并能达到经济合理的目的，即建筑内房间按其使用功能不同对温度的要求也不一样，主要房间如卧室、起居室等对温度要求较高，可布置于采集太阳能较多的位置以保证室温，而温度要求不高的辅助房间，如厕所，厨房、储藏间、走道、楼梯间等可以放在建筑物的北侧或非南向，合理的布置不仅使主要房间获取尽量多的太阳热能，而且由于建筑物北侧布置了室温要求较低的房间，成为南侧房间热量散失的屏障，有利于建筑物的整体保温。建筑北侧房间也可利用厨房的余热作为辅助供暖热源，提高室温。建筑物的北立面是比较封闭的，只需满足自然采光、通风。同时，出入口的设置应该避开当地冬季主导风向，并设置相应的防风挡风措施，如加设门斗等。 4.围护体的保温隔热 ①墙体
在建筑围护结构中，墙体所占的比重最多，在夏季通过外墙吸收的热量，约占建筑总吸收热量的30%左右;而冬季采暖中通过墙体散失的热量，大约能占到建筑总损失热量的20%左右【19】。因此对于太阳能建筑的外墙必须做好保温工作，使得收集到的宝贵太阳热能不至大量散失而降低太阳能采暖的效果。近些年通常都采用承重材料(如砖或砌块)与高效保温材料(如聚苯板、岩棉板或玻璃棉板等)组成复合墙体以达到保温需要。
②外窗
外窗是被动式太阳能建筑获取太阳能的主要集热部件，也是重要的失热部件,故外窗设计是被动式太阳能建筑设计的重要环节。冬季我们需要窗户有更高的太阳能透过率，还要具有良好的保温隔热功能，夏季则希望能阻挡太阳能辐射进入室内，因此，外窗的设计要协调好冬夏不同要求之间的矛盾。要解决这个矛盾，首先要使外窗具有良好的遮阳措施，其次选用厚度小、透过性高的玻璃，如采用高性能Low-e玻璃，另外窗框采用传热系数低的型材，并提高制作和安装质量，保证房间气密性.
③屋面
屋顶保温是为了降低建筑顶层房屋的采暖耗热量和改善顶层房屋冬季的热环境质量;屋顶隔热是为了降低建筑顶层房屋的自然室温从而减少其空调能耗。由于两者针对的围护对象不同，所采取的构造形式也有区别。
鉴于我国国情，可以采用倒置式屋面（见图4.7）和通风屋面（见图4.8）两种形式。倒置式屋面把保温层覆盖在防水层上，使保温层还起到保护防水层的作用。当然，这种保温材料必须防水和耐气候性能好，不易老化。这种材料可以选择挤出型聚苯乙烯泡沫板、聚乙烯泡沫板等。该做法保温效果良好、便于维修，非常适合于寒冷地区和夏热冬
冷地区。
图4.7 倒置式屋面 图4.8 通风屋顶
(图片来源:江亿等著.住宅节能.北京:中国建筑工业出版社，2006，P123,124)
对于夏热冬冷地区和夏热冬暖地区建筑，可以采用通风屋面达到隔热效果。通风屋面属于双层屋面的构造形式。通过两层屋面之间的空气流动带走太阳的辐射热和室内对楼板的传热，从而降低屋顶内表面的温度，减低房屋空调能耗。
4.2 主动式建筑太阳能利用的技术性及适应性分析
4.2.1 主动式太阳能技术
根据太阳能自身的特点，太阳能在建筑中的应用主要为光热利用和光电利用，而又以光热利用更为普遍。太阳能光热转换是将太阳的辐射能转变为热能的过程，在建筑中的利用主要是太阳能热水及采暖系统和太阳能空调系统;太阳能光电转换是指太阳的辐射能转变为电能的过程，在建筑中的主要应用是太阳能光伏发电。 1.太阳能热水系统
太阳能热水系统是利用太阳能把水加热的装置，是目前实际应用最多、技术最成熟、产业化最高的太阳能热利用系统。太阳能热水系统主要元件包括集热器、储存装置及循环管路三部分（见图4.9），此外，还有辅助的再加热装置(如电热器等)以供应无日照时使用。
图4.9 太阳能热水系统
(图片来源:江亿等著.住宅节能.北京:中国建筑工业出版社，2006，P272)
在我国，太阳能热水系统在太阳能利用中居主导地位，目前太阳能生活热水系统和日益增多的地板辐射采暖系统结合在应用中已经成为趋势。低温热水地板辐射采暖就是用满足生活热水后的余热，通过一种埋设于建筑地板水泥砂浆层内的聚丁烯管，在设置的自动控制元件控制下，将地板表面加热到设计所规定的温度，以辐射方式向上均匀放热，从而达到舒适的采暖效果。它是一种节能、舒适、经济、运行可靠的采暖方式。 2.热风集热式供热系统
热风集热式供热系统（见图4.10）由集热器、蓄热器、管道、风机等设备构成，传导媒质是不活跃导体空气。其工作原理是空气在风机的驱动下从集热器到蓄热器，再从蓄热器返回集热器，如此不间断循环往复，从而达到建筑物的采暖目的。对于热风集热式供热系统而言，热风式集热器较便宜，热交换次数少，不会出现冻坏现象，使用方便安全，但集热器的体积和传导面积较大，风道和蓄热体所据了较大的建筑空间，影响了建筑的正常使用，故在建筑中的应用受到限制。
图4.10热风集热式供热系统
(图片来源:罗运俊等著.太阳能利用技术.北京:化学工业出版社，2005，P127)
3.太阳能空调系统
该系统兼有供暖、供冷功能，也可以只有供冷功能。制冷系统分为吸收式（见图4.11）
和吸附式（见图4.12）。太阳能吸收式空调系统主要由太阳集热器和吸收式制冷机两部分构成，系统需要结合太阳能热水系统，利用太阳能集热器获得高温热水，然后使热水在吸收式制冷机运行，获取建筑所需的冷量。吸附式制冷系统将太阳能集热器和制冷机合二为一，结构简单，经济性好。
图4.11 太阳能吸收式制冷系统 图4.12 太阳能吸附式制冷系统
(图片来源:江亿等著.住宅节能.北京:中国建筑工业出版社，2006，P252,253)
太阳能空调与常规空调相比，具有两方面的优点:第一方面太阳能空调季节适应性良好，夏季温度高，太阳辐射强，而系统制冷能力正是随着太阳辐射能的增加而增大，恰好适合夏季人们的制冷需求。第二方面传统的压缩式制冷机以氟里昂为介质，它对大气层有极大的破坏作用，制冷机以无毒、无害的水或澳化铿为介质，它对保护环境十分有利。
4.太阳能光伏发电系统
太阳能光电系统（见图4.13）是将太阳光能通过光伏板组件转化为电能。光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统【7】。但因为它存在着设备复杂、先期投资偏高，阴天有云期间集热效率严重下降等缺点，在我国一直未能得到大力推广。
图4.13 住宅联网光伏系统示意图
1接线箱2联网逆变器3配电箱4电表(向电网输出)5电表(从电网引入)
(图片来源:罗运俊等著.太阳能利用技术.北京:化学工业出版社，2005，P302)
4.2.2 主动式建筑太阳能技术的适应性分析
主动式太阳能系统可以满足建筑的各种能耗要求，其技术含量更高，内涵更丰富，适用范围更广;但相对于被动式系统，其初期一次性投资较大外,在我国工程实践中之所以没有广泛推广还存在以下问题:
①部分太阳能集热装置与建筑结合生硬，不利于使用; ②太阳能集热装置与建筑结合破坏美观，影响城市形象;
③太阳能集热装置、光伏设备使用效果不佳，管路线路设置存在问题。
主动式建筑太阳能的技术适应性研究重点就在太阳能设备与建筑结合，不论建筑上应用太阳能光热转换系统还是太阳能光伏发电系统，如果将大部分太阳能构件进行隐藏、遮挡、淡化，则太阳能构件在建筑立面上很不明显，这种太阳能建筑形式称为隐藏式;反之经过潜心设计，将太阳能外露部件与建筑立面进行有机地结合，进行大胆地暴露，甚至夸张地展现，如将太阳能部件设计成现代立面装饰构架、屋顶飘板、幕墙、阳台栏板、遮阳构件、雨篷、花架、凉亭、装饰玻璃、建筑小品等，这些在建筑上明显带有(或突出)太阳能特点的表现方法称为彰显式太阳能建筑。正是彰显式太阳能建筑的风格往往容易产生事半功倍或震撼人心的建筑艺术效果。太阳能建筑有它独特的建筑风格，它体现一种理性的美、高科技的美，它还能引领着一种时尚的美和未来的美。 ▲ 太阳能集热装置与建筑屋顶的适应性
太阳能集热装置与屋顶结合有其特有的优势:1、日照条件好，不受朝向影响，不易受到遮挡，可以充分接受太阳辐射;2、系统可以紧贴屋顶结构安装，减少风力的不利影响;3、系统可以代替保温隔热层遮蔽屋面，减少屋顶夏天的热负荷。 ⑴ 太阳能装置与坡屋顶的结合
与坡屋顶结合的太阳能集热器，其主要特点是在做好防水处理的屋面上，铺设屋面与集热器共用的防渗漏的隔热保温层，在隔热保温层上放置太阳能集热部件，这种屋面的优点在于综合使用材料，从而降低了成本，单位面积上的太阳能转换设施的价格也可以大大降低，有效地利用了屋面的复合功能。（见图4.14）
图4.14坡屋面住宅安装太阳能示意图
（图片来源：杨德山.光热利用与建筑一体化实践.中华建设，2006/08）
①天窗式：（见图4.15）
在夏热冬冷地区，由于冬季寒冷，最好能尽量扩大房间内部直接受热的可能，可以考虑在屋顶上开天窗，在冬季，增加了接受太阳辐射的可能，又可以改善室内的热舒适性。在夏季又必须考虑到遮阳问题，结合太阳能集热板的一体化设计。此种方式的优点在于集热器与建筑的整合具有极高的灵活性,对于在旧房改造中使用也提供了可能。
②阶梯嵌入式：（见图4.16）
将集热器呈阶梯状阵列镶嵌在建筑坡屋顶上，覆盖整个屋面，形成具有层次感的屋
面形态。
图4.15 天窗式太阳能集热器图 图4.16 阶梯嵌入太阳能集热器
（图片来源： TopEnergy建筑节能&绿色建筑论坛网站）
③整体式：（见图4.17）
将集热板覆盖整个坡屋面，其材质和色彩构成了屋面形态。
图4.17荷兰某联排住宅太阳能系统与建筑整合设计
（图片来源：IEA一PAPS网站）
④SAH系统在屋顶的应用：（见图4.18）
太阳墙使用多孔波形金属板集热，并与风机结合，与用传统的被动式玻璃集热的作法相比，有自己独到的优势和特点【20】。
图4.18 太阳能屋面组合示意图
（图片来源：杨德山.光热利用与建筑一体化实践.中华建设，2006/08）
⑵ 太阳能装置与平屋顶的结合
①飘板式：将集热器用钢结构支撑在平屋顶上，形成造型独特的飘板，加强了标识性，避免了里面的单调。适用于平屋顶多层建筑。（见图4.19）
②太阳能凉棚：与飘板式类似，集热器面积较小，造型更精致，可以与屋顶构架相结合，形成人们纳凉的场所。（见图4.20）
图4.19飘板式太阳能集热器 图4.20太阳能凉棚
（图片来源：abbs建筑论坛网站） （图片来源：TopEnergy建筑节能&绿色建筑论坛网站）
▲ 太阳能集热装置与建筑墙面的适应性 ⑴ 原则
对于一般建筑而言，在使用宽度900mm、高度600mm与宽度900mm、高度800mm两种集热器的前提下，强调外观感觉为横向的多高层采暖建筑，建筑面积与集热器面积比值在16:1至20:1左右,强调外观感觉为竖向的多高层采暖建筑，建筑面积与集热器面积比值在14:1至16:1左右。采用这样比例的太阳能集热器作为附属构件依附于外墙表面，使建
筑立面上形成一定的韵律，经过设计成为良好的美学元素。色彩是影响我们对于建筑外观感觉的重要因素，利用特殊的色彩设计，是达到可识别性立面设计的手段之一，也是建立居住区领域感的前提。 ⑵ 墙体型太阳能集热器
墙体集热器的工作原理（见图4.21）为阳光沿其一角度入射墙面，按有效投影截面获取的有效光能透过透光保温涂层，入射至光热转化层，在光热转化层内完全或选择性地转化为热。墙体型集热器与常用平板集热器的区别在于其结构强度、厚度均较大，为了增加强度还设置了加强筋。由于墙体型集热器的安装位置，除屋顶外，基本只能垂直安装，且朝向既可能是南北向，也可能是东西向，甚至是东南、西南等斜向朝向，受光的有效受光截面较小，日照时数也较短，加上不可调整角度，所以要求采光面积较大。尽管墙体型太阳能集热器存在上述问题，但由于集热墙体紧邻用户，成本低，可以做出较大的采光面积。而对应于春夏秋冬的角度不可调问题，在夏季，太阳的高度角很大，墙体正南向时有效投影截面很小，但夏季初始水温高，此时仅需升温1℃-2℃，供洗浴等使用就已足够;在冬季初始水温较低,但由于此时太阳高度角较低，集热墙体有效投影截面较大，可以补偿水温低、日照弱及时间短的问题。太阳墙使用多孔波型金属板集热，并与风机结合，与用传统的被动式玻璃集热的做法相比，有自己独到的优势和特点。热效率高可以获得良好的新风经济效益好引用范围广建筑上太阳能集热器的重复安置可以形成有韵律感的连续立面，以其特有的韵律感形成太阳能建筑特有的立面。
图4.21 墙体型太阳能集热器
（图片来源：任胜义.利用可再生能源的节能型住宅.可再生能源，2006/01）
⑶ 双层皮幕墙技术
“双层皮幕墙” （见图4.22）是当今生态建筑中普遍采用的一项先进技术，被誉为“可呼吸的皮肤”，它主要针对以往玻璃幕墙高耗能的问题，用双层体系（一般为玻璃）作围护结构，利用玻璃对阳光的通透性，冬天吸收太阳辐射热，降低能耗。“双层皮幕墙”种类繁多，但其实质是在双层皮之间留有一定宽度的空气间层，形成一个温度缓冲空间。
双层皮幕墙可以看作是一个缩小的附加日光间，是最简单、最直接利用太阳能为建筑供暖的一种方式，具有广泛的气候适应性，在世界上的大多数地方都有实际应用。随着材料技术的进步，高性能玻璃如Low-E玻璃，光电玻璃等在双层皮外墙上的应用，双层皮外墙技术更是朝着越来越有利于提高太阳能利用效率，节约能源的方向发展。
图4.22 单，双层墙体热量流动（图片来源：IEA一PAPS网站）
⑷ 太阳墙（SAH系统）技术
SAH系统（见图4.23，图4.24）是当今世界上最新的太阳能墙体技术，正在欧美一些国家悄然兴起，并迅速推广。在我国SAH系统还没有得到广泛应用。 SAH系统由集热和气流输送两部分系统组成。其构造有些类似于双层皮，但工作原理不一样。冬季，白天室外空气通过小孔进入空气腔，在流动过程中获得板材吸收的太阳辐射受热压作用上升，进入建筑物的通风系统，然后由管道分配输送到各层空间。夜晚，墙体向外失的热量被空腔内的空气吸收，在风扇运转的情况下被重新带回室内。这样既保持了新风量，补充了热量。夏季，风扇停止运转，室外热空气可以从太阳墙底部及孔洞进入，从上面和周围孔洞流出，热量不会进入室内。此外，太阳墙理想的安装方位是南向及南偏东西20度以内，也可以考虑在东西墙面上安装坡屋顶也是设置太阳墙的理想位置，它可以方便地与屋顶的送风系统联系起来。
图4.23 SAH系统构造 图4.24 SAH系统结构图 （图片来源：马玉梅.太阳能在建筑中的应用探讨.节能与环保，2004/08）
⑸ 透明隔热材料
充分利用太阳能和减少围护结构散热是建筑节能的两个主要途径。透明绝热材料是近年来研制成功的新型太阳能材料，不仅传热损失小，而且由于它的朝向，还是一个热源。测试表明，其太阳得热大于透明隔热与整个墙系统的热损失，能避免过热。
由透明绝热材料和墙体组成的透明隔热墙综合了传统的隔热技术和太阳能集热器的优点。太阳辐射能透过透明绝热材料到达吸热墙，与此同时，该材料极好的保温性能最大限度地阻止从内部到外部的热损，短波辐射被墙吸收、储存并作为长波热辐射输送给建筑物。
▲ 太阳能集热装置与建筑构件的适应性 ⑴ 太阳能技术与建筑阳台的适应性
集热器可以与楼房阳台封装结合为一体，带保温壳体的储水箱安装在上层阳台的底部。或利用直流式热水器通过自来水的压力将热水压入设在卫生间厨房等用水房间的保温水箱内（见图4.25）。例如在一幢多层的公寓建筑中，在通常的阳台部分做了特殊的处理，阳台一侧采用长度为1米的太阳能集热管，横向排列通高布置。相邻两户阳台组合比例适当。其他部分有与横向太阳能集热管相应的建筑处理，最终得到一个和谐的太阳能建筑的立面。水箱则放在阳台内被集热管遮挡的位置满足了集热系统与储水箱最短距离的要求【21】。此种1米长集热管所构成的建筑构件化集热器，竖向排列通长布置也可用来做阳台栏板，能呈现出另一种太阳能建筑的建筑形式。在有特殊要求的位置撤掉集热管后的反射板，建筑效果会更好。但与阳台结合的热水器存在着在纬度较低地区的建筑南墙上，夏季集热量不高及自然水压低的缺点。故通常可用于较高纬度地区，并可采用不需将水箱置于热水器之上的直流式热水系统或加设小水泵解决上述矛盾。
图4.25 既有住宅在阳台上安装太阳能热水（图片来源：IEA一PAPS网站）
⑵ 太阳能技术与建筑遮阳的适应性
从适应性角度出发，可以利用出挑的集热板充当遮阳体。同时，由它形成的阴影增加了造型的虚实对比和空间的层次。比较理想的一种情况是将支架安装在窗户的上方，除支架外其余部分可以收起。夏天使用时，将集热器放至适当位置和角度，在集热同时起到窗户遮阳的作用。在冬天，将集热器收起来，紧贴窗上墙面，不影响窗户的采暖采
光，也不耽误集热器的上作。在外挑支架上设有档位，可使集热器在不同季节分别处于最佳的倾角。集热器的打开和收起可利用下端的拉杆完成。这种热水器的特征在于将集热气安装在窗口上方的遮阳托架上，水箱则设在上层窗坎墙处，再起到遮阳作用的同时为用户提供热水，有效的利用了空间。（见图4.26,图4.27,图4.28）
图
4.26 作为遮阳板的太阳能集热板 图4.27 清华大学环境楼
（图片来源：曹星.国外生态住宅 （图片来源：abbs建筑论坛网站） 新动向.中国环保产业，2002/08）
图4.28 集热器与遮阳板的结合
（图片来源：曹星.国外生态住宅新动向.中国环保产业，2002/08）
▲ 其他结合形式的适应性
太阳能有光热和光电及其他综合利用，每一种技术广泛利用都是节能环保的。太阳能集热器结合不仅是用在建筑物上，同时还可以应用到整个小区规划，如会馆、林荫小路、回廊、游泳池假山流水、广场及其它公用建筑设施（见图4.29，图4.30）。还有城市规划、风景区开发、海滨浴场、高速公路，养殖种植等方方面面，有太阳能地方都应充分利用和开发太阳能，为人类可持续发展做贡献。
图4.29 休闲厅 图4.30 国内某厕所 （图片来源：任胜义.利用可再生能源的节能型住宅.可再生能源，2006/01）
4.3 湖州地区建筑太阳能利用的现代技术适应性探讨
4.3.1 湖州地区建筑太阳能利用的现代技术适应性策略
针对湖州地区地域气候,经济及社会因素(详本文第二章),该地区建筑太阳能现代技术适应性设计要点如下:
1.被动式建筑太阳能技术适应性设计策略:
①以满足使用要求为前提，被动式太阳房外形一般应符合内部的功能要求，必要时可作局部调整，但不脱离使用要求，孤立地考虑外观形式;
②要适应建筑的性质、规模、质量标准和造价投资，不能脱离经济条件、孤立地考虑外观形式;
③要与结构的特点相结合，不能不顾结构的合理性，孤立地考虑外观形式; ④要考虑构造的可能和施工条件，不作过多的或者虚伪的装饰。 2.主动式建筑太阳能技术适应性设计策略:
①根据建筑特点形式，生产与之配套的太阳能热水器及光伏设备;
②通过技术规范指导太阳能热水器、光伏设备在建筑物上放置和安装，用法规规范限制太阳能设备的使用;
③在建筑初始与建筑开发商协调搞好管路、线路的预留工作，确保使用维护方便; ④结合建筑与地区特点，搞好太阳能设备防风、防雪、防雷等安全防护。 4.3.2 湖州市“在水一方家园”住宅小区设计
“在水一方家园”小区，建筑总面积约6万平方米，集排屋、多层、小高层和高层错落有致的完美演绎典型的半岛亲水式太阳能智能生态社。 1.设计特点：
现代建筑太阳能技术在“在水一方家园”小区得到了完美的应用，并且创造了四个第一：湖州市第一个经政府批准的生态小区；湖州市第一个太阳能与建筑一体化的示范
小区；第一个使用太阳能发电公用楼道灯的小区；湖州市第一个为不同住宅类型提供太阳能／气源热泵分户热水系统，实现全天候家庭热水宾馆化的小区。整个小区内全方位节能规划，照明系统、热水系统、主墙体控温细致周到，全方位太阳能采集为业主带来了现代化的舒适生活享受。 2.设计特点： ①排屋：
采用300L分体承压式太阳能家庭热水中心，采用2.0HP分体式家用气源热泵辅助加热。系统采用真空管内置超导热管分体承压式太阳能热水器，阴雨天配置家用气源热泵辅助加热，确保全天候生活热水需求。
采用坡屋面一一集热器嵌入式方案：
这种方式使集热器自带安装架和屋面预埋铁件直接焊接，集热器嵌入屋面瓦中，不破坏原有屋面的空间形态，集热器作为一个建筑构件融入到屋面之中，坡屋面和集热器浑然一体，具有极强的整体感(见图4-35,图4-36) 。另外，因为集热器的面积不需要太大，集热器在坡屋面上的形态犹如天窗，丰富了屋面的表现力。(见图4.31,图4.32)
图4.31“在水一方家园”排屋太阳能集热器 图4.32“在水一方家园”排屋建筑太阳能一体化 (图片来源：浙江天和建筑设计有限公司)
图4.33 坡屋面-集热器嵌入式方案 图4.34 集热器,屋顶嵌入式 （图片来源：笔者自绘） （图片来源：笔者自绘）
②多层：
1~2层配置150L/1.5HP家用气源热泵热水器；3~5层统一配置150L分体承压式太阳能家庭热水中心。本系统采用真空管内置超导热管集热器，集热器与水箱分体安装，集热器嵌在斜屋面屋顶上；300L承压式水箱安装在室内适合位置，全部管路预埋安装，整体系统与建筑完美结合；微电脑控制仪安装在卫生间或厨房等方便观察操作的墙面，镶嵌式安装。系统承压运行，温差控制集热循环，阴雨天采用电加热辅助补热，确保24小时供热水。
采用台阶型坡屋面一一集热器支架型方案：
该方案采用立体构成的切割手法，在坡屋顶的三角形体中切出一块，形成一个小的平台，然后在平台上面设置支架，安装集热器(见图4.36)。集热器弥补了被切除屋面部分的空缺，屋面搭配集热器后的形体仍维持原装，只是材质发生了变化。这种形式使传统的住宅中融入了现代科技成分，使住宅的科技表现力大幅提高(见图4.35)。另外这种做法的安装和维护都比较方便，构造也不复杂。
图4.35 “在水一方家园”排屋建筑太阳能一体化图4.36 台阶型坡屋面-集热器支架型方案 (图片来源：浙江天和建筑设计有限公司) （图片来源：笔者自绘）
③小高层：
1~6层采用150L/1.5HP家用气源热泵热水器；7~11层统一配置150L整体承压式太阳能家庭热水器，为业主省室内水箱安装位置。本系统采用真空管内置超导热管集热器，集热器与水箱整结构，真空管内不走水，不结垢，不炸管，微电脑控制仪安装在卫生间或厨房等方便观察操作的墙面，镶嵌式安装。自动控制回水循环，即开即出热水。阴雨天采用水箱内置电加热辅助加热，确保24小时供热水。
采用平屋面-隐入式方案：
所谓隐入式就是将热水器按一定角度直接放到平屋面上，支架与屋面结构连接，通过女儿墙的遮挡，在地面一般视点无法看到，不需要过多考虑热水器的外形，也不用担心热水器与建筑的结合问题。(见图4.37, 图4.38)
图4.37 平屋面-隐入式方案 图4.38 集热器隐入到女儿墙内 （图片来源：笔者自绘） （图片来源：笔者自拍）
4.3.3 湖州市某区经济适用住宅小区方案
本方案设计为湖州地区某区经济适用房高层住宅，太阳能一体化的设计，总建筑
面积8712㎡（不含地下车库521㎡），占地面积539㎡，地上十六层，地下自行车库一层，共96户住户。方案特点如下：
1.太阳能集热器与建筑的有机结合及其它冬季太阳能采暖和夏季防热产品的应用。 我市是太阳能资源可利用区域，如何增大太阳能集热器表面积，尤其是在高层建筑中每单元户数多，光利用屋顶面积是不够的还要充分利用外墙阳台的面积，并解决太阳能集热器外观设计与建筑一体化的问题。
① 屋顶：
a. 平屋顶：统一设置太阳能真空管集热器，安装角度30°（按当地纬度），此部分集器面积为160㎡。
b. 坡屋顶：当建筑形式为坡屋顶时，坡顶的坡度可按选型需要在20°~40°之间（按当地纬度±10°）面积按平屋面设置情况换算。
② 外墙：
因高层户数多因此必须充分利用外墙面积，外墙（包括阳台栏板）垂直放置时面积乘于0.61计算集热器面积。
太阳光集热器，采用太阳能真空管集热器，其富有金属质感的深灰色材质与建筑墙面形成强烈的对比，重复安置可以形成有韵律感的连续立面。
③ 阳台：冬冷夏热地区利用阳光冬季采暖、夏季注意防热是设计应注意的重点之一，在住宅南阳台用玻璃封闭，形成集热蓄热墙式阳光房能很好的利用太阳能冬季采暖。另外利用阳台与房间之间的墙体采用中空双层定形相变材料墙（相变材料在相变渗度范围
内具有较大的蓄热能力）使室温受室外气温变化产生的波动较小，可有效控制室内温度的波动，提高居住舒适度。
利用阳光房相变材料集热墙，冬季、白天靠近阳光房侧调节风口开启，室内侧风门关闭；夜间调节方式则相反。夏季、白天开启窗户的同时，靠阳光房调节风口关闭；夜间利用通风冷却的方式冷却集热墙体，带走日间吸收的热量。 2.集中供热分户计量系统 ①系统设置
采用集中集热，集中贮水，分户计量的分体式太阳热水中心系统，能很好地解决分户单独安装的太阳能热水系统引起的城市景观、造型上的不利影响，美观建筑（见上节论述）及各户独立太阳光系统引起的管道安装及因各户不使用时管道中太阳能热水热量损耗问题。
本设计集中式分户计量的分体式太阳热水中心系统；集热器设在屋面，南面阳光房及女儿墙，（见上节论述），热水罐设在地下车库层，采用电加热作为辅助热源。考虑到用水卫生减缓集热器结垢及防冻等因素，本系统采用间接系统。热水管系统以由太阳能真空器集热器和平板式集热器组成的吸热器在晴天阳光下产出40℃～85℃以上的水温作为热媒，通过热水贮水箱内的换热盘管间接换热，来加热生活用水，集热器里的热媒水通过循环水泵加至，强制循环。生活用热水进入热水管道至每户的分支管道供室内上下水，水温、水位的自动控制，定温输水采用强制循环，使用方便。热水和热媒的水源均为市政管网，热水和热媒的压力由设于地下室的变频无负压，自动增压给水设备提供。(见图4.39)
图4.39 分体式太阳热水中心系统简图(图片来源：浙江天和建筑设计有限公司)
②集热器面积计算 气象参数：
年太阳辐照量：水平面4068.653 MJ/m²，30°倾角表面4252.141 MJ/m²。 年平均日太阳辐照量：水平面11.117 MJ/m2，30°10´倾角表面14.969MJ/m²。 年日照时数：1819.9h 年平均日照时数：5.5h 年平均温度：16.5℃ 热水设计参数：
日最高用水定额：50L/（人·d） 设计热水温度：60℃ 设计冷水温度：10℃ 计算参数：
最高日用水量：Qd=16.800 m³/d 最大时用水量：Qh=2.534 m³/h 结论：
小时耗热量计算：Q=147.465KW 计算热媒耗量：G=7285.25L/ h 计算热交换面积：F=13.46 m² 水泵循环流量=1.65 m³/h 计算燃料耗量用电=199.0 KW/ h 热媒循环流量=7.02L/S
计算出30°放置集热器的面积为351.25 m²，垂直放置时应乘以0.61再计入集热器面积。
3.太阳能利用与建筑节能产品的结合
①中空双层定形相变材料墙作为集热蓄热墙式阳光房的集热墙。 ②可调节水平式铝合金梭形板遮阳系统在遮阳上的应用。
南向的窗户上采用大量可调节水平式铝合金梭形板遮阳系统，可防止夏天室内过热。夏季白天，阳光直射，气温很高。此时，闭合铝合金百叶，阻隔外部热量进入住宅内部，可减少夏季制冷能量消耗。
冬季白天，遮阳百叶拉起，阳光房和南向窗户可充分吸收太阳的辐射能量，为房间提供一定热量，使室内气温升高，可减少冬季供暖能量消耗。(见图4.40)
③太阳能光伏产品的应用
图4.40 可调节水平式铝合金梭形板遮阳系统(图片来源：浙江天和建筑设计有限公司)
室外的草坪灯、景观灯、庭院灯、路灯等均采用光伏产品，其照度完全能够满足车辆和行人的照明要求。高智能化太阳能灯具的开关全部实现自动化控制，太阳能次干道路灯更可在夜晚行人少的情况下，降低光源的输出功率，以节省电能。
④其它节能产品的应用
建筑围护结构的热稳定性，也是建筑能否很好的利用太阳能，减少能量损耗的一个方面，本设计中其他节能产品的运用。
a. 屋面：
采用倒置式保温屋面。在现浇的钢筋混凝土结构层上铺设40厚挤塑聚苯板保温层，传热系数小于1.0。
b. 墙体节能措施：
以240厚KP1空心砖砌体为外墙主体，采用胶粉聚苯颗粒保温浆料外墙外保温系统，胶粉聚苯颗粒保温砂浆厚度为30。
c. 门窗节能措施：
门窗是建筑维护结构失热的重点部位。本建筑的所有窗框采用传热系数低的塑钢材料，玻璃采用双层中空玻璃，传热系数达到3.0。 4.经济评价 年节能量
△Qsave=351.25x4252.141x (1-0.25)x0.45=504078.027MJ 年节能费用
Wj=504078.027 x0.149=75107元 寿命期内总节省费用
SAV=10.175 x（75107-351250 x0.01）-351250=37.72万元 回收年限 Ne=5.88年
15年内太阳能热水系统二氧化碳的减排量
Qco2=504078.027 x150.866 x44/29.308 x0.95 x12=10015T 总建筑面积： 8712 m² 建筑占地面积： 539 m² 建筑南立面光照时间： ≥6H
5 结束语
21世纪太阳能应用技术的迅猛发展，为本世纪太阳能更大范围的应用奠定了坚实的基础，加之日益恶化的能源形势，可以说本世纪必将是人类大规模利用太阳能的世纪，这是历史发展的必然。而如何把太阳能应用到建筑中并推广普及则是太阳能利用中的一项重要内容，太阳能作为一种免费、清洁、取之不尽的能源，在建筑中能否得到合理利用，将直接影响着人类社会的可持续发展战略。本文从我国的实际国情出发，结合湖州地区工程实践，着重分析了建筑太阳能利用的地域适应性，传统适应性和现代技术适应性特点，对一些技术要点进行了分析和探讨，提出了一些切实可行的适应性办法和策略，虽然对有些问题的研究还停留在理论层面，但仍希望本文对今后建筑太阳能的设计有所借鉴和启发。在今后建筑太阳能利用的适应性探索上，笔者认为应该充分重视以下几个方面的问题
1.我国建筑太阳能利用应从地域性，传统性出发
我国的太阳能建筑利用与发达国家相比起步较晚，经济实力和技术方面还有很大差距。实际国情也差异明显，因此不可能照搬发达国家的发展模式，而应立足国情，走自己的发展之路。各地区应具体分析本地区的地域性特点，深入研究该地区传统太阳能利
用技术的精髓，并融合现代太阳能技术，建立具有地域特色的最具经济性实效性的建筑太阳能设计策略。
2.建筑太阳能的主动式技术与被动式技术应综合应用
在太阳能的利用形式方面，要充分考虑每个地区的气候特征和经济状况的差异，综合利用太阳能的主动式技术和被动式技术。在研究主动式太阳能建筑的同时，应积极运用被动式利用的思想，在被动式太阳能建筑设计中也应根据条件应用主动式技术，综合采用不同方案，这样可以大大降低太阳能应用的一次投资和运行成本，使得整个方案具有可操作性。
3.建筑太阳能设计与建筑一体化是发展太阳能建筑的根本出路
太阳能利用在我国建筑行业，特别是在城市住宅中的一体化设计，还正处于蹒跚学步的阶段。作为建筑师任重而道远，应做到在建筑设计方案开始就应该把太阳能设备作为建筑的一个不可缺少的构件来考虑，为要使太阳能产品能尽早步入建筑行业，首先要研究太阳能产品与建筑外观相协调的总体方案，设计出与建筑中平屋顶、斜屋顶、阳台等不同结构构件相适应的太阳能产品。同时，要重视太阳能产品的标准化、系列化以及施工安装的规范化，加强与建筑设计部门（包括建筑总体、建筑结构、给水排水、暖通空调等各个专业）的密切合作，使太阳能产品尽快列入建筑设计标准图册和建筑设计技术规范，使之真正成为建筑的配套设备，尽早能被建筑设计师们采纳。使太阳能产品能够规范地与建筑物相结合，使之成为建筑物中有机的一部分，成为城市一道靓丽的风景线。
6 参考书目及论文
国外专著：
（1）(日)彰国社.国外建筑设计详图图集13被动式太阳能建筑设计,北京:中国建筑工业出版社，2004， 国内专著：
（1）高世宪.中国能源现状和发展战略.中国海洋油气峰会，2006.
（2）罗运俊，何梓年，王长贵编著.太阳能利用技术.北京:化学工业出版社，2005年 （3）清华大学建筑学院，清华大学建筑设计研究院编著．建筑设计的生态策略．中国计划出版社．2001。
（4）吕爱民.应变建筑——大陆性气候的生态策略.上海：同济大学出版社，2003 （5）江亿，林荣波，曾剑龙，朱颖心等著.住宅节能.北京:中国建筑工业出版社，2006 （6）王绍周等主编．中国民族建筑（一、二卷）．江苏科学技术出版社，1998 （7）陆元鼎著．岭南人文·性格·建筑．中国建筑工业出版社，2005： （8）汪芳编著．查尔斯柯里亚．中国建筑工业出版社，2003： （9）李大夏.路易斯康.中国建筑工业出版社.1993
（10）彭一刚.建筑空间组合论.中国建筑工业出版社，1999 （11）王君一等著.农村太阳能实用技术.北京:金盾出版社，2001，
（12）喜文华主编.被动式太阳房的设计与建造.北京:化学工业出版社，2007 国内期刊：
（1）王薇.走可持续发展道路——从多层次技术角度看待地域文化的发展.工业建筑，2003年第33卷第7期
（2）加藤义夫(日).被动式太阳能建筑设计实践.世界建筑，1998年第1期，
（3）国家住宅与居住环境工程技术研究中心著.住宅建筑太阳能热水系统整合设计.北京:中国建筑工业出版社，2006年3月第l版
（4）杨德山.光热利用与建筑一体化实践.中华建设，2006/08 （5）任胜义.利用可再生能源的节能型住宅.可再生能源，2006/01 （6）马玉梅.太阳能在建筑中的应用探讨.节能与环保，2004/08 （7）曹星.国外生态住宅新动向.中国环保产业，2002/08 国内已发表论文：
（1）欧颖清.夏热冬冷地区的生态建筑设计初步研究.武汉大学硕士学位论文，2001 （2）尼宁.生态建筑设计原理及设计方法研究.北京工业大学硕士论文
（3）杨丹.形式遵循气候——武汉传统城市住区的气候适应性及其在现代住区中的运用初探.华中科技大学硕士论文，2003.
（4）宋光明.太阳能在多高层住宅建筑中的应用研究.河北工业大学2002级硕士毕业论文，
7 索引
[1]资料来源:高世宪.中国能源现状和发展战略.中国海洋油气峰会，2006.4.18 [2]罗运俊等著.太阳能利用技术.北京:化学工业出版社，2005，P3 [3]罗运俊等著.太阳能利用技术.北京:化学工业出版社，2005，P13
[4]清华大学建筑学院，清华大学建筑设计研究院编著．建筑设计的生态策略．中国计划出版社．2001：1～176
[5]王薇.走可持续发展道路——从多层次技术角度看待地域文化的发展.工业建筑，2003年第33卷第7期
[6]吕爱民.应变建筑——大陆性气候的生态策略.上海：同济大学出版社，2003 [7]罗运俊，何梓年，王长贵编著.太阳能利用技术.北京:化学工业出版社，2005年l月第1版，P15一80，P124一172，P217一220，P272一30
[8]江亿等著.住宅节能.北京:中国建筑工业出版社，2006，P28
[9]加藤义夫(日).被动式太阳能建筑设计实践.世界建筑，1998年第1期，P1 [10]欧颖清.夏热冬冷地区的生态建筑设计初步研究.武汉大学硕士学位论文，2001 [11]尼宁.生态建筑设计原理及设计方法研究.北京工业大学硕士论文
[12]杨丹.形式遵循气候——武汉传统城市住区的气候适应性及其在现代住区中的运用初探.华中科技大学硕士论文，2003.p29
[13]王绍周等主编．中国民族建筑（一、二卷）．江苏科学技术出版社，1998 [14]陆元鼎著．岭南人文·性格·建筑．中国建筑工业出版社，2005：21 [15]李大夏.路易斯康.中国建筑工业出版社.1993
[16]汪芳编著．查尔斯柯里亚．中国建筑工业出版社，2003：92，85
[17]江亿，林荣波，曾剑龙，朱颖心等著.住宅节能.北京:中国建筑工业出版社，2006年
3月第1版，PI一14，Pll7一194，P249一291
[18]国家住宅与居住环境工程技术研究中心著.住宅建筑太阳能热水系统整合设计.北京:中国建筑工业出版社，2006年3月第l版，Pl一 118，P282一28
[19]宋光明.太阳能在多高层住宅建筑中的应用研究.河北工业大学2002级硕士毕业论文，P31
[20]杨德山.光热利用与建筑一体化实践.中华建设，2006/08 [21]彭一刚.建筑空间组合论.中国建筑工业出版社，1999
8 后记
三年的研究生学习生活，随着论文的完成也即将结束。在此，首先感谢我的导师罗卿平教授。相识的三年时间里，导师一丝不苟的治学态度、孜孜不倦的敬业精神以及渊博的学识、宽广的胸怀，深为学生所敬佩。从导师身上我不仅学到了扎实宽广的专业知识，也学到了做人的道理。
感谢我的三年同窗在我论文的写作中所给予的各种形式的帮助。感谢建筑系2003级全体研修班同学，三年宝贵的时间里，大家相互学习、共同进步，在这样一个良好环境中度过这样一段难忘的时光，是我一生的财富。
感谢我的亲人，感谢你们对我始终如一的支持和鼓励。不论成功与失败，你们永远是我精神的支柱和刻苦求学的动力。
最后，向所有关心和帮助过我的人们表示诚挚的谢意!
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