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**王磊磊,1982年8月生,(硕士)研究生
地址:甘肃省兰州市
电话:0931-2808886
E-mail:ziboabcd1982@
0 序言
我国统计数字表明，建筑能耗占社会总能耗30%左右。而
暖通空调能耗约占建筑能耗85%［1］。在我国，建筑能耗的能源
动力主要来自于煤炭、石油、天然气等化石能源。因此，降低建
筑能耗不仅意味着节约了能源，而且减少了有害物质排放，保
护了环境。
太阳能作为一种清洁可再生能源替代常规能源在建筑中
的综合利用，即太阳能建筑，不仅可以有效解决传统采暖方式
中能耗大、能源利用率低的问题，而且改变了目前我国城镇供
暖方式，主要采用以热水或蒸汽为热媒的散热器供暖系统的
现状。例如太阳能温室-采暖房和太阳能低温地板辐射系统
的采用，从根本上克服了传统供暖系统方式室内空气卫生条
件差，散热器占用房间的有效使用面积，装修麻烦及频繁维修
等一系列难以克服的弊病。
为了使人居建筑设计能更好地满足人们舒适生活需要，
达到建筑节能的要求，对太阳能在建筑中的综合利用———太
阳能建筑的研究，具有指导意义。
1 太阳能建筑的分类
太阳能建筑分为主动式和被动式2大类。被动式太阳能
建筑是指利用建筑本身作为集热装置，依靠建筑方位的合理
布置，以自然热交换的方式（传导、对流和辐射）使建筑达到采
太阳能建筑发展现状综述*
兰州理工大学能源利用科学与工程中心 王磊磊** 李金平 王立璞 王春龙
甘肃自然能源研究所 喜文华
摘 要 建筑能耗是社会总能耗的主要组成部分，太阳能利用技术与建筑有机结合不仅能节能降耗，而且能保护环境，促进社会经济可
持续发展。本文对太阳能建筑分类进行综述，探究太阳能与建筑有机结合和合理利用。最后，阐述我国太阳能建筑发展方向。
关键词 节能降耗 可持续发展 保护环境 太阳能建筑
TheReviewofDevelopmentofSolarEnergyBuilding
ByWangLeilei**，LiJinping，WangLipu，WangChunlongandXiWenhua
solarenergyutilizationtechniquesandarchitecturenotonlycansaveenergyandreducelossinbuilding， butalsoprotectenvironment
efficientlyandpromotethesustainabledevelopmentofthesocialeconomy. Itisreviewedthepresentclassificationofsolarenergy
building，，itispresented
thedirectionofdevelopmentofthesolarenergybuildinginourcountry.
Keywords Savingenergyandreducingloss，Sustainabledevelopment，Protectingenvironment，Solarenergybuilding
!EnergyUtilizationScienceandEngineeringCenter，LanzhouUniversityofTech
GansuNaturalEnergyResearchInstitute
*基金项目:甘肃省自然科学基金资助项目(3ZS042-B25-031);兰
州理工大学博士基金资助项目(SB06200503);甘肃省“西部之光”访
问学者计划资助。
SpecialSubject 专 题
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暖和降温目的的房屋。而主动式太阳能建筑是指利用常规能
源驱动太阳集热器以及储热器装置组成的强制循环太阳能系
统，向房间供暖的一种建筑形式。
被动式太阳能建筑
被动式太阳房是在建筑物上采取技术措施，而无须机械
动力，利用太阳能进行采暖的房屋。这就是说，被动式太阳房既
不需要太阳集热器，也不需要水泵或风机等机械设备，只是通
过合理布置建筑物的方位，改善窗、墙、屋顶等建筑物构造，合
理利用建筑材料的热工性能，以自然热交换的方式（传导、对
流和辐射）使建筑物尽可能多地吸收和储存热量，以达到采暖
的目的。被动式太阳房构造简单、造价低廉，是太阳能热利用技
术在建筑中应用的一个重要方面。
被动式太阳房有多种类型。若按太阳能利用的方式进行分
类，可分为以下几种类型：1.太阳光穿过透明材料后直接进入
室内采暖的直接受益式太阳房；2.太阳光穿过透明材料后，投
射在集热蓄热墙的吸热面上，加热夹层中的空气与墙体，再通
过空气对流和墙体传导、辐射向室内传递热量采暖的集热蓄热
墙式太阳房；3.在房屋向阳面附加1个玻璃温室的阳光间式太
阳房；4.由上述1种或多种基本类型组合而成的组合式太阳
房。本文就是对在房屋向阳面附加1个玻璃温室的阳光间式太
阳房即被动式太阳能温室-采暖房进行论述。
被动式太阳能温室-采暖房的一般结构主要包括温室、
采暖房、蓄热层和围护结构，如图1所示。温室在采暖房的南
面，顶部向南倾斜。温室和采暖房的隔墙上下端设有通风口，温
室侧隔墙表面对太阳光的吸收率较大，隔墙内为保温材料。温
室顶部和东面、西面、南面为透明玻璃结构。温室及采暖房底部
为蓄热床，充填岩石等蓄热介质。
陈威、刘伟、华贲等人［2］针对一种被动式太阳能温室-采
暖房，分析了采暖房北墙采用或不采用隔热保温措施时，温室-
采暖房内温度和气流分布情况，模拟了具有蓄热层的太阳能
温室-采暖房中对流传热，并对温室-采暖房中采用岩石床
吸收和贮存太阳能的传输特性进行了研究。实验模拟结果表
明，太阳能温室蓄热型采暖房可充分利用太阳能供冬季采
暖，提高采暖房间温度10℃以上，节约能源。应加强采暖房墙
体隔热保温，提高采暖效果。吸热、蓄热、隔热是太阳能温室
蓄热型采暖房的3个重要方面，利用岩床等多孔材料作为吸
热和蓄热介质时，应合理选择多孔材料的粒径和孔隙率，在
孔隙率一定时，适当增大粒径可以增加蓄热层的蓄热能力，
提高采暖效果。
为了进一步了解围护结构对被动式太阳能房中温湿度的
影响，陈滨、孟世荣、陈会娟等［3］对被动式太阳能集热蓄热墙
对室内湿度调节作用进行了研究。实验中对被动式太阳能实
验房进行了连续的温湿度测试。对太阳房和对比房观察和测
试结果表明，被动式太阳能集热蓄热墙体结构对室内湿环境
具有很好的调节作用，能有效地防止室内表面结露现象发生，
同时室内舒适性也得到了明显改善；另外，通过实验了解到由
于在玻璃幕墙内侧会出现凝结现象，所以需要采取凝结水排
放措施。
然而，被动式太阳房的采暖方式决定了集热面与非集热
面内表面与室内气温之间较大的温差，这必将引起不对称辐
射。所谓不对称辐射温度，即置于不对称辐射场中的1个小平
面的2个相反面的平面辐射温度tpr之差△tpr。文献［4］指出，
在这种情况下，如果人体靠近冷表面，则辐射换热差值足以引
起冷感和不舒适。其感觉和吹风所产生的冷感几乎难以区别，
称之为“辐射吹风感”。表1中给出了在不满意度为5%的情
况下，不同辐射面上所允许的不对称辐射温度。所以在被动式
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1-温室顶部；2-温室围护结构；3-蓄热层；4-上通风口；5-隔墙；
6-下通风口；7-采暖房；8-北墙；9-温室。
图1 被动式太阳能温室-采暖房示意图[2]
表1 不满意度为5%下,不同辐射面上所允许的不对称辐射温度
辐射面 热屋面 冷屋面 热墙体 冷墙体
所允许的不对称辐射温度（℃） 4 14 23 10
SpecialSubject专 题
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太阳能房设计时，集热面的选择显得至关重要。
钟珂、杨柳、王妇欢等［5］针对不对称辐射问题，进一步分
析了被动式太阳能建筑室内热环境。实验分析结果表明：被动
式太阳房的集热面处于建筑的不同部位，房间热状况差异较
大。由于不对称辐射作用的影响，垂直集热面的舒适性好于水
平集热面，垂直集热面的室内热环境可忽略不对称辐射对人
体产生的不舒适感。而在评价水平集热面的室内热环境时，除
了考虑作用温度，不对称辐射的影响绝不可忽视。
主动式太阳能建筑
主动式太阳能建筑的一般结构，主要包括太阳集热器、蓄
热水箱、减压阀、循环水泵、水管、辅助加热装置、热用户和热
计量设备等部分，如图2所示。主动式太阳能采暖又可分为直
接式和间接式。所谓直接式就是由太阳集热器加热的热水或
空气直接被用来供暖。所谓间接式就是集热器加热的热水通
过热泵提高温度后再供暖。由于集热温度越高，集热器的效率
就越低，因此一般采用地板采暖或风机盘管。这2种方式要求
热源的温度比较低，50℃左右，集热器具有较高的效率。
现以人们广泛研究的太阳能低温热水地板辐射采暖系统
为例进行论述。
采暖地板结构形式：如图3所示。在钢筋混凝土楼板上
先以水泥砂浆找平为基础层，再铺设保温绝热层，材料多为
聚苯乙烯保温板。板上铺设加热盘管，并以卡钉将盘管与保
温层固定在一起，然后浇注30～50mm的豆石混凝土为填充
层，再以20mrn水泥砂浆找平，接着上部铺设地板、地面砖等
装饰材料。
太阳能低温热水地板辐射采暖系统是以太阳集热器等为
主要热源，将低温热水通过埋设于地面楼板上部的碎石混凝土
或水泥砂浆层内的加热盘管把地板加热，并以地板表面作为辐
射换热面，与室内环境（包括室内空气、房间墙壁、顶棚、天花
板和室内其它物体，包括人体等）通过辐射和对流2种传热方
式来实现热交换，其中辐射占有相当的比重，从而达到采暖目
的，实现低温（供水温度宜采用45～65℃，供回水温差宜采用
5～10℃）辐射供暖方式。
由于低温热水地板辐射采暖系统的特点，其设计过程也与
传统对流采暖系统设计存在差别，KalisperisLN和LingMD
F等对低温热水地板辐射采暖系统设计进行了研究，并根据其
特点分别提出了基于平均辐射温度［8］和热舒适指标［9］的系统
设计方法。
刘成林［10］对低温热水地板辐射采暖系统的节能性进行了
分析并对系统的优化设计进行了研究。通过对3种不同结构
空间在对流采暖和低温热水地板辐射采暖方式下室内的热环
境和能耗分析表明：1.保持室内相同的作用温度条件下，采用
低温热水地板辐射采暖方式的室内空气温度比对流采暖方式
下室内空气温度低℃左右，而平均辐射温度要高℃左
右；2.低温热水地板辐射采暖方式下室内平均空气温度和外墙
内表面温度相比对流采暖系统的值分别要低℃和℃左
右，这必然会减少采暖空间的通风及冷空气渗透热损失和围护
结构的导热热损失，降低系统采暖能耗，从而达到系统节能的
目的；种不同建筑在2种不同采暖方式下系统的能耗模拟
结果显示低温热水地板辐射采暖系统能够节能，其节能效率与
建筑的构造和围护结构的热物性参数有关，节能地范围为
1-太阳集热器；2、7、8、11-循环水泵；3-蓄热水箱；4-减压阀；5-电动阀；
6-辅助热源；9-热用户；10-热水热交换器；12-预热水箱；13-辅助加热水箱。
图2 主动式太阳能房采暖系统示意图[6]
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1-加热盘管；2-伸缩缝；3-固定卡子；4-地面层；5-找平层；6-填充层；
7-绝热层；8-基础层。
图3 地板结构的剖面图[7]
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10%～25%。另外，在进行低温热水地板辐射采暖系统设计时，
如果能够根据系统特点，实现低温热水地板辐射采暖系统中
的辐射板布置方式选取，辐射板参数的优化设计和辐射板铺
设位置3个参数的优化设计，则在提高采暖房间舒适性的同
时还能减少系统能耗，达到节能目的。
周兴红［7］通过对低温热水地板辐射采暖系统进行数值模
拟并对其性能进行分析，得出以下结论：1.地板构造层的不同，
地板的散热量、室内温度及地板表面的温度分布就不相同。主
要影响因素有加热盘管的管径、管间距、填充层厚度、供回水平
均温度。2.为提高地板表面温度均匀性，建立埋管深度与管间
距之间最佳组合关系，拟合了公式。用量纲分析法建立拟合当
量导热热阻公式的模型，用软件拟合了经验公式，可为工程估
算及施工服务。3.将地板辐射采暖与传统散热器采暖进行分
析比较，前者在舒适性、节能性、能源利用率、经济性上都要
优于后者。
太阳能低温热水地板辐射系统作为一种舒适、安全、节能
的采暖方式，已得到了广泛的使用和认可，为促进太阳能地板
辐射采暖系统技术推广，还有许多值得进一步研究的问题。
1.太阳能低温地板辐射采暖设计和运行的优化问题。
2.与其它供暖方式共用热源的问题。
3.将这套系统进一步加以利用，冬季时盘管内通低温热水
加热地板，向室内供热；夏季时在盘管内通入冷水，向室内供冷。
2 我国太阳能建筑发展方向
我国太阳能建筑发展的方向，应该走工业化道路，建立太
阳能建筑产业体系。同时还有很多具体工作要做：首先，抓好设
计科研工作，如编制太阳房标准设计、构造图案、计算机优化程
序、测试，评定标准等。其次，组织太阳能建筑的集热、蓄热、保
温装置、结构配件、透光材料、绝热材料、吸收材料、密封材料和
反射材料的产品配套生产，提高配套产品标准化、系列化、通用
化水平。还应组织太阳能建筑专业施工队伍，编制太阳能建筑
施工技术规程和验收规范，保证设计和施工质量。这样围绕太
阳能建筑就会出现一大批新兴的企业，扩大就业面。同时并应
制定相应的太阳能建筑开发利用政策，鼓励太阳能建筑业的
发展，纳入城乡建设总体规划。
我国地域辽阔，南北纬度跨越约50°，气候差异大，全年日
平均气温<5℃的天数在90天以上的地区（即需要进行集中
采暖的地区）约占全国总面积的60%。
按照城市现有采暖居住建筑全国年平均能耗30kg/m2tce
水平计算，每年要消耗1亿tce，还不算近几年新建的。
在8亿人口的农村用能量，约一半用于采暖，每年大约消
耗亿～亿tce。全国城乡2亿多tce的采暖耗能，势必
给能源供应和国家经济发展带来较大的影响。在城市燃烧煤
炭，不仅燃料运输及垃圾处理量大，而且燃煤的排放物污染环
境，造成森林植被破坏，诱发水土流失，加剧生态环境恶性循
环。目前我国能源供应已很紧张，人均能耗水平很低，不足世界
人均能耗的1/2。随着能耗不断的增长，建筑节能，充分利用可
再生能源，发展太阳能建筑，已是势在必行。
参考文献
1 国客昌.关于辐射采暖的若干问题.暖通空调设计规范专题说
明选编.北京：中国计划出版社.1990
2 陈威，刘伟，华贲.被动式太阳能温室-采暖房中对流传热的
数值分析.太阳能学报，2003，24（6）：789～793
3 陈滨，孟世荣，陈会娟，等.被动式太阳能集热蓄热墙对室内湿
度调节作用的研究.暖通空调，2006，36（3）：42～47
4 麦金太尔DA.室内气候.上海：上海科学技术出版社，1988
5 钟珂，杨柳，王妇欢，等.被动式太阳能建筑室内热环境评价指标
的分析.西安建筑科技大学学报（自然科学版），2003，35（1）：14～16
6 周燕，谢军龙，沈国民，等.主动式太阳能房的应用技术.能源
工程，2003，17（2）：17～19
7 周兴红.低温地板辐射采暖数值模拟及其性能分析.南京：南
京理工大学，2004，6
8 KalisperisLN，SteinmanM，SummersLH，
designofradiantheatingsystemsbasedonmassrapidtransit.
ASHRAETransition，1990，96（1）：1288～1295
9 LingM DF，
low-temperatureradiantheatingsystemsbasedonthermalcomfort
，1990，96（1）：1296～1305
10 刘成林.对低温热水地板辐射采暖系统的节能性分析及系统
的优化设计.湖南：湖南大学，2003
供
热
制
冷
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