被动式太阳房的设计与建造

记得20世纪70年代末，当我第一次翻译美国著名物理化学家、国际太阳能学会首任主席法林顿·丹尼尔斯著的《直接利用太阳能》一书时，就萌生了中国人为自己编著太阳能利用科普读物的想法。可是当时才涉足太阳能领域不久，还没有多少经验积累，对太阳能的理解深度也不够，难以在短期内实现这一夙愿。后来在对太阳能利用不断深入研究和实践的基础上，本人曾编写或参与编撰了几部太阳能专著，但这些专著涉及的专业领域较广，理论性较强，对于文化程度不高、进入太阳能应用领域不久的人来说，阅读起来还是有一定难度的，应用起来也常觉困难。然而，这些人在推广应用太阳能实用技术方面却有着不可替代的作用。为了满足这部分人的实际需要，编撰一系列较为通俗、实用的太阳能技术科普读物，就成为一项十分重要和迫切需要的工作。两年前，化学工业出版社独具慧眼组织各领域的知名专家编写出版了一套《可再生能源丛书》，对太阳能等可再生能源的推广和利用及环境保护起到了很好的推动作用。该社的领导和编辑还希望出版一本如何设计被动式太阳房的实用性读物，以便在今后一个时期社会主义新农村建设中发挥作用；同时也为建筑节能、环境保护、充分利用太阳能等可再生能源起到积极的促进作用，本书正是为满足这一需求而编写的。

太阳能是可再生能源的重要领域，太阳房又是太阳能利用的重要方面。众所周知，由于各地气象条件不同，民族和文化不同，经济发展水平不同，建筑风格各异，太阳能建筑也自然表现出不同的地域特色。为了使这本读物能有更好的适用性，编写者就必须熟悉和了解国内不同地域的建筑特色。为此，我们组织了甘肃自然能源研究所/联合国工业发展组织国际太阳能技术促进转让中心、辽宁能源研究所、清华大学、国家发改委能源研究所、内蒙古建筑科学研究所、中国科学院电工研究所等国内从事太阳房应用与研究的专家参与编写，尽可能收集从南到北、从东到西不同地域的太阳房形式与类型，以便使本书的读者能够参考适合自己的太阳房结构形式与具体做法，科学设计、就地取材、模仿建造，取得比较满意的应用效果。同时，为了读者的视野，还用一定篇幅介绍了国外各个不同时期不同建设地点的典型太阳房结构，使读者更多地了解太阳房的发展历史与演变过程，以拓宽自己实践的思路。

《被动式太阳房的设计与建造》共分为8章，主要介绍了太阳房基本结构与原理、总体设计以及热系统设计与计算方法，包括隔热设计、热负荷计算、热平衡以及温度预测方法；介绍了太阳房结构设计步骤和方法、建筑材料的选择、施工管理及注意事项；还介绍了既有住宅利用太阳能的设计改造方法。本书还利用较大篇幅向读者介绍了国内外太阳房的实例，给出了实际完成的工程设计，可供设计者在设计时参考选用，以减小设计工作量并保证工程质量。

参加本书编写工作的有喜文华、王恒一、王德芳、齐国清、刘叶瑞、李世民、张兰英、封银平、郭亚娜、高昉、魏一康等。在编写过程中，还曾得到清华大学李元哲教授、天津大学王瑞华教授、国家发改委能源研究所王长贵研究员、中国科学院电工研究所王志峰研究员、内蒙古建筑科学研究所巴特尔研究员等大力协助与指导，并提供了有关信息与资料。北京五合国际建筑设计咨询有限公司渠箴亮教授级高级建筑师、清华大学栗德祥教授、北京市建筑设计研究院黄汇总建筑师、中国建筑设计研究院张树君教授级高级建筑师、国家住宅与居住环境工程技术研究中心常务副主任仲继寿教授级高级工程师及甘肃省建筑设计研究院院长马育功高级建筑师等在百忙中给予指导和审定，特别是中国科学院技术科学部主任徐建中院士拨冗专门为本书作序，更令我们深受鼓舞。对于他们的辛勤劳动、积极合作与鼎力支持在此深致谢忱。

限于编者水平有限，不足之处在所难免，敬请专家和读者批评指正，以便修改完善。



甘肃省科学院副院长甘肃自然能源研究所研究员、所长联合国工业发展组织国际太阳能技术促进转让中心主任2006年8月9日于兰州

本书系统介绍了被动式太阳房的基本构造与原理、总体设计要则以及热系统设计与计算方法，包括热负荷计算、热平衡分析以及温度预测等；还介绍了被动式太阳房的结构设计以及建筑材料选择和被动式太阳房的施工管理及注意事项；给出了已建成的住宅利用太阳能的设计改造基本原则。本书还利用较大篇幅向读者介绍了国内外的被动式太阳房以及工程实例，以便读者对照参考和使用。
本书适合于对太阳房技术感兴趣的专业人员使用。

第1章太阳房的分类和基本原理1

11太阳房的分类4

12太阳房的基本结构10

13太阳房的热工原理11

14建造太阳房的基本条件12

15太阳房有关的术语13

第2章太阳房的总体设计19

21建筑计划19

22太阳能可利用的条件19

23建筑选址与太阳能利用的关系20

24建筑朝向的选择22

25太阳房外形对保温的影响23

26热系统的选择24

27经济指标估算25

第3章被动式太阳房热工设计28

31太阳房热工设计要则28

32太阳房基本热工参数计算32

33太阳房的热平衡计算45

34太阳房室内空气平均温度预测47

35太阳房采暖辅助热量估算50

参考文献54

第4章被动式太阳房的建筑结构设计56

41简介几种被动式太阳房实例56

42被动式太阳房设计的基本原则和设计思想58

43被动式太阳房结构构造设计65

参考文献66

第5章太阳房的施工与管理67

51太阳房的施工技术67

52太阳房的施工管理78

53太阳房的维护与管理85

参考文献88

第6章太阳房建筑材料的选择89

61透光材料89

62保温材料94

63蓄热材料100

参考文献102

第7章国内外太阳房实例103

71国内太阳房实例103

72国外太阳房实例122

73设计工程实例148

74已建房屋的太阳能改造202

第8章热工性能测试204

81主题内容与适用范围204

82引用标准204

83术语204

84技术要求205

85测试条件206

86测试仪表及测量207

87数据处理208

88检验规则209

附录A209

附录B210

附录C211

附录D212

附录214

附录1我国部分城镇太阳房设计用气象参数214

附录2太阳房气象区划及代表城市的综合数据表235

附录3我国国产平板玻璃基本光学特性表236

附录4不同KL值的平板玻璃在不同日射入射角时的透过系数以及透过和吸收总得热率237

附录5不同纬度的逐时太阳位置和不同朝向表面的直接日射入射角240

附录6我国部分城镇通过南向垂直玻璃（KL=0135时）的总日射辐照量240

附录7通过不同朝向玻璃窗与南窗的总日射辐照量之比250

附录8投射在不同朝向倾斜面上的总日射辐照量和水平面上的总日射辐照量的比值Rtθ250

附录9不同朝向及倾角的玻璃（KL=0135时）总日射透过系数τtθ251

附录10南向挑檐对南窗的遮阳修正系数αsh【对照式（371）】252

附录11南向集热部件在装设镜面反射板以后的日射辐照量修正系数αr253

附录12建筑材料热物理性能计算参数255

附录13导热系数λ及蓄热系数S的修正系数а值257

附录14空气间层热阻值257

附录15围护结构表面与空气之间的换热系数和换热阻257

附录16常用材料表面的法向发射率257

附录17建筑围护结构外表面的太阳辐射吸收系数258

附录18窗户传热系数258

附录19门的传热系数259

附录20我国部分城镇南向垂直窗的热效率259

附录21我国部分城镇南向垂直集热墙和附加阳光间的热效率268

附录22太阳房的气象区划及代表城市和围护结构的热工指标（规范性附录）272

附录23透光材料物理性能表272

附录24不同层玻璃透光率及传热系数272

附录25集热系统吸收面各种颜色太阳能吸收系数272

附录26不同材料表面对太阳辐射的平均反射率273

附录27赤纬表273

附录28甘肃省部分城市太阳能辐射数据274

参考文献284