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陽光屋之應用及設計

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admin - 文章消息 | 2009-10-18 17:58:23

     陽光屋之應用及設計

      
      「陽光屋」為一種在寒帶或溫帶大陸性氣候地區國家常見的被動式太陽能應用在建築設計上的手法,除了透過溫室效應的原理有效減少建築物冬季空調耗能外,也具有許多其他附加價值。但對於亞熱帶地區的台灣來說,由於熱濕氣候條件的不同,陽光室如何適用於台灣建築是一值得探討的問題,在設計時方位座向與玻璃建材該如何選擇,是主要的研究課題。
    
        陽光屋的基本原理就是利用「溫室效應」。因為太陽輻射是在很高的溫度下進行的輻射,很容易透過空氣、透明玻璃等介質。而被陽光屋裡的材料吸收後,材料溫度會升高,而它們又向外界輻射熱量,而這種輻射是長波紅外輻射,較難透過上述介質,於是這些介質包圍的空間形成了溫室,即出現所謂的「溫室效應」。    
  
       陽光屋的設計是被動式太陽能的應用手法。所謂被動式設計(passive design)在建築物的空調設計上,是指在建築物設計時根據當地氣候條件,儘量利用太陽的直接輻射能來控制室內舒適環境,因此不需要安裝複雜的太陽能集熱器,更不用使用其他機械設備,完全依靠建築設計及建材選擇造成的吸熱、隔熱、保溫、通風等特性,來達到冬暖夏涼的目的。其運作原理為:當陽光輻射到蓄熱牆時,先將牆體加熱,並在玻璃與牆體之間將空氣加熱。由於熱空氣比重輕,即會形成上升的熱氣流。這時便可以通過上出風口,將熱風導進室內空間以達到保溫效果。而室內底層較涼的空氣則由下出風口自動吸入空氣通道。如此不斷循環,室內空間溫度便會逐漸上升。在夏季時,空氣加熱後直接從排風孔排出,同時並將北面窗戶打開,便能將冷風引進室內,加強空氣對流,使室溫得到下降。 
   
       被動式太陽能設計手法主要分為直接受益式(direct gain)及間接受益式(indirect gain)兩種。直接受益式是被動式太陽能利用設計中最簡單也是最常用的一種。通常直接受益式系統中的南窗在有太陽輻射時可發揮收集太陽輻射熱的作用,而在無太陽輻射的時候則成為散熱表面,因此在直接受益系統中,在南面窗儘量加大的同時,應在採光面處理上同時設置有效的保溫隔熱措施,如複層玻璃及保溫窗簾等。一般來說,直接受益式太陽房集熱效率較高,但同時室溫波動也較大,因此,一般適合使用於白天要求升溫快的房間或僅供白天使用的房間,如教室、辦公室、住宅的起居室等。但如果窗戶有較好的保溫措施,也可以用於住宅的臥室等房間。間接受益式(indirect gain)的被動式太陽房包含了下列幾種形式,傳博牆(Trombe wall)或稱為集熱蓄熱牆、陽光室(sunspace)及貯熱屋頂式(roof-ceiling)等幾種形式。以上幾種形式中,傳博牆與陽光室較常被應用於建築上。
    被動式太陽能設計策略隨建築物位置和當地的氣候而改變,但是基本的技巧仍相同,即在冬天極大化太陽熱得而在夏季使它減到最小。並使用自然通風來減少或消除冷房需求及使用日光提供自然的照明。因此在設計上透過有效率的設計策略是必須注意的方向︰
    第一、方位座向上:基本上陽光屋為過渡空間,任何一方位皆可以使用,但建築物座向選擇建議為東西長軸,面對南方的窗戶在夏季時尚必須透過遮蔽物遮蔽,並使其在冬天能得到太陽能量。
    第二、玻璃材料上:在房子的不同的座向上選擇不同種類的玻璃。透過玻璃的選擇來得到冬天熱得最佳化並且在特殊氣候條件下使夏天熱得減到最低。
       應用被動式太陽能所設計建造的陽光屋,其利用採光面直接接受太陽能輻射,而太陽輻射通過窗戶直接照射到室內地面、牆壁及其他物體上,使它們表面溫度升高及蓄熱,通過自然對流換熱,用部分熱能加熱室內空氣,另一部分能量則貯存在地面、牆壁等物體內部,使室內溫度維持到一定水準,因此所使用的空間陽光充足,溫暖如春。在歐洲,常見的古蹟建築更新也大量應用太陽屋設計,不論是百年古堡或是鄉間住宅,經常可見獨具創意的陽光屋設計,其帶來的陽光沐浴,使人們享受自然採光所帶來的好處。在改建後的建築物,除了景觀視野延伸至戶外,鮮綠翠嫩的草皮,花香滿徑的庭園,使綠意盎然的環保居家,可以如此愜意與自然融為一體,並且因為採光取暖,也節省暖氣的使用,是有效節省能源的方法。而在台灣,因為亞熱帶氣候,在設計手法上必須注意陽光屋最佳設計座向,建議為北北西向,而北向至西北向皆是適合的選擇方位;且陽光屋設計必須能透過空氣垂直對流、水平對流設計及相關遮陽設備的使用,來避免夏季白天過熱情況發生。
 

 

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