太阳能建筑技术在绿色医院节能设计中的应用分析

　　摘要：文章通过对太阳能建筑技术的介绍，从被动式太阳能建筑技术和主动式太阳能建筑技术两大方面分析了其在绿色医院节能设计中的应用。

　　关键词：绿色医院；太阳能建筑技术；节能设计

　　随着全球能源危机的日益加剧，建筑耗能和交通能耗、工业能耗一并成为我国的“三大能耗”。而医院建筑是公共建筑耗能大户，相关资料表明，医院建筑耗能是普通公共建筑的1.6~2倍。医院建筑的节能减排是绿色医院建设的重要组成部分。2011年《绿色医院建筑评价标准》和《绿色医院建筑评价技术细则》的编制和颁布促进了我国绿色医院的建设和发展，也为绿色医院的评价等级提供了依据。其中绿色医院的节能与能源利用正是对医院建筑的耗能进行控制的有效途径。对于能源利用而言，太阳能作为一种清洁可再生能源被广泛应用到居住及公共建筑的节能设计中。那么在绿色医院的节能设计中，怎样应用太阳能建筑技术？哪些节能技术在医院建筑设计中具有普适性？这些都是绿色医院节能建设注意的重点问题。

　　一、太阳能建筑技术

　　众所周知，太阳能是一种清洁可再生能源，而近年来随着太阳能建筑技术日渐成熟和完善，已在各类建筑节能设计中得到广泛应用，特别是在居住建筑中起到了示范性推广的作用。太阳能建筑技术策略可分为主动式应用、被动式应用和综合式应用等多种技术。主动式太阳能技术如太阳能光伏发电、太阳能热水系统等，被动式太阳能技术如自然采光、自然通风功能的实现，保温隔热、遮阳技术的开发，以及光环境和热环境舒适度的营造，全方位利用太阳能资源的技术。因此尝试将更多更新的太阳能建筑技术运用到绿色医院的节能设计中就具备了工程实践应用和推广的意义，也响应了“十二五”期间我国大力支持太阳能利用项目、推动可再生能源发展的政策。

　　二、太阳能建筑技术应用

　　（一）被动式太阳能建筑技术

　　在太阳能技术的各项应用中，以被动式技术策略优先。被动式应用是指通过专门建筑设计与建筑构造利用太阳能的技术。

　　1.朝向与日照保障

　　首先，在绿色医院的规划布局中，建筑朝向与日照密切相关。利用太阳辐射对建筑节能是重要的因素，争取更多的日照量和更好的日照质量是关键，这就要求建筑应处于最佳的朝向范围内，保证适当的日照间距。针对我国大部分地区日照现状，太阳位置偏南，因此规划建筑朝向一般坐北朝南，但因医院基地选址与地形的限制不尽相同，又不一定是正南正北。在医院建筑的门诊、医技及病房楼中，病房的朝向最能体现对患者人性的关怀，因此要争取较多的病房具备良好的朝向、景观和日照条件，可设置阳光房，为患者提供交流和休闲阳光的活动场所，给予患者阳光与绿色的感官刺激，利于身体康复。另外，从太阳能辐射的强度来看，纬度较高的建筑采用太阳能采暖需保证建筑垂直墙面能够接受较多的太阳辐射热，可利用朝向减少采暖能耗，要求医院建筑的方位为南向偏东、偏西30°以内对接收太阳辐射是适用的，15°以内较好。

　　其次，充足的日照可达到杀菌、改善室内卫生环境的作用。研究表明，在一天中不同的日照时间，阳光中紫外线的成分随着太阳高度角的增加而增加，其杀菌能力也不同。白天正午前后紫外线最强，日出以后及日落以前为最弱。在无遮挡的情况下，建筑物能否获得充足的阳光主要取决于建筑物的朝向，南偏东45°到南偏西45°朝向的范围，为较佳的建筑朝向。

　　最后，利用太阳光日照可使室温波动变小，从而保证病房室内的热舒适度。在我国，冬季室外最低温度出现在早晨7点，最高气温出现在午后，太阳能建筑若偏西则由于午后室外气温及辐射量较大，从而导致全天热负荷不均匀，室温变化较大。因此，从保证室温波动小的角度来看，被动式太阳能建筑朝向以略偏东为宜。

　　2.自然采光

　　它也是绿色医院建筑设计中有力的节能措施，在一段时期内，由于医院建筑承载了越来越多的功能和需求，平面开间和进深越来越大，这样的大体量建筑集中式布局势必导致多数房间无法自然采光，而依靠人工照明，将增加电力的耗费。另外这种布局使用全空气处理系统，空调能耗也非常大。因此在设计中应多采用中庭、庭院，减小建筑平面的进深，以满足房间的自然采光要求，降低能耗。

　　3.自然通风

　　在人流密集的医院建筑中，空气质量的好坏直接关系到交叉感染的控制，通风显得尤为重要。通过采用太阳能辅助自然通风的被动式技术设计太阳能烟囱可达到自然通风的效果，也最具经济性。太阳能烟囱的通风原理为阳光晒热太阳能烟囱上部集热构件，烟囱内的空气受热上升，形成热虹吸，空气被抽到顶部排出室外，而凉爽的空气则从房屋冷侧的窗口流进补充，强化通风，使建筑的外窗、天窗、内部门窗、走廊、楼梯间及太阳能烟囱等为建筑室内空气的流动提供纵向和横向通道，形成良好的自然通风系统。

　　太阳能烟囱通风技术，主要有两种实现形式：一是结合建筑现有的辅助房间、建筑构件（如楼梯间、中庭、竖井、通风塔、双层玻璃幕墙等），设计太阳能烟囱。二是单独设计太阳能烟囱，形成独特的建筑立面。

　　须注意医院建筑不同于其他公共建筑，空气中带有病菌，自然通风的设计应有静压差的梯度，可结合机械通风和空调系统的设置使空气按照清洁或污染的区域依次有序地流动。

　　4.集热保温、隔热与遮阳

　　太阳提供给大自然的能量包括光和热，太阳能建筑技术针对光和热给建筑带来的利与弊形成了不同的应对方式。冬季，我国北方地区太阳能资源利用率较低，建筑要考虑集热保温，在外墙和屋顶进行围护结构的保温设计。夏季，太阳辐射较强，隔热与遮阳技术是规避太阳辐射的有效方法。无论是集热保温还是隔热与遮阳，最终目的是保证建筑室内的热环境舒适度不会随着室外环境的变化而剧烈变动，形成良好的室内舒适度。在医院建筑设计中，关注室内舒适度是对医院的使用者人性化关怀的具体体现。绿色医院的室内空间环境通过建筑技术的实施得以提升。

　　（二）主动式太阳能建筑技术

　　主动式技术就是通过专门设备收集、转换、传输、利用太阳能的技术。

　　主动式太阳能建筑技术包括太阳能热水系统、太阳能光伏发电等技术。在一所医院中，病房楼属于24小时不停运转，耗能较大。目前几乎每间病房都带有独立卫生间，且热水需求量较大，单纯使用煤、电等加热，耗费相当可观，而利用太阳能光热系统为病房楼的卫生间提供热水是简便有效的节能途径。可在病房楼的屋顶设置太阳能集热器提供一定数量的热水供应。太阳能建筑一体化的发展也为太阳能集热器的设置位置提供了更多的可能性，平屋顶(图4)、坡屋顶(图5)、阳台、立面等都可以设置，以满足集热器的集热面积，接收更多的太阳辐射热。

　　除了太阳能热水技术，在绿色医院建筑中还可以利用太阳能光伏发电系统进行小面积的照明，因为其发电量还不能够承担医院主要的电力耗能。可应用在院区的路灯照明、庭院景观灯等，使用寿命长，无需铺设电缆，兼顾艺术观赏性，亦被称为绿色幕墙。在太阳能技术日益发展的今天，光伏电板甚至可以用太阳能薄膜来代替，未来某一天建筑可以穿上“太阳能薄膜”外衣，来充分利用太阳带给我们的巨大能量。

　　三、结束语

　　在医院建筑工程实践中适宜地采用太阳能建筑技术，利用太阳能这种清洁可再生能能源，可达到实现建筑节能的目的。当然绿色医院的节能与能源利用不只限于太阳能建筑技术的应用，随着科学技术的迅速发展，相信更多更实用生态的节能技术将被应用到医院建筑中来。

　　参考文献

　　［1］姚润明．面向未来的绿色建筑［M］．重庆：重庆大学出版社，2008.

　　［2］Bill Dunster.走向零耗能［M］．北京：中国建筑工业出版社，2008.

　　［3］杨倩苗.中小型卫生院被动式太阳能热利用研究［D］.天津：天津大学硕士论文，2006.

　　编辑刘鲁 文/门艳红 杨倩苗 By Men Yanhong Yang Qianmiao