建筑初步设计阶段

优化太阳能资源应用方式山西农村住宅应结合自身的地域、地形、地貌、太阳能条件、自然风向等特点，满足使用需求，体现山西农村特色，优先选用被动太阳能技术的冬季采暖，解决山西农村的主要能耗和最大的冬季燃煤污染，在节能的基础上再低碳。在众多的主动式太阳能技术中优化选择太阳能热水，部分应用太阳能独立光伏系统发电新技术。被动太阳能技术在山西农村住宅中首选直接收益窗。使用功能方面，寒冷的冬季白天升温快，构造技术方面简单，不用增设特殊的装置，经济方面投资小，适合山西农村现实，美观方面对建筑外形没有特殊要求，主题思想自由体现。

但应对冬季采光集热口的热损失要加强保温措施，白天采用双层玻璃保温，夜间采用保温窗帘和窗板。应对夏季的室内过热，可结合当地的太阳高度角采用恰当挑檐，长度和角度既不影响冬季集热又能实现夏季遮阳，结合自然通风，创造舒适的室内热环境。被动太阳能技术应用在山西农村住宅中，部分地区可选择集热蓄热墙。使用功能方面，室内的热环境稳定性好。构造技术方面较复杂，需要设置集热、存储和分配装置。经济方面，造价比传统建筑有所提高。美观方面对建筑有一定的制约。但应对夏季的室内过热，在采用遮阳的同时，集热墙面可开启换气口降温。

应用主动式太阳能热水和太阳能独立光伏系统发电，提高农村住宅环境质量有两种方式。一是将集热器和太阳能接受装置设置在住宅屋顶，不影响住宅日照，可作为建筑设备与住宅方案同时考虑，在技术设计阶段协调配合，初步实现太阳能与建筑一体化。二是将集热材料和太阳能电池材料与住宅屋顶构造层次的材料模块化集成预制构件，形成功能性建筑构件，设置在住宅屋顶的最上层，从根本上实现太阳能与建筑一体化。实现太阳能集热发电技术同时改进屋顶的维护性能。朝向、造型和窗墙面积比太阳能与山西农村住宅建筑一体化的初步设计应首先选择朝向范围，为太阳能利用创造有利条件。

其次在造型上降低建筑本身的热损耗，为后期的主动式太阳能技术打好基础。再次是窗墙面积比合理，提供室内的光环境，建筑本身节能又实现太阳能技术的合理应用。朝向选择首先根据地理纬度、风向确定每户住宅朝向范围，再结合地形、地貌、周边环境、道路以及建筑群的布置等确定朝向。为实现农村住宅内部的热舒适稳定性，有利于冬季被动太阳能的采暖效果，解决山西农村寒冷地区的冬季防寒保温，还应避过自然通风对冬季室内热损耗，又应利用自然通风避免夏季的室内过热。在充分利用冬季太阳热能的条件下，结合自然通风，共同确定建筑朝向范围。北部大同到南部运城，冬至日最短日照范围约在南偏东和南偏西30°内，在山西的范围内地域不同，朝向变化不大。主要的影响在多变的风向。

造型选择

根据山西农村目前的具体情况，每户200m2的宅基地面积，在满足使用功能的条件下，保持山西传统院落布局的基础上，结合山西新农村特点，因地制宜，节能环保，保持良好的生态环境，突出地方特色，确定住宅建筑造型。住宅主体造型在满足主题风格美观的条件下，要规整、简洁，尽量减少凸凹变化，确保在早上9时到下午15时，整个建筑不被遮挡，没有阴影，太阳能利用不受限制。住宅主体层高可选择2.8~3.0m，层数2层或加阁楼，最多3层，为低层建筑。栋长和栋深应接近，尽可能地减小住宅的体形系数，满足严寒和寒冷地区居住建筑节能标准（JGJ26—2010）的要求，不大于0.5和0.52。在同样的空间容积时，围护结构面积最小，冬季热损耗最小。

住宅屋顶在满足排水要求的条件下，结合太阳能利用最大效能，当地纬度±10°（GB/T50364—2010、JGJ203—2010），山西即40°~35°（±10°），确定住宅的屋顶坡度。窗墙面积比住宅的窗墙面积比应满足最少3方面的要求。第一，采光是住宅使用的必备前提，住宅为满足使用功能，应具备一定的光环境，自然采光必须有相应的采光窗，窗口的面积应使使用空间的窗地面积比不低于1/7，采光系数不低于1%，在满足自然采光强度的前提下，结合使用空间进深，窗过梁考虑住宅经济与砖混结构的圈梁合二为一，以及建筑立面美观达到进深方向采光的均匀性，满足住宅设计规范（GB50096—2011）的采光设计要求。

第二，节能是住宅使用过程中降低能耗的的重要方面，应最大限度地维护室内的热舒适性。严寒和寒冷地区住宅的南向窗墙面积比最好小于0.45和0.50，北向为0.25和0.3，满足严寒和寒冷地区的建筑节能设计标准（JGJ26—2010），使窗口的热损失减小。第三，太阳能集热采暖可提高住宅环境质量，采光窗是被动太阳能的直接收益窗，其余墙面为被动太阳能的集热蓄热墙。每户住宅的东西向不设窗，既利于冬季防风保温，又能两户组合共用山墙，连排布置，降低能耗，节约资源。

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