科技前沿 | 未来住宅长啥样？

被风“旋转”起来的房子

美国洛杉矶建筑师迈克尔·伽特泽，在建筑界是一个喜欢标新立异的人。当然，这些标新立异是在太阳能房最基本的要素上进行想象并得以实现的。我们一起来瞧瞧他奇特的太阳能房屋设计：会旋转的风力公寓，不封口的大凉棚，大型号角房……一句话，利用太阳能和风能，绿色环保又艺术！

旋转式太阳能住宅

静止的风力旋转公寓（左）、正在旋转的公寓（右）

一圈圈，一层层，大窟窿小眼儿的，猛一看，还以为是科学家新发明的机器人呢！这样的房子看起来像是用来欣赏，而不是用来住人的。不过，大伙还是放心吧，作为建筑师的迈克尔，自然不会设计出不能住人的房子。

这个房子由八个扇形外墙相互叠加，可以围绕着中央的支撑柱旋转。外墙是一种百叶窗式的结构，打开时可以透光，封闭时可以遮风挡雨。在天气好的白天或夜晚，扇形外墙在底座电机的带动下，可以完全或部分叠加在一起，形成一个开放式或半开放式的亭子，住户可以充分享受阳光和清新的空气。遇上风雨天或炎炎烈日时，扇形外墙可以围成一圈，这时住户就会拥有一个全封闭、安全而完整的家。

曲折外墙住宅

怎么看，这都不像是座房子，更像是扣着的大型号角。它的奥秘究竟在哪呢？原来，这个房子是由一些部件搭建起来的，要是搬家的话，就方便多了。看来是临时建筑，那如果暴风雨来临时，会不会瞬间散架？哪能呢，这种曲折的外墙设计至少可以抵御七级左右的大风。另外，它还能增加太阳照射的面积，让房子内即使是在冬天，也温暖无比。如果给曲折的的外墙上贴上太阳能电池板，就可以在夏天给房子降温，还能满足日常生活的用电需求，真是一举两得。

风凉大棚

风凉大棚完全可以抵御风沙

看到这建筑，它是特意为风沙大的地区设计的吗？两边不封口，风不住往里灌，沙不会往里钻吗？这个担心真是多余的。因为大棚的屋顶上布满了涡轮风扇，这些风扇可以吸收四周吹来的风，并用这些风力来发电。因此，无论风沙有多大，无论太阳有多毒，只要进入这个大棚，你就安全了。不仅如此，风凉大棚还可以为附近的居民提供电能。如果再给大棚配备一些插座，行人就可以在里面为自己随身携带的小电器充电啦！

风力旋转公寓

风力旋转公寓外观及内部示意图

看来看去，就数这风力旋转公寓更像房子，而且很漂亮！怎么上面几层都在动，就像一个大风车？如果你身临其境，看得眼珠都会瞪圆吧？我们还是来听听迈克尔怎么说：“这间公寓共有七层，除了底部的一层不能转动之外，上面的六层可以随风转动。因此，你每分钟看到的房子外形都不一样”。原来，这栋公寓由超轻材料制成，所以能随风转动。住在里面的人可以随喜好而自行操控自家房子，例如改变房子的朝向、温度和景色等。特别要说明一点：风在吹动房子外表的同时还能用来发电，为居民提供夜间照明用电。

看了以上房子的构造，你是不是在担心是否坚固的同时，大家更关切的是，它们的建筑材料是不是比普通建筑的更结实？大家担心的问题也正是迈克尔所担心的。所以在建造这些奇特的房子时，他会不断选择最合适的材料，不只希望自己的建筑是艺术品，还希望在新居室概念的基础上，尽可能地为人类提供最人性化的居住环境。据悉，伽特泽建筑旋转公寓的构想是源于一处用超轻材料制成的亭子，据说这个亭子轻得可以像船一样在水上漂浮。后来，伽特泽便开始构想把这种材料用到住宅的建设中来。

什么是太阳房？

“太阳房”一词最早起源于美国。当人们开始利用玻璃建造房子时，大家就发现，用玻璃建造的房屋与普通房屋有着极大的区别，除了通透和有空间感外，最主要的是房子里的阳光极为充足，而且房内温暖如春。于是人们，便形象地称它们为太阳房。

太阳房的原理是直接利用太阳辐射能，把房屋当作一个集热器，再通过建筑设计把高效隔热材料、透光材料、储能材料等有机地集成在一起，使房屋尽可能多地吸收并保存太阳能，达到房屋采暖的目的。

除了采暖，太阳房也能够吸收太阳的能量来供人们的生活用电。这些电除了给水加热洗澡之外，还可以用来照明、洗衣服，只要有电的地方就能用得上。住在这样的房子里，根本不用担心电费，中央空调可以保持恒温、恒湿。此外，人们也根本不用担心停电造成的影响。每天，屋顶的太阳能会把阳光主动储存下来，即使接连阴雨两三天，也不用担心断电造成家里一片漆黑。

太阳房可以节约75％~90％的能耗，并具有良好的环境效益和经济效益，成为各国太阳能应用技术的重要方面。在太阳房技术和应用方面，目前，欧洲处于领先地位，特别是在玻璃涂层、窗技术、透明隔热材料等方面居世界领先地位。日本已利用这种技术建成了上万套太阳房，包括节能幼儿园、节能办公室、节能医院，且在大力推广，中国也正在推广综合利用太阳能，使建筑物完全不依赖常规能源的节能环保性住宅。在不久的将来，太阳房将造福越来越多的人。

被动式太阳房与主动式太阳房

被动式太阳房

被动式太阳房想要获取所需的太阳能，主要得靠好的建筑方位以及建筑空间的合理布置，挑选热工性能强的建筑材料，使房屋尽可能地吸收和储存热量。如果所获得的太阳能达到了建筑物采暖、空调所需能量的一半以上，就达到了被动式太阳房的要求。

被动式太阳房的建造要根据当地的气象条件。在基本上不设置其他设备的情况下，冬季，得有效地吸收和储存大量的太阳热能，而到了夏天，又得防止过多的太阳辐射将室内热量散发到室外，从而达到冬暖夏凉的效果。

被动式太阳房有自己的优点，比如它的构造简单，造价低廉，维护管理也方便。有利就有弊，被动式太阳房的缺点是室内温度波动较大，舒适度差，在夜晚、室外温度较低或连续阴天时，它就得需要辅助热源来维持室内温度。

被动式太阳房建设的三要素是集热、蓄热、保温，三者缺一不可，它按集热形式主要分为以下几类：

直接受益式：是被动式太阳房中最简单也最常用的一种。它利用朝向南面的窗子，直接接受太阳能辐射。南窗越大，集取太阳能的作用越大，为了有效地保温，通常会使用保温窗帘。太阳辐射会通过南面窗户直接照射到房内的地面、墙壁和其他物体上，使得它们的表面温度升高，通过自然对流和换热，然后用部分能量加热室内空气，另一部分能量则贮存在地面、墙壁等物体内部，使得屋内温度维持到一定的水平。

集热蓄热墙式：属于间接式太阳能采暖系统。阳光会先照射到置于太阳与房屋之间的一道玻璃外罩内的深色储热墙体上，然后向室内供热。比起直接受益式太阳能房，集热蓄热墙式室内温度波动比较小，用来居住很舒适，只是热效率较低，常常得和其他形式配合使用，才能达到一定的舒适度。集热蓄热墙式太阳房还可以调整集热蓄热墙的面积，满足各种房间对蓄热要求的不同。只是时间久了，玻璃夹层中间会容易积灰，不好清理，影响集热效果，而且立面涂黑不太美观，推广还是有一定的局限性的。

冬季，太阳光透过玻璃盖板被表面被涂成黑色的重质墙体吸收并储存起来，墙体带有上下两个风口使室内空气通过集热蓄热墙被加热，形成热循环流动。玻璃盖板和空气层抑制了墙体所吸收的辐射热向外散失的热量。重质墙体将吸收的辐射热以导热的方式向室内传递，冬季采暖过程的工作原理如上图（a）、（b）所示。但另一方面，冬季的集热蓄热效果越好，夏季越容易出现过热问题。目前，采取的办法是利用集热蓄热墙体进行被动式通风，即在玻璃盖板上侧设置风口，通过上图（c）、（d）所示的空气流动带走室内热量。另外，利用夜间天空冷辐射使集热蓄热墙体蓄冷或在空气间层内设置遮阳卷帘，在一定程度上也能起到降温的作用。

附加阳光间式：是集热蓄热墙系统的一种发展，将玻璃与墙之间的空气夹层加宽，形成一个可以使用的空间——附加阳光间。其前部阳光间的工作原理和直接受益式系统相同，后部房间的采暖方式则同于集热蓄热墙式。

贮热屋顶式和自然对流回路式，目前国内采用极少。

主动式太阳房

主动式太阳房是由集热器、传热流体、蓄热器、控制系统及适当的辅助能源系统构成的。与被动式太阳房相比，其造价比较高。它需要热交换器、水泵和风机等设备，电源也是不可缺少的，正因为如此，它的室温能被主动控制，使用也很适宜。主动式太阳房在经济发达的国家被建造的比较多。

多佛太阳房是世界上第一座完全用太阳能取暖的房子

太阳房的节能原理

随着生活水平的提高，越来越多的人追求更高品位的生活，太阳房由于能提供接近于室外空间的亲切感和通透感，在很多城市中大受欢迎。从节能的角度来说，阳光间的改造相当于增加了附加阳光间，加强了对太阳能的利用，能在某些时段提供舒适的环境温度。在建筑外侧设置阳光房，实际上就是增加了一个附加阳光间，这种太阳房是直接受益式和集热蓄热墙式的混合产物。其基本结构是将阳光间附建在房子南侧，中间用一堵墙(带门、窗或通风孔)把房子与阳光房隔开。实际上在一天的所有时间里，附加阳光间内的温度都比室外温度高，因此，阳光间既可以供给房间以太阳热能，又可以作为一个缓冲区，减少房间的热损失，使建筑物与阳光间相邻的部分获得一个温和的环境。

由于阳光间直接受到太阳的照射和加热，所以它本身就起着直接受益系统的作用。白天，当阳光间内空气温度大于相邻的房间温度时，开门(或窗或墙上的通风孔)将阳光间的热量通过对流传入相邻的房间，其余时间关闭。阳光间的温度一般不要求控制，可结合南廊、入口门厅、休息厅、封闭阳台等设置，用来养花或栽培其他植物，所以，这种附加阳光间式太阳房有时也被称为附加温室式太阳房。

世界上最早的太阳能房与目前最新的太阳能房

世界上最早的太阳能房是由美国麻省理工学院于1938年建成的，它是世界上第一幢主动式的太阳房。运用的是能够控制的采暖方式，用集热器、贮热装置、管道、风机、水泵等设备，“主动”收集、储存和输配太阳能。因为它具有利用太阳热能和节约能源的优点，从它诞生的那天起，就引起了全世界的关注。

住房不用掏电费算得上一件美事吧？就在2015年，挪威“零排放建筑研究中心”和斯内赫塔建筑事务所联合推出了新型太阳能房。其房顶覆盖了150平方米的太阳能板，与水平面呈19度角倾斜，朝向东南，确保充分吸收阳光，再加上太阳能热水器，这套房一年能发电2.32万千瓦时，而房子本身一年用电7272千瓦时，这已经包括了游泳池和桑拿房的加热用电量，多出来的电量完全可以供养一部电动车。除发电功能强大外，房子还有专门设计的窗户和天井用以加强采光，雨水收集设备以提供厕所用水和灌溉用水，每间房配备传感器以判断是否需要启动照明和采暖。这套太阳能房还配备一个用回收木料建成的室外用餐区，以及一个小菜园，让住户既减少开支，又能享受田园之乐。

看到这里，价廉、洁静，能提供现代家庭能源的太阳能房离我们的生活还会远吗？推动我们人类现代文明的常规能源——煤、燃料油的大量使用，给我们的生活带来了严重的环境污染和工业“粮食”危机，如何将能源增长与环境保护、能源的开源与节流有机结合，构筑可持续发展的能源基础，将是我们改善居住条件和环境保护的重要话题。

作者：刘芳