被动式太阳房技术及应用前景(一)

被动式太阳房技术及应用前景(一)

【摘要】太阳能在建筑中的应用，主要包括采暖、降温、干燥以及提供生活和生产用热水。通常，把利用太阳能采暖或降温的建筑物称为太阳房。

1被动式太阳房集热构件

太阳能在建筑中的应用，主要包括采暖、降温、干燥以及提供生活和生产用热水。通常，把利用太阳能采暖或降温的建筑物称为太阳房。

按照目前国际上的惯用名称，太阳房分为主动式和被动式两大类。

被动式太阳房是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，建筑内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构、构造的恰当选择，使房屋在冬季能集取、保持、储存、分布太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题，同时在夏季也能遮蔽太阳辐射，散逸室内热量，从而使建筑物降温。

被动式太阳能系统最简单的原理，就是阳光穿过建筑物的南向玻璃进入室内，经密实材料如砖、土坯、混凝土和水等吸收太阳能而转化为热量。把建筑物的主要房间布置得紧靠南向集热面和储热体，从而使这些房间被直接加热，而不需要管道和强制分布热空气的机械设备。在被动式采暖系统中，有时也采用小的风扇加强空气循环，但仅仅是次要的辅助设施，不能因此而与主动式混为一谈。

被动式太阳房是一种让阳光射进房屋，并自然的加以应用的途径，它并不需要另外附加一套采暖设备，整个建筑物本身就是一个太阳能系统。因此，它的许多构件都具有双重功能。

被动式采暖太阳房建筑设计要想获得成功，必须满足下列四项基本原则：

A）建筑物具有一个非常有效的绝热外壳；

B）南向设有足够数量的集热表面；

C）室内布置尽可能多的储热体；

D）主要采暖房间紧靠集热表面和储热体布置，而将次要的、非采暖房间围在它们的北面和东西两侧。

2被动式太阳能采暖设计原则

被动式太阳能采暖的基本设计原则是一个多，一个少。也就是说，冬季要吸收尽可能多的阳光热量进入建筑物，而从建筑内部向外部环境散失的热量要尽可能少。所以，太阳能供暖建筑有两个特点：

1）南向立面有大面积的玻璃透光集热面；

2）房屋围护结构有极好的保温性能；

3被动太阳房采暖设计原则

从节能的角度考虑，太阳房的形体以接近正方体的矩形为宜，根据条件和功能要求，平面短边和长边之比取1：1.5至1：4之间。三开间的做成一层为宜，四开间以上的做成二层为宜。房屋净高不低于2.8米，进深在满足使用的条件下不宜太大，取不超过层高2.5倍时可获得比较满意的节能率。

门窗是建筑热损失较大的部位，所以，太阳房的出入口应设防冷风措施，比如设置门斗。但应注意门斗不要直通室温要求较高的主要房间，而应通向室温要求不高的辅助房间或过道。设在南向时，不要采用凸出建筑的外门斗，以免遮挡墙面上的阳光。太阳房非集热面朝向（东、西、北）的开窗，在满足采光要求的前提下，应限制窗面积，并加设保温窗帘、板。

4被动式太阳能采暖设计原则

太阳房的最好朝向是正南，条件不许可时，应将朝向限制在南偏东偏西150以内，偏角再大会影响集热。太阳房和栋房间应该留有足够的间距，以保证在冬季阳光不被遮挡，当然也不应该有其他阻挡阳光的障碍物。以北京的单层建筑为例：保证最不利冬至日（此时的太阳高度角最低）正午前后两小时内南墙面不被遮挡的间距是7米。

为防止夏季过热，可利用挑檐作为遮阳措施。挑檐伸出宽度应考虑满足冬、夏季的需要，原则是：寒冷地区首先满足冬季南向集热面不被遮挡，夏季较热地区应重视遮阳。以北京为例，如果集热面上缘至挑檐根部距离为30公分，要使最冷1月份集热面无遮挡的挑檐伸出宽度是50公分。而农村地区，在庭院里搭设季节性藤类植物或种植落叶树木是最好的遮阳方式，夏季可遮阳，冬季落叶后又不会遮挡阳光；但高大树木宜种植在建筑前方偏东或偏西600的范围以外，这样才能保证冬季不遮挡阳光。

（1）直接受益式

房屋的南向立面有较大面积的玻璃窗，阳光透过玻璃窗进入房间后，直接照射到房间的地面、墙壁和家具等表面上，使其吸收大部分热量而温度升高。被这些围护结构内表面吸收的太阳能，一部分以辐射和对流的方式在室内空间传递，加热室内空气，一部分传导入围护结构内部，然后逐渐放出热量，使房间在晚上和阴天也能保持一定的温度。窗扇的密封性要好，并且配有保温窗帘或窗扇（板），以防止夜间从窗户向外的热损失。此外，要求外围护结构有良好的保温性能和蓄热性能。目前应用最普遍的蓄热建筑材料包括砖石、混凝土和土坯等。在炎热的夏季，有良好保温性能的热惰性的围护结构也能在白天阻滞热量传到室内，并通过合理的组织通风，使夜间的室外冷空气流进室内，冷却围护结构内表面，延缓室内温度的上升。

（2）集热墙和集热蓄热墙式

在南向墙体外覆盖玻璃罩盖，玻璃罩盖和外墙面之间形成空气夹层，墙体上可以贴保温材料（如聚苯板或岩棉），玻璃罩盖后加吸热材料（如铁皮），也可以不贴、不加；为区别两者，称贴有保温材料的为集热墙，未贴的为集热蓄热墙。

墙的外表面或吸热材料表面涂成黑色或其他深色，以更多地吸收阳光，墙的上、下侧可开通风孔，风口处设可开关的风门。太阳辐射透过玻璃照射到外墙表面，使其温度升高后加热夹层空气，热空气通过风口进入房间使室温升高；墙体未贴保温材料时，被墙体吸收的太阳热量除加热夹层空气外，还有一部分热量通过墙体热传导进入室内；墙体贴有保温材料时，没有通过墙体的热传导热量，但夹层空气的温度会升得更高。

（3）附加阳光间式

这种形式是在房间南侧附建一个阳光间（或称日光温室），阳光间的围护结构全部或部分由玻璃等透光材料做成，可以将屋顶、南墙和两面侧墙都用透光材料，也可以屋顶不透光或屋顶、侧墙都不透光，阳光间的透光面宜加设保温窗帘、板；阳光间与房间之间的公共墙上开有门、窗等空洞。阳光间得到阳光照射被加热后，热空气可通过门、窗进入室内，夜间阳光间温度高于外部环境温度，可以减少房间向外的热损失。

针对不同地区和需要，可采用不同型式。在实际应用中，以上几种类型往往是结合起来使用，称之组合式或复合式。通过各地实践和测试资料表明：与同类普通房屋相比，被动式太阳能采暖建筑可以达到的节能率在60%以上。